Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm levafix red CA bằng tác nhân h2o2 UV và fe3+c2o42 H2O2VIS

1
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
----------

LƯƠNG THỊ HÀ

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC
NHUỘM LEVAFIX RED CA BẰNG TÁC
NHÂN H2O2/UV VÀ Fe3+/C2O42-/H2O2/VIS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA PHẨM

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


2
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC

NHUỘM LEVAFIX RED CA BẰNG TÁC NHÂN H2O2/UV VÀ Fe3+/C2O42-/H2O2/VIS
SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ
Lớp: 08CHP, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng
GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG
Khoa Hóa, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


3
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong thời đại công nghiệp cùng với sự phát triển kinh tế kéo theo sự ảnh hưởng
tới môi trường và hiện nay vấn đề ô nhiễm nguồn nước cũng là một mối quan tâm lớn của
xã hội. Các nguồn ơ nhiễm nước khác nhau có chứa những hỗn hợp độc hại từ các chất ô
nhiễm hữa cơ vô cơ, thêm vào đó là các kim loại nặng có tác động xấu đến môi trường,
đời sống thủy sinh và con người.
Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm của nước ta đang trên đà phát triển với
các quy mô khác nhau. Nên vấn đề xử lý nguồn nước ô nhiễm do các quá trình dệt nhuộm
là hết sức cần thiết. Để góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do
nước thải dệt nhuộm, trong thời gian gần đây đã có nhiều nổ lực để giảm thiểu lượng và
tính độc của các dịng thải cơng nghiệp. Nhiều cơng trình xử lí nước thải dệt nhuộm theo
từng quy mô cũng đã được đưa vào ứng dụng.
Để xử lý nguồn nước thải từ các quá trình dệt nhuộm, người ta đã sử dụng các q
trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation processes : AOPs). AOPs là những phương

pháp tạo ra một lượng lớn các gốc hydroxyl có hoạt tính cao, có khả năng oxi hóa hầu hết
chất ơ nhiễm hữu cơ thành CO2, H2O, ion vô cơ hoặc các hợp chất dễ phân hủy sinh học
[7]. Tuy nhiên, những phương pháp Fenton này có một số hạn chế như phản ứng chỉ đạt
hiệu quả cao khi pH=2–4 và có chiếu xạ UV. UV là nguồn sáng được sử dụng phổ biến
nhất trong AOPs nhưng lại không rẻ. Quá trình quang Fenton cải tiến Fe3+/C2O42/H2O2/VIS dưới chiếu xạ mặt trời (Fenton/mặt trời) mong đợi có thể thay thế được các
q trình Fenton truyền thống. Đây là q trình có hiệu quả cao cho việc phân hủy màu
thuốc nhuộm tận dụng được nguồn bức xạ mặt trời, giá thành xử lí rất thấp lại thân thiện
với mơi trường. Q trình này đặc biệt hữu ích cho xử lí nước thải dệt nhuộm ở các vùng
nhiệt đới và xích đạo [6].
Do phương pháp có nhiều ưu điểm như chi phí xử lí tương đối thấp, hóa chất dễ
tìm, ít độc hại và khá hiệu quả nên chúng tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu các yếu
tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm Levafix red CA bằng tác nhân
LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


4
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

H2O2/UV và Fe3+/C2O42-/H2O2/VIS” với mong muốn góp phần nhỏ bé vào việc xử lí nước
thải dệt nhuộm.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Tìm được các giá trị tối ưu của nồng độ chất phản ứng, chất xúc tác, độ pH, thời
gian phản ứng và nhiệt độ thích hợp để q trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính
Levafix red CA đạt hiệu quả cao nhất bởi các tác nhân H2O2/UV và Fe3+/C2O42-/
VIS/H2O2.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1.

Đối tượng nghiên cứu
Các mẫu giả tự tạo chứa thuốc nhuộm Levafix red CA.

3.2.

Phạm vi nghiên cứu
Đề tài được thực hiện trong phịng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm - Đà Nẵng.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1.

Nghiên cứu lý thuyết
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học của đề tài.
- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài. Dùng toán
học thống kê để xử lý kết quả.
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.

4.2.

Nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định nhu cầu oxi hoá học COD bằng phương pháp Bicromat tiêu chuẩn
Cr2O72-/Cr3+.
- Xác định độ chuyển hoá của Levafix red CA bằng phương pháp quang phổ hấp
thụ phân tử UV – VIS.

5. KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung của đề tài được trình bày trong 3 chương:
Chương I: Tổng quan tài liệu

Chương II: Phương pháp thực nghiệm
Chương III: Kết quả và thảo luận
6. ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI
LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


5
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

- Kết quả nghiên cứu này là cơ sở cho những nghiên cứu sâu hơn về vấn đề phân
hủy các chất hữu cơ độc hại bằng xúc tác quang Fenton.
- Làm tài liệu cho sinh viên khóa sau.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


6
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I
1.1.

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

TỔNG QUAN VỀ THUỐC NHUỘM
Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành quan trọng và rất được quan tâm trong

xã hội ngày nay, vì nó gắn liền với nhu cầu cơ bản của con người là ăn mặc. Sự đòi hỏi
về sản lượng và chất lượng sản phẩm ngày càng cao, cùng với sự đa dạng về mẫu mã,
màu sắc của sản phẩm.
Với từng loại vải thì người ta có thể sử dụng thuốc nhuộm hồn ngun, thuốc
nhuộm phân tán hay thuốc nhuộm hoạt tính và với mỗi loại thuốc nhuộm lại u cầu mơi
trường khác nhau nên tính chất nước thải cũng khác nhau. Nhu cầu sử dụng nước trong
nhà máy dệt nhuộm là rất lớn vì nó thông qua rất nhiều công đoạn và thay đổi theo các
mặt hàng khác nhau.
1.1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của
quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều
kiện nhất định (tính gắn màu).
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay, con
người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc
nhuộm là độ bền màu - tính chất khơng bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác
nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý
nước thải dệt nhuộm. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó:
một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu.
Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đơi liên hợp với hệ điện tử π linh động như
>C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-... Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện
tử, như -SOH, -COOH, -OH, NH2..., đóng vai trị tăng cường màu của nhóm mang màu
bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ

7
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử
dụng. Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia
thành các họ, các loại khác nhau. Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:
+ Phân loại theo cấu trúc hóa học
+ Phân loại theo đặc tính áp dụng
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học
Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-). Đây là họ thuốc nhuộm
quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc
nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index.
Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm chứa một hay nhiều nhóm
antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

Họ thuốc nhuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.
Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó
nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

diaryl metan

triaryl metan
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


8
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XN VỮNG

Ngồi ra, cịn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít có quan trọng hơn như:
thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh…
1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng
Thuốc nhuộm hoàn nguyên: bao gồm thuốc nhuộm hoàn nguyên khơng tan và
thuốc nhuộm hồn ngun tan. Khoảng 80% thuốc nhuộm hồn ngun thuộc nhóm
antraquinon.
Thuốc nhuộm trực tiếp: đây là loại thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực
tiếp vào xơ sợi xenllulo và dạng tổng quát: Ar-SO3Na. Khi hịa tan trong nước, nó phân
ly cho về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực
tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, cịn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có đến
92% thuộc lớp azo.
Thuốc nhuộm bazơ – cation: Các thuốc nhuộm bazơ trước đây dùng để nhuộm tơ
tằm, ca bông cầm màu bằng tananh, là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ
hữu cơ. Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu. Các thuốc nhuộm bazơ biến tính
phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là thuốc nhuộm
cation, dùng để nhuộm xơ acrylic.
Thuốc nhuộm axit: là muối của axit mạnh và bazơ mạnh nên chúng tan trong nước
phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3- + Na+, anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên
kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả năng tự nhuộm
màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét về cấu tạo hóa học
có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các lớp hóa
học khác.

Thuốc nhuộm hoạt tính: là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng với xơ
sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi. Trong cấu
tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác nhau, quan trọng
nhất là các nhóm: azo, vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
Là loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu
giặt và độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


9
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

nhuộm được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là lớp thuốc nhuộm
quan trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.
Tuy nhiên, thuốc nhuộm hoạt tính có nhược điểm là: trong điều kiện nhuộm, khi
tiếp xúc với vật liệu nhuộm (xơ sợi), thuốc nhuộm hoạt tính khơng chỉ tham gia vào phản
ứng với vật liệu mà còn bị thủy phân.
1.1.2.3. Levafix red CA
Levafix red CA là thuốc nhuộm hoạt tính, một trong những loại thuốc nhuộm của
công ty Dystar. Chúng được sử dụng trong ngành dệt nhuộm để nhuộm và in hoa cho các
vật liệu xenlulo, tơ tằm, len, vật liệu từ xơ polyamit.
Trạng thái thuốc nhuộm levafix red CA: rắn dạng bột, có màu đỏ.
Ưu điểm:
- Levafix red CA thích hợp cho tất cả các quá trình nhuộm, cả khi ở nhiệt độ cao.
- Có độ bền màu cao.

- Khả năng tái sinh tốt.
- Có thể kết hợp với tất cả các thuốc nhuộm levafix và remazol để tạo thành gam
màu phù hợp.
1.2.

TÁC HẠI CỦA VIỆC Ô NHIỄM THUỐC NHUỘM[3]
Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư cho con người: khơng có loại thuốc

nhuộm nào nằm trong nhóm gây ung thư cho người. Chủ yếu là thuốc nhuộm benzidin,
có tác hại gây ung thư. Các nhà sản xuất châu Âu đã ngừng sản xuất loại này, nhưng trên
thực tế chúng vẫn được tìm thấy trên thị trường do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu
cao.
Nước thải công nghệ dệt nhuộm phát sinh từ nhiều công đoạn và độ kiềm cao làm
tăng độ pH của nước, gây độc cho các lồi thủy sinh, gây ăn mịn các cơng trình thốt
nước và hệ thống xử lí nước thải. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải
gây màu cho dòng tiếp nhận và cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, ảnh hưởng
tới q trình quang hợp của các lồi thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


10
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1.3.

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI HIỆN NAY[4]

1.3.1. Phương pháp xử lý cơ học
Xử lí cơ học là loại bỏ các tạp chất khơng hịa tan trong nước thải bằng cách như:
lắng cặn, gạt nổi, lọc… Phương pháp này áp dụng cho các chất ơ nhiễm khơng tan, có
khối lượng riêng khác nước, hoặc ở dạng hạt có kích thước lớn.
1.3.2. Phương pháp hóa lý
1.3.2.1. Phương pháp keo tụ
Hiện tượng keo tụ là hiện tượng các hạt keo cùng loại có thể hút nhau tạo thành
những tập hợp hạt có kích thước và khối lượng đủ lớn để có thể lắng xuống do trọng lực
trong một thời gian đủ ngắn.
1.3.2.2. Phương pháp hấp phụ
Các chất hữu cơ trong nước khó hay khơng thể phân huỷ sinh học có thể hấp phụ
lên các chất thích hợp. Các chất hấp phụ có thể dùng: than hoạt tính, than cốc, bụi khói
lị, than bùn, than nâu, các polime tổng hợp, các khống vơ cơ.
Nhược điểm của phương pháp này là chuyển chất màu từ pha này sang pha khác
và tốn thời gian, tạo một lượng thải sau hấp phụ, khơng xử lí triệt để.
1.3.3. Phương pháp sinh học
Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp
chất hữu cơ trong nước thải. Phương pháp sinh học đặt hiệu quả cao trong xử lý nước thải
chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ, chủng vi sinh thích hợp và
khơng chứa các chất độc làm ức chế vi sinh. Tuy nhiên nước thải xưởng nhuộm chứa
thuốc nhuộm rất bền vi sinh hầu như khơng bị phân hủy sinh học. Vì vậy để xử lý nước
thải dệt nhuộm cần qua hai bước: tiền xử lý chất hữu cơ khó phân giải sinh học chuyển
chúng thành những chất có thể phân hủy sinh học, tiếp theo là dùng phương pháp vi sinh.
1.3.4. Phương pháp điện hóa
Phương pháp này dựa trên cơ sở q trình oxy hóa-khử xảy ra trên các điện cực. Ở
anot, nước và các ion clorua bị oxy hóa dẫn đến sự hình thành O2, O3, Cl2 và các gốc là
tác nhân oxy hóa các chất hữu cơ trong dung dịch. Quá trình khử điện hóa các hợp chất

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


11
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

hữu cơ như thuốc nhuộm ở catot, kết hợp với phản ứng oxy hóa điện hóa và q trình
tuyển nổi, keo tụ điện hóa dẫn đến hiệu suất xử lý màu và khống hóa cao. Phương pháp
điện hóa với điện cực nhơm hoặc sắt là công nghệ xử lý hiệu quả độ màu, COD, BOD,
TOC, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng. Nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý các loại nước
thải từ xưởng nhuộm chứa nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau có khả năng đạt tới 90%.
1.3.5. Phương pháp hóa học
Ưu điểm nổi bật của các phương pháp hóa học so với các phương pháp hóa lý là
biến đổi, phân hủy chất ô nhiễm (chất màu) thành các chất dễ phân hủy sinh học hoặc
không ô nhiễm chứ không phải chuyển chúng từ pha này sang pha khác. So với phương
pháp vi sinh thì tốc độ xử lý chất thải bằng phương pháp hóa học nhanh hơn nhiều.
1.3.5.1. Khử hóa học
Được ứng dụng trong trường hợp nước thải chứa các chất dễ bị khử. Phương pháp
khử hóa học hiệu quả với các thuốc nhuộm azo nhờ phân giải liên kết azo tạo thành các
amin thơm khơng màu có khản năng phân giải vi sinh hiếu khí tốt hơn thuốc nhuộm gốc.
1.3.5.2. Oxy hóa hóa học
a/ Oxy hóa bằng các tác nhân oxy hóa thơng thường
Các chất oxy hóa thơng thường như clo, clodioxit, natri hipoclorit, kali
permanganate, ozon, dicromat, hidropeoxit… có thể được dùng để oxy hóa các chất ơ
nhiễm nói chung và thuốc nhuộm nói riêng. Q trình oxy hóa tiêu tốn một lượng lớn tác
nhân oxy hóa. Do đó, quá trình oxy hóa hóa học chỉ được sử dụng trong trường hợp khi
chất ô nhiễm không thể loại bỏ bằng các phương pháp khác.

b/ Oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs)
Các q trình oxi hóa tiên tiến dựa trên sự tạo thành các gốc tự do hoạt động như
OH*, gốc tự do này đóng vai trị một tác nhân oxi hóa khơng chọn lọc. Các q trình oxi
hóa tiên tiến phân biệt nhau ở cách thức tạo ra gốc tự do. Gốc tự do có thể được tạo ra
bằng nhiều cách: chiếu tia UV, sự phân ly của H2O2 (có xúc tác), O3.
c/ Các q trình quang hóa

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


12
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XN VỮNG

Quang hóa khơng xúc tác: bức xạ tử ngoại năng lượng cao được hấp thụ bởi các
phân tử, đưa phân tử chất hấp thụ lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái này khả năng
phản ứng của nó là rất lớn, nó phân hủy cho các chất ít độc hơn hoặc khơi mào phản ứng
dây chuyền phân hủy các chất hữu cơ trong hệ. Phản ứng tạo thành gốc OH• :
H2 O

H• +OH•

Quá trình quang phân UV/ H2O2: sử dụng bức xạ tử ngoại để phân ly liên kết trong
H2O2 tạo ra gốc OH•. Cơ chế quang phân trong trường hợp này là sự bẽ gãy liên kết O - O
do hấp thụ bức xạ tử ngoại, hình thành hai gốc OH•:
H2 O2

2OH•

Q trình xúc tác quang hóa: xúc tác thường là chất bán dẫn như TiO2 dạng
anatase. Chất bán dẫn hấp thụ năng lượng ánh sáng phù hợp với khoảng cách năng lượng
giữa hai vùng dẫn - không dẫn tạo ra cặp e- - lỗ trống.
TiO2

e- + h+ , h+ là lỗ trống

Cặp e- - lỗ trống đóng vai trị hệ oxi hóa – khử trên bề mặt chất bán dẫn, thực hiện
phản ứng oxi hóa khử phân hủy các chất hữu cơ. Thêm vào đó OH• cũng được sinh ra
trong q trình này, do đó chất hữu cơ khơng chỉ bị phân hủy bởi phản ứng oxi hóa khử
mà cịn bởi phản ứng với gốc tự do OH•:
TiO2(h+)H2Ohp → TiO2 + 2OH•hp + H+
TiO2(h+) +OH-hp/bm → TiO2 + OH•hp
TiO2(h+) + RXhp → TiO2 + RX-hp
d/ Ozon hóa
Ozon hóa được xem là một trong những q trình oxi hóa tiên tiến ở pH kiềm do
các chất hữu cơ bị oxi hóa bởi gốc tự do hoạt động được tạo ra trong quá trình phân hủy
ozon.
Thực ra trong mỗi q trình ozon hóa, chất hữu cơ bị oxi hóa một phần do phản
ứng của các gốc tự do, một phần là sự ozon hóa trực tiếp chất hữu cơ. Bởi lẽ, ozon là chất

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


13
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XN VỮNG

oxi hóa mạnh hơn oxy, và về mặt lý thuyết , khơng có hợp chất hữu cơ nào khơng bị oxi
hóa bởi ozon. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là khó khăn trong việc thu
được ozon và sự nhạy cảm pH của q trình [Ullmann, 1995].
Các q trình ozon hóa gồm có:
- Q trình UV/O3: q trình ozon hóa được hỗ trợ bằng việc chiếu ánh sáng tử
ngoại để tăng hiệu quả tạo OH• hay tạo 2OH• với nồng độ cao hơn.
H2 O + O3

2OH• + O2

- Q trình H2O2/O3: phản ứng giữa O3 và H2O2 tăng sự tạo thành gốc OH•. Trong
trường hợp này, ngồi gốc OH• cịn có gốc HO2• (tạo ra tử H2O2). Vì vậy phản ứng oxi
hóa chất hữu cơ đạt hiệu quả cao hơn.
H2O2 + 2O3

2OH• + 3O2

- Quá trình H2O2/UV/O3: là sự kết hợp của các quá trình UV/O3, H2O2/O3, UV/H2O2
để thu được hệ bậc 3. Đây là quá trình hiệu quả nhất trong xử lý nước thải ô nhiễm nặng
và cho phép giảm TOC, khống hóa hồn tồn chất ơ nhiễm. Cơ chế tạo gốc tự do được
chỉ ra trong phản ứng:
H2O2 + 2O3

2OH• + 3O2

1.4. PHẢN ỨNG FENTON[5]
1.4.1. Q trình Fenton

Thơng thường qui trình oxi hóa Fenton gồm 2 giai đoạn:
 Điều chỉnh pH phù hợp
 Phản ứng oxi hóa
Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc •OH hoạt tính và phản
ứng oxi 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 ơxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


14
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

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+ OH1.4.2. Các hệ Fenton (H2O2/Fe2+) và hệ kiểu Fenton (H2O2/Fe3+):
Là các hệ phản ứng trong đó gốc tự do OH• được tạo ra do sự phân ly của H2O2
xúc tác bởi Fe2+, Fe3+ :
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH•
H2O2 + OH• → HO2• + H2O
Fe3+ + HO2• + H2O → Fe2+ + O2+ H3O+
Gốc OH• sinh ra tấn cơng các hợp chất hữu cơ:
OH• + RH → R• + H2O
R• + Fe3+ → R+ + Fe2+
Ở pH thấp sẽ diễn ra phản ứng tái tạo Fe2+ , khi đó Fe2+ đóng vai trị xúc tác thật sự
cho phản ứng phân hủy H2O2:

Fe3+ + H2O2 → H+ + FeOOH2+
FeOOH2+ → HO2• + Fe2+
Ngồi ra cịn có các hệ trên cơ sở hệ Fenton có sử dụng thêm UV hoặc oxalat để
tăng cường phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ, hệ quang Fenton tái tạo xúc tác nhờ
bức xạ tử ngoại: Fe(OH)2+ → Fe2+ + OH•.
1.4.3. Các q trình Fenton cải tiến
1.4.3.1. Q trình Fenton điện hóa
Q trình Fenton điện hóa (E.Fenton) là q trình Fenton sử dụng các tác nhân
phản ứng sinh ra trong q trình điện hóa.
 H2O2 được tạo ra trong q trình điện hóa theo cơ chế sau:
Ở anốt xảy ra sự oxi hóa nước tạo ra oxi phân tử theo phương trình :

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


15
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

2H2O - 4e O2 + 4H+
Chính oxi phân tử này lại bị khử ở catốt để tạo thành H2O2 theo phương trình:
O2 + 2H+ +2e H2O2
 Ion Fe2+ có thể bổ sung vào hệ hoặc có thể tự tạo ra khi điện phân nếu sử dụng điện
cực anốt hịa tan điện hóa (anốt hoạt động) là sắt, khi nhường điện tử, sắt sẽ hòa tan tạo ra
các ion Fe2+ vào dung dịch, làm điện cực hy sinh trong quá trình điện phân. Đặc điểm
quan trọng của q trình Fenton điện hóa chính là ở chỗ khi phản ứng Fenton xảy ra giữa
Fe2+ và H2O2 theo phương trình (1) sẽ tạo ra Fe3+, chính Fe3+ này tiếp tục bị khử thành

Fe2+ trực tiếp trên catot theo phương trình sau:
Fe3+ + e Fe2+
Quá trình Fenton điện hóa bao gồm 2 chu trình : chu trình oxi hóa – khử các ion
sắt và chu trình oxi hóa nước và khử oxi trên các điện cực. Trong q trình Fenton điện
hóa tùy theo cách đưa nguồn ion Fe2+ vào hệ cịn phân biệt 2 q trình: q trình Fenton
Catốt và quá trình Fenton Anốt.
1.4.3.2. Fenton- HA
Quá trình Fenton mang lại hiệu quả rất cao trong việc phân hủy các hợp chất hữu
cơ trong nước. Tuy nhiên pH tối ưu của quá trình này thường trong vùng axit khoảng pH
từ 3 – 4 nên làm hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong cơng nghệ mơi trường. Nguyên
nhân chính là do sự kết tủa của Fe(III) ở pH cao làm hạn chế q trình tuần hồn
Fe(III)/Fe(II). Để giữ Fe ở trạng thái hòa tan, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu sử
dụng các chelat nhân tạo để mở rộng khoảng pH tối ưu của quá trình lên khoảng trung
tính. Hợp chất humic là tác nhân được sử dụng nhiều trong các hệ thống Fenton cải tiến
(Fenton-HA) hiện nay.
Hiệu quả xử lý của hệ thống Fenton cải tiến trong mơi trường trung tính đã được
nghiên cứu với nhiều chất ô nhiễm khác nhau cho kết quả tương tự nhau và khá khả quan

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


16
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

so với hệ thống Fenton thông thường. Phản ứng phân hủy benzene tiến hành trong dung
dịch có HA và khơng có HA ở pH = 3 có hằng số tốc độ khác nhau không đáng kể. Kết

quả cho thấy phù hợp với những tác động chậm do thêm HA trong quá trình phân hủy
trinitrotoluene trong hệ thống Fenton ở pH = 3 đã được cơng bố năm 1998. Tuy nhiên,
q trình phân hủy các chất ô nhiễm ở pH = 5 – 7 của hệ thống Fenton thường chỉ khoảng
35%, còn hệ thống Fenton HA là 95%, còn tại pH = 6 hệ thống Fenton thường là 30%
trong khi đó của hệ thống Fenton cải tiến là 70%

Đồ thị 1: Ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy benzene trong hệ thống Fenton
a) Khơng có HA

b) có HA với nồng độ 50mg/l

∆ pH 3, □ pH 5, x pH 6,▲ pH 7

Trong nghiên cứu của Voelker và Sulzberger (1996) tốc độ phân hủy H2O2 bởi
phản ứng Fenton khi thêm HA ở pH = 5 xảy ra rất tốt, trong khi hiệu quả không đáng kể
ở pH = 3. Hệ thống Fenton điều chỉnh cũng có thể áp dụng được cho các hợp chất có xu
hướng thấm ướt tốt HA.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


17
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

1.4.4. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO và động học các phản ứng Fenton
1.4.4.1. Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+

Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị II (thơng
thường dùng muối FeSO4) và hydro peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự
do •OH, cịn Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + HO-

(3)

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do J.H. Fenton 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 q
trình Fenton cịn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO-

(k=63 M-1s-1)

(4)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+

(k=3.1×10-3 M-1s-1)

(5)

HO + Fe2+ → Fe3+ + HO-

(k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1)

(6)

HO + H2O2 → H2O + HO2

(k = 3.3 × 107M−1 s−1)

(7)

Fe2+ + HO2 → Fe3+ + HO2-

(8)

Fe3+ + HO2 → Fe2+ + O2 + H+

(9)

Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trị là chất xúc tác. Q
trình chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mơ tả trong phản ứng (5) xảy ra rất chậm, hằng số tốc
độ k rất nhỏ so với phản ứng (4) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu ở dạng Fe3+.
Theo Walling, C. (1975) gốc tự do HO sinh ra có 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:
HO + Fe2+ → HO- + Fe3+

(10)

HO + H2O2 → H2O + HO2

(11)

HO + RH → R + H2O

(12)

Các gốc R có thể oxi hóa Fe2+, khử Fe3+ hoặc dimer hóa .
1.4.4.2. Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe3+
Phản ứng (5) xảy ra xem như phản ứng phân hủy H2O2 bằng chất xúc tác Fe3+ và
tạo ra Fe2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (4) hình thành gốc hydroxyl theo phản
LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


18
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

ứng Fenton. Tuy nhiên, tốc độ ban đầu của phản ứng ơxy hóa bằng tác nhân H2O2/Fe3+
chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+. Nguyên nhân vì trong trường hợp
này Fe3+ phải được khử thành Fe2+ trước khi hình thành gốc hydroxyl. Như vậy về tổng
thể quá trình Fenton được xem như khơng phụ thuộc gì vào trạng thái hóa trị hai hay ba
của các ion sắt.
Phản ứng Fenton diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ khoảng 5 – 200oC (nếu nhiệt độ quá
cao H2O2 dễ phân hủy) và độ pH nhỏ hơn hay bằng 4 (nếu cao hơn, Fe(III) sẽ kết tủa).
Nói chung khi áp dụng quy trình phản ứng Fenton, nước thải cần có pH thấp để duy trì
xúc tác sắt ở trong dung dịch, tạo điều kiện cho nó tham gia phản ứng. Trong trường hợp
nước thải có độ pH trung hòa, người ta phải dùng một số loại tạo chelat như EDTA,
DTPA... để duy trì xúc tác sắt ở trong dung dịch. áp dụng nguyên lý phản ứng Fenton
người ta có thể dùng nguồn ánh sáng cực tím hay dùng điện phân cùng kết hợp với H2O2.
1.4.5. Q trình Fenton/mặt trời (Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis)
Đã có nhiều nghiên cứu về quá trình Fenton chứng minh rằng phản ứng của quá
trình tiếp tục diễn ra khi có sự xuất hiện của tia cực tím (UV) có bước sóng 300 - 400nm

mà không cần bổ sung thêm sắt, gọi là quang Fenton. Những tính chất này là tiền đề để
nghiên cứu các phương pháp quang Fenton cải tiến. Kết quả nghiên cứu [6] [8], cho thấy:
ánh sáng mặt trời có khả năng giúp duy trì phản ứng Fenton.
Ánh sáng được sử dụng phổ biến trong q trình quang oxi hóa nhưng việc tạo
nguồn sáng lại chiếm giá thành lớn trong tổng giá thành xử lí. Do đó, ánh sáng mặt trời
được xem là nguồn sáng kinh tế.
Phức sắt oxalat được biết là hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước sóng dài hơn (đến λ ≈
550 nm) và phát sinh gốc hydroxyl với hiệu suất lượng tử cao trong quá trình Fenton/mặt
trời, cải thiện hiệu suất q trình oxi hóa các hợp chất ô nhiễm hữu cơ [8]. Sắt oxalat đã
từng được sử dụng rộng rãi để làm quang kế hóa trong nhiều thập niên. Trong những năm
gần đây, sắt oxalat được ứng dụng trong phân hủy chất ơ nhiễm [6], [8]. Vì vậy, phương
pháp này mong đợi sẽ là phương pháp có nhiều triển vọng.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


19
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

Theo [6] một cơ chế đơn giản cho quá trình quang Fenton/mặt trời được phác thảo.
Phức sắt oxalat, FeIII(C2O4)33–, cảm quang cao không chỉ ở vùng UV mà còn ở vùng VIS
λ ≈ 550 nm và được chuyển thành Fe(II):
FeIII(C2O4)33– + hv → Fe2+ + 2C2O42– + C2O4–

(1.17)

C2O4– → CO2– + CO2

(1.18)

CO2– + FeIII(C2O4)33– → Fe2+ + CO2 + 3 C2O42–

(1.19)

Do thời gian sống của gốc oxyl (C2O4–) ngắn nên có thể tổng hợp những phản
ứng trên thành:
FeIII(C2O4)33– + hv → Fe2+ + CO2 + 2.5 C2O42–

(1.20)

Khơng có phản ứng quang hóa khác đáng kể (ví dụ: phản ứng quang phân của
H2O2) bởi vì hệ số tắt phân tử của chất phản ứng không lớn bằng phức sắt oxalat. Phức
sắt oxalat hấp thụ quang chiếm ưu thế. Fe2+ được sinh ra sẽ làm phát sinh gốc hydroxyl
HO cùng với phản ứng Fenton sau:
Fe2+ + H2O2 + 3 C2O42– → FeIII(C2O4)33– + HO + HO-

(1.21)

Trong sự có mặt của một lượng lớn oxalat, Fe(III) sẽ tạo phức với 2 hoặc 3 phối tử
oxalat. Trong phản ứng quang Fenton, sắt quay vòng giữa những trạng thái oxi hóa. Do đó,
sự tạo thành của HO bị giới hạn chỉ bởi sự có mặt của ánh sáng, H2O2 và ion oxalat được
dùng cạn dần trong suốt quá trình phản ứng .
Sau đây là những phản ứng và hằng số tốc độ (k) hoặc hằng số cân bằng (K) của
những phản ứng xảy ra trong hệ Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis [8].
FeIII(C2O4)n3–2n + hv → Fe2+ +(n-1) C2O42– + C2O4–
FeIII(OH)2+ + hv → Fe2+ + HO

Quá nhỏ trong hệ này

C2O4– → CO2– + CO2

k = 2 x 106 s–1

CO2– + O2 → CO2 + O2–

k = 2.4 x 109 M–1s–1

Fe3+ + O2– → O2 + Fe2+

k = 1.5 x 108 M–1s–1

Fe3+ + HO2 → O2 + Fe2+ + H+

k = 3.3 x 105 M–1s–1

FeIII(C2O4)n3–2n + O2–→ O2 + FeII(C2O4)n2–2n

k < 1 x 106 M–1s–1

FeIII(C2O4)n3–2n + HO2 → O2 + FeII(C2O4)n2–2n

k < 1.2 x 105 M–1s–1

FeIII(C2O4)n3–2n + CO2– → CO2 + FeII(C2O4)n2–2n

k ≈ 8 x 109 M–1s–1

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


20
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

Fe2+ + O2– → Fe3+ + H2O2 + OH¯

k = 7.2 x 108 M–1s–1

Fe2+ + HO2 → Fe3+ + H2O2 + OH¯

k = 7.2 x 105 M–1s–1

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + OH¯

k = 63 M–1s–1

FeII(C2O4) + H2O2 → FeIII(C2O4)n+ + HO + OH¯

k = 3.1 x 104 M–1s–1

C2O42– + HO → CO2 + CO2– + OH¯

k = 7.7 x 106 M–1s–1

HC2O4– + HO → CO2 + CO2– + H2O

k = 4.7 x 107 M–1s–1

IRF + HO → Những sản phẩm

k = 3.0 x 109 M–1s–1

Fe2+ + HO → FeIII(OH)2+

k = 4.3 x 108 M–1s–1

H2O2 + HO → HO2 + H2O

k = 3.0 x 107 M–1s–1

HO2 + HO2 → H2O2 + O2

k = 8.3 x 105 M–1s–1

HO2 + O2– → HO2– + O2

k = 9.7 x 107 M–1s–1

Fe3+ + C2O42–  FeIII(C2O4)+

K = 2.51 x 109 M–1

FeIII(C2O4)+ + C2O42–  FeIII(C2O4)2¯

K = 6.31 x 106 M–1

FeIII(C2O4)2¯ + C2O42–  FeIII(C2O4)33¯

K = 3.80 x 104 M–1

Fe2+ + C2O42–  FeII(C2O4)

K = 2.00 x 105 M–1

FeII(C2O4) + C2O42–  FeII(C2O4)22–

K = 1.26 x 102 M–1

HC2O4+  C2O42– + H+

K = 6.17 x 10–5 M–1

HO2  O2¯ + H+

K = 1.58 x 10–5 M–1s

1.4.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton[5] [8]
1.4.6.1. Ảnh hưởng của độ pH
Trong các phản ứng Fenton, độ pH ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và nồng độ
Fe(III) ở pH < 3 chúng sẽ nằm dới dạng Fe3+(aq) và khi pH gần đến sát 3 là dạng
Fe(OH)2+(aq) và khi 3 < pH < 7 chúng ở dạng Fe(OH)2+(aq). Do đó trong mơi trường axit
sẽ rất thuận lợi cho quá trình tạo gốc hydroxyl tự do HO theo phản ứng sau:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + OHTrong mơi trường pH cao q trình kết tủa Fe3+ nhanh hơn quá trình khử của phản

ứng: Fe2+ + 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

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


21
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

lợi khi pH từ 3 - 5, đạt tốc độ cao nhất khi pH nằm trong khoảng hẹp trên dưới 3, và hiệu
quả càng giảm dần khi pH tăng.
1.4.6.2. Ảnh hưởng của ion oxalat [9]
Đối với hệ sắt Oxalat/H2O2/Vis, ion oxalat tạo phức với ion Fe3+ để hình thành
phức sắt oxalat. Tỉ lệ giữa oxalat và ion Fe3+ thường là 3. Oxalat làm tăng hiệu suất phân
hủy chất hữu cơ do tạo được phức sắt (III) oxalat không chỉ tăng hiệu suất lượng tử ở
vùng UV mà còn mở rộng dải hấp thụ vào vùng khả kiến, làm tăng hệ số hấp thụ phân tử.
Tuy nhiên, nếu nồng độ oxalat quá nhiều sẽ ảnh hưởng khơng tốt đến q trình phân hủy.
1.5. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ COD
Nhu cầu oxi hoá học (COD) là lượng tương đương của các thành phần hữu cơ
trong mẫu nước bị hoá thành CO2 và nước bởi tác nhân hố học có tính hố mạnh. Chỉ
số COD được sử dụng rộng rãi để đặt trưng cho hàm lượng chất hữu cơ có thể bị hố hố
học trong nước thải và nước tự nhiên.
1.5.1. Nguyên tắc
Hầu hết các chất hữu cơ đều bị phân huỷ khi đun nóng với hỗn hợp K2Cr2O7 trong
môi trường axit mạnh. Lượng K2Cr2O7 dư được xác định bằng phương pháp đo quang
màu của K2Cr2O7 ở bước sóng hấp thụ là 439nm.

Các phản ứng hoá học xảy ra khi dùng K2Cr2O7 hoá:
HCH + Cr2O72- + H+ → CO2 + H2O + Cr3+
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O
1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình oxi hố
Các chất béo mạch thẳng, các hợp chất nhân thơm và piridin khơng bị hố, mặc dù
với dicromat phản ứng triệt để hơn so với dùng kali pemanganat. Để tăng nhanh tốc độ
phản ứng, bạc sunfat được thêm vào như một chất xúc tác.
Khi có sự hiện diện của ion chlorua cũng sẽ gây sai số dương cho do phản ứng:
Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ → 2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O
Để tránh sai số này, người ta sử dụng HgSO4 cho vào với tỉ lệ HgSO4:Cl- = 30:1
để tạo phức bền HgCl42-. .

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


22
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

1.6. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV-VIS
Đây là phương pháp dựa trên sự so sánh cường độ màu của dung dịch nghiên cứu
với cường độ màu của dung dịch tiêu chuẩn có nồng độ xác định.
Cơ sở lý thuyết của phương pháp là định luật Lambert – Beer:
D = lg (Io/I) = ε.l.C (1.1)
Hay:

D = K.C

Trong đó: Io: cường độ ánh sáng tới; I: cường độ ánh sáng ló; ε: hệ số tắt phân tử hay
hệ số hấp thụ phân tử, ε là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ,
vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc và vào nhiệt độ; l: bề dày của cuvet đựng dung dịch,
đo bằng cm; C: nồng độ dung dịch, đo bằng mol/l; D: mật độ quang; K: hệ số tỷ lệ, K =
ε.l.
Từ biểu thức (1.1) sự phụ thuộc giữa mật độ quang D và nồng độ C ở một độ dài
sóng nhất định là tuyến tính, do đó để xác định nồng độ của một chất người ta phải đưa
chất phân tích về dung dịch màu rồi dùng phương pháp thêm hay phương pháp đường
chuẩn để định lượng.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


23
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II

GVHD: TS. BÙI XUÂN VỮNG

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Để chuẩn bị cho việc thí nghiệm, đề tài được tiến hành qua các giai đoạn sau:
- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn để tập hợp, dịch thuật các tài liệu
tham khảo liên quan đến đối tượng nghiên cứu.
- Biên soạn qui trình phân tích phù hợp nhất với điều kiện phịng thí nghiệm.
- Chuẩn bị các loại vật tư, hoá chất theo yêu cầu.
- Tạo các mẫu giả bằng cách pha chất cần phân tích vào nước cất hai lần.

- Hồn chỉnh qui trình dự thảo và gửi đến giáo viên hướng dẫn xem xét, đánhgiá.
- Biên soạn qui trình dự thảo cuối cùng sau khi tiếp nhận, kiểm tra, xử lí các ý kiến
góp ý của giáo viên hướng dẫn.
- Tiến hành thí nghiệm trên mẫu giả để thu được các số liệu phân tích, kinh
nghiệm.
2.1. DỤNG CỤ, HĨA CHẤT, THIẾT BỊ
2.1.1. Dụng cụ - thiết bị
Dụng cụ
- Pipet 10ml, 5ml, 2ml, 1ml

Máy móc, thiết bị
- Máy quang phổ UV – VIS (UV-

- Bình định mức 1000ml , 100ml, VIS spectrophotometer V530 – JASCO)
50ml, 25ml

- Cân phân tích

- Cốc thủy tinh 100ml, 1000ml

- Máy li tâm

- Ống thủy tinh có nắp vặn 10ml

- Máy đo pH

- Micro xiranh 5μl, 50μl

- Máy khuấy từ nhiệt độ

- Phễu lọc, giấy lọc 0,45μm

- Nhiệt kế

- Bếp từ, bếp cách cát
- Cuvet nhựa.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


24
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XN VỮNG
5

2.1.2. Hóa chất
- Levafix red CA
- H2SO4 đậm đặc 98%(Trung Quốc).
- KOH (Trung Quốc)

4

3
6
7

- Muối FeSO4.7H2O (Trung Quốc)

- Ag2SO4 (Trung Quốc)

1

2

- Hg2SO4 (Việt Nam)
- K2Cr2O7 (Trung Quốc)
- H2O2 30% (Trung Quốc )

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm

- Muối Fe2(SO4)3.9H2O (Trung Quốc)
- Nước cất
Pha hóa chất :
Pha chế thuốc nhuộm nồng độ 100ppm: Ban đầu cân chính xác 2g Levafix red CA
rồi định mức trong bình 1000ml bằng nước cất. Ta được dung dịch thuốc nhuộm có nồng
độ 2000ppm. Sau đó lấy 50ml thuốc nhuộm vừa pha ở trên đem định mức tiếp vào bình
định mức 1000ml bằng nước cất thu được thuốc nhuộm có nồng độ 100ppm.
Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 (0,1N): Hồ tan 4,913g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C trong 2
giờ) trong 50ml nước cất, thêm vào 167ml H2SO4 đậm đặc và 33,3g HgSO4, khuấy tan để
nguội đến nhiệt độ phòng, định mức đến 1000ml.
Axit sunfuric dùng chuẩn COD: Cân 5,5g Ag2SO4 trong 1kg H2SO4 đậm đặc (d =
1,84g/ml), để 1 – 2 ngày cho hoà tan hoàn toàn Ag2SO4.
Dung dịch kali hidro phtalat:
+ Pha dung dịch kali hidro phtalat 0,01M: cân 0,204g kali hidro phtalat
định mức đến 100ml.
+ Định mức dung dịch kali hidro phtalat 0,01M thành các dung dịch có
nồng độ 2.10-3M, 10-3M, 8.10-4M, 6.10-3M, 4.10-4M.
Một số hoá chất cần thiết khác.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ


25
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

GVHD: TS. BÙI XN VỮNG

2.2. QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ COD
2.2.1. Nguyên tắc phương pháp xác định COD
Đun mẫu với hỗn hợp oxi hóa gồm K2Cr2O7, H2SO4 và chất xúc tác Ag2SO4 trong
các cuvet có nắp đậy ở nhiệt độ 150oC trong 2 giờ. Hỗn hợp sau khi đun đem đo mật độ
quang ở bước sóng 439 nm để xác định lượng dư K2Cr2O7.
Các phản ứng hoá học xảy ra khi dùng K2Cr2O7 oxi hoá:
Chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ → CO2 + H2O + Cr3+
Cr2O72- + 14H+ + 6e

2Cr3+ + 7H2O

Hoặc quá trình oxi hóa cũng được viết dưới dạng sau:
O2 + 4H+ + 4e

2H2O

Các chất béo mạch thẳng, các hợp chất nhân thơm và piridin khơng bị oxi hố, mặc dù
với dicromat phản ứng triệt để hơn so với dùng kali pemanganat. Để tăng nhanh tốc độ
phản ứng, bạc sunfat được thêm vào như một chất xúc tác.

Các ion clorua cũng gây cản trở cho quá trình phản ứng:
Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ → 2Cr3+ + 3Cl2 + 7H2O
Để tránh cản trở này, người ta cho HgSO4 vào tạo phức bền với clorua.
2.2.2. Thuốc thử
- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0.1N: Hoà tan ống chuẩn K2Cr2O7 0.1N trong 50 mL
nước cất, thêm 167 mL H2SO4 98% và 33.3 g HgSO4. Làm lạnh và định mức đến 1L.
- Dung dịch hỗn hợp H2SO4 và Ag2SO4: Cân 5.5 g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4 đậm đặc
(d = 1.84 g/mL), để 1-2 ngày cho tan hoàn toàn Ag2SO4.
- Dung dịch chuẩn kali hydro phtalat:
+ Pha dung dịch kali hydro phtalat gốc: cân 850 mg kali hydro phtalat đã sấy khô
ở 103oC và định mức bằng nước cất đến thể tích 1000 mL.
+ Pha dung dịch kali hydro phtalat chuẩn: pha loãng 20 mL dịch kali hydro phtalat
gốc thành 100 mL. Dung dịch này chứa 200 mgO2/L.

LỚP: 08CHP

SVTH: LƯƠNG THỊ HÀ