Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm levafix red CA bằng tác nhân h2o2 UV và fenton UV (Fe2+H2O2UV)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM.

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-----------------

--------------------------------------NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ THU THÃO
Lớp:

08CHP ( Cử nhân hóa Phân tích – Mơi trường ).

1. Tên đề tài: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc
nhuộm Levafix red CA bằng tác nhân UV/H2O2 và Fenton/UV (Fe2+/UV/H2O2).
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:
2.1. Dụng cụ và thiết bị
- Pipet 10ml, 5ml, 2ml, 1ml.
- Bình định mức 1000ml, 500ml, 100ml, 50ml, 25ml, 10ml.
- Cốc thủy tinh 2000ml, 1000ml, 500ml, 100ml.
- Ống thủy tinh có nắp vặn 19ml.
- Micro xiranh 5µl, 50µl.
- Bếp từ.
- Bếp cách cát.
- Cuvet nhựa.
- Máy quang phổ UV – VIS (UV – VIS spectrophotometer V530 – JACO ).

- Cân kỹ thuật PLS 310 – 3 với độ chính xác d = 0.001g.
- Máy đo pH.
- Máy khuấy từ nhiệt độ ( Trung Quốc ).
2.2. Hóa chất
- Levafix red CA.
- H2SO4 đậm đặc 98% ( Trung Quốc ).
- KOH.
- Muối FeSO4.7H2O ( Trung Quốc ).
- Ag2SO4.
- Hg2SO4.
- K2Cr2O7.
- H2 O2 .


- Nước cất 2 lần.
3. Nội dung nghiên cứu.
3.1. Phân hủy Levafix rea CA bằng tác nhân UV/ H2O2
- Các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát.
+ Ảnh hưởng của nồng độ H2O2.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ.
+ Ảnh hưởng của pH.
3.2. Phân hủy Levafix rea CA bằng tác nhân Fe2+/UV/ H2O2
+ Ảnh hưởng của nồng độ H2O2.
+ Ảnh hưởng của Fe2+.
+ Ảnh hưởng của pH.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ.
4. Giáo viên hướng dẫn: TS. BÙI XUÂN VỮNG
5. Ngày giao đề tài:

25/07/2011

6. Ngày hoàn thành:

27/02/2012

Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

( Ký và ghi rõ họ, tên )

( Ký và ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 5 năm 2012
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày ....tháng....năm 2012
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)


Em xin chân thành cảm ơn Khoa Hóa – Trường Đại Học
Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng đã tạo điều kiện tốt cho em hồn
thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của
thầy Bùi Xuân Vững. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn,
thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn
em. Thầy đã cung cấp, chia sẻ rất nhiều kiến thức mới để em có
thể hồn thành tốt bài luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cơ trong khoa Hóa
trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng.

Em xin chân thành cảm ơn các anh chị cao học và bạn
bè đã ủng hộ, giúp đỡ, động viên trong thời gian thực tập và
nghiên cứu.
Đà Nẵng, tháng 05 năm 2012
Sinh viên
NGUYỄN THỊ THU THÃO

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU


Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa levafix
red CA(%). ................................................. 30
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất COD(%). ..............31
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chuyển hóa levafix red CA(%) ...32
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chuyển hóa COD(%) ..................32
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chuyển hóa levafix red CA(%) ...........33
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất COD (%).............................................35
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa levafix
red CA(%). ................................................................................................................35
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất COD(%). ..............36
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa levafix
red CA(%). ................................................................................................................37
Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa
COD(%). ...................................................................................................................37
Bảng 3.11: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa levafix red
CA(%). ......................................................................................................................38
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa COD(%). ..........39
Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa levafix red
CA(%) . .....................................................................................................................40
Bảng 3.14 : Ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa COD(%). .41

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống thí nghiệm ........................................................................22
Hình 1.2: Hệ thống phản ứng Fenton/UV và UV/H2O2 phân hủy levafix red CA ...24
Hình 3.1: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất
chuyển hóa levafix red CA. .......................................................................................30
Hình 3.2: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất
COD(%) ....................................................................................................................31
Hình 3.3: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất chuyển hóa levafix
red CA(%). ................................................................................................................32
Hình 3.4: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất COD(%). .............33
Hình 3.5: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến hiệu suất chuyển hóa levafix red
CA(%) .......................................................................................................................34
Hình 3.6: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của pH đến sự chuyển hóa COD(%) ..............34
Hình 3.7: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất
chuyển hóa levafix red CA. .......................................................................................35
Hình 3.8: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến hiệu suất
COD(%) . ..................................................................................................................36
Hình 3.9: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa
levafix red CA(%). ....................................................................................................37
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến hiệu suất
chuyển hóa COD(%). ................................................................................................38
Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa
levafix red CA(%). ....................................................................................................39
Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn Ảnh hưởng của pH ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa
COD(%). ...................................................................................................................39
Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến hiệu suất chuyển
hóa levafix red CA(%) . ............................................................................................40
Hình 3.14: Đồ thị biểu ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến hiệu suất chuyển hóa

COD(%). ...................................................................................................................41


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
COD: Nhu cầu oxi hóa học.
UV-VIS: Ustra violet – visible (quang phổ tử ngoại khả kiến).
t: Thời gian.
NTDN: Nước thải dệt nhuộm.
XLNT: Xử lý nước thải.

1


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................0
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................0
2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................1
5. Kết cấu của đề tài ..................................................................................................2
6. Đóng góp của đề tài ...............................................................................................2
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................3
1.1. Nước thải dệt nhuộm .........................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm ...............................................................................3
1.1.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ...............................................................4
1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học: ...................................................................4
1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng: ...................................................................5
1.1.3. Levafix red CA ..................................................................................................8
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay .....................................................8
1.2.1 Phương pháp hấp phụ ......................................................................................9

1.2.2 Phương pháp oxi hóa ........................................................................................9
1.2.3. Phương pháp keo tụ ......................................................................................10
1.2.4. Kỹ thuật điện hóa ...........................................................................................10
1.2.4.1. Oxi hóa điện hóa ..........................................................................................10
1.2.4.2. Đông tụ điện .................................................................................................11
1.2.4.3. Tuyển nổi điện ..............................................................................................11
1.2.5. Phương pháp sinh học ..................................................................................11
1.2.6. Phương pháp hóa lý .......................................................................................11
1.2.7. Phương pháp lọc ............................................................................................11
1.3. Phương pháp Fenton........................................................................................12
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton ............................................................12
1.3.2. Phương thức phản ứng của gốc hydroxyl HO• ............................................12
2


1.3.3. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO• và động học các phản ứng Fenton ....13
1.3.4. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) .........................................................14
1.3.5. Những yếu tố ảnh hưởng trong phương pháp Fenton ...............................16
1.3.5.1. Ảnh hưởng của độ pH ..................................................................................16
1.3.5.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+/H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) ...................16
1.3.5.3. Ảnh hưởng của các anion vô cơ ...................................................................17
1.3.7. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp Fenton .....................................17
1.4. Ứng dụng phương pháp Fenton ......................................................................18
1.4.1. Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lí nước thải dệt nhuộm .............18
1.5. Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình Fenton ở Việt Nam .........19
1.6. Kết luận tổng quan ...........................................................................................20
CHƯƠNG II NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................20
2.1. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất ...............................................................................21
2.1.1. Dụng cụ - thiết bị ............................................................................................21
2.1.2. Hóa chất ..........................................................................................................22

2.2. Các bước tiến hành thực nghiệm ....................................................................23
2.2.1. Xác định hiệu suất COD bằng phương pháp bicromat Cr2O72-/Cr3+. 24
2.2.1.1. Định nghĩa ....................................................................................................24
2.2.1.2. Nguyên tắc phương pháp xác định COD .....................................................24
2.2.1.3. Qui trình phân tích mẫu ...............................................................................25
2.2.2. Xác định hiệu suất chuyển hoá levafix red CA bằng phương pháp đo quang ..26
2.3. Nội dung các nghiên cứu thực nghiệm ...........................................................27
2.3.1. Phân hủy levafix red CA bằng hệ tác nhân UV/H2O2 ..................................28
2.3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy levafix red
CA ..............................................................................................................................28
2.3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy levafix red CA .......28
2.3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến sự phân hủy levafixred CA 28
2.3.2. Phân hủy levafix red CA bằng hệ tác nhân Fe2+/H2O2/UV ........................28
2.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy levafix red
CA ..............................................................................................................................28


2.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến sự phân hủy levafix red
CA ..............................................................................................................................28
2.3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy levafix red CA .......28
2.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến sự phân hủy levafix red CA ......29
2.3.3. So sánh hiệu quả phân hủy levafix red CA bởi 2 hệ tác nhân ....................29
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................30
3.1. Kết quả khảo sát sự phân hủy levafix red CA bằng hệ phản ứng H2O2.UV .....30
3.1.1. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân
hủy levafix red CA ....................................................................................................30
3.1.2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân hủy levafix red
CA..............................................................................................................................31
3.1.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự phân hủy levafix red CA ..33
3.2. Kết quả khảo sát sự phân hủy levafix red CA bằng hệ phản ứng

Fenton.UV ................................................................................................................35
3.2.1. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy
levafix red CA ............................................................................................................35
3.2.2. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến sự phân hủy
levafix red CA ............................................................................................................36
3.2.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy levafix red
CA ..............................................................................................................................38
3.2.4. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến sự phân hủy levafix
red CA .......................................................................................................................40
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................43


LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp dệt
nhuộm đã góp một phần lớn vào sự phát triển kinh tế chung của nước ta.
Ngành công nghiệp dệt nhuộm đã đáp ứng nhu cầu lớn trong nước và còn thu
được một một lượng ngọai tệ lớn nhờ xuất khẩu. Mặt khác ngành dệt nhuộm còn
giải quyết việc làm cho một số lượng lớn lao động. Hiện nay công nghiệp dệt
nhuộm đã trở thành một ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội
của nước ta, đã và đang được sự quan tâm mạnh mẽ của nhà nước.
Ở nước ta hiện nay ngoài các cơ sở, nhà máy dệt nhuộm lớn thì các làng
nghề truyền thống cũng đang phát triển mạnh mẽ. Song cùng với sự phát triển này
là những quá trình phát sinh trong sản xuất. Đây luôn là vấn đề khiến cho các nhà
quản lí và các nhà khoa học quan tâm. Hàng năm ngành dệt nhuộm sử dụng một
lượng nước lớn để sản xuất sau đó thải ra mơi trường khi chưa được xử lí hoặc đã
xử lí nhưng chưa đạt tiêu chuẩn môi trường. Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước
ta đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau.
Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn

chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có
nhiệt độ cao, độ pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, độ
màu cao. Nếu không được xử lý tốt, nước thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi
trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm. Do vậy việc xử lí nước
thải của nhà máy dệt nhuộm ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết.
Đứng trước các yêu cầu ngày một khắt khe về tiêu chuẩn nước thải công
nghiệp trong khi thành phần các hợp chất hiện diện trong nước thải ngày càng phức
tạp hơn, khó xử lý hơn, các q trình oxy hóa nâng cao (Advanced Oxidation
Processes - AOPs) nói chung và q trình Fenton nói riêng đã và đang được nhiều
người áp dụng rộng rãi hơn. Bên cạnh các cơng nghệ truyền thống, q trình oxy
hóa nâng cao ngày nay là một giải pháp không thể thiếu để xử lý các chất ô nhiễm
hữu cơ độc hại, không hoặc rất ít phân hủy sinh học hiện diện trong nước thải. Ở


Việt Nam nói riêng, trong số các q trình AOPs, phương pháp Fenton được áp
dụng rộng rãi hơn cả do có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác. Khi áp
dụng phương pháp này để xử lý các loại nước thải khác nhau (nước thải dệt
nhuộm, nước rỉ rác, nước thải giấy có dịch đen, nước thải thuốc trừ sâu), hiệu quả
xử lý chất hữu cơ nhìn chung đều ở mức trên 50% với quá trình Fenton cổ điển và ở
mức 70-80% với quá trình Fenton cải tiến [15].
Để xử lý nguồn nước thải từ các quá trình dệt nhuộm, người ta đã sử dụng
nhiều phương pháp khác nhau. 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 UV/H2O2 và Fe2+/H2O2/UV” với mong muốn góp
phần nhỏ bé vào việc xử lí nước thải dệt nhuộm ở nước ta.
2. Mục đích nghiên cứu
Tìm được các điều kiện tối ưu để cho q trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt
tính Levafix red CA đạt hiệu quả cao nhất bởi các tác nhân UV/H2O2 và
Fe2+/H2O2/UV.

So sánh hiệu quả phân hủy Levafix red CA bởi 2 hệ tác nhân trên.
Từ đó tìm ra phương pháp tối ưu nhất để xử lí nước thải.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Tiến hành nghiên cứu các mẫu giả chứa thuốc nhuộm Levafix red CA, khảo
sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy của thuốc nhuộm Levafix red CA.
b. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài được thực hiện trong phòng thí nghiệm trường Đại học Sư phạm - Đà
Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
a. 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.
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
- Dùng toán học thống kê để xử lý kết quả.
1


b. Nghiên cứu thực nghiệm
- Xác định độ chuyển hoá của Levafix red CA bằng phương pháp quang phổ
hấp thụ phân tử UV – VIS. [2]
- Xác định nhu cầu oxi hoá học COD bằng phương pháp Bicromat Cr2O72/Cr3+.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm
Levafix red CA bằng tác nhân UV/H2O2 và Fe2+/ UV/H2O2
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

- 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.

2


CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Nước thải dệt nhuộm
Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và những thành tựu
đạt được trong công – nông nghiệp thì đời sống của người dân Việt Nam trong
những năm gần đây càng được cải thiện và nâng cao.Vấn đề về thời trang trong đời
sống đã trở thành nhu cầu thiết yếu của mọi người. Để đáp ứng nhu cầu thị hiếu của
người dân về thời trang thì nhiều nhà máy về dệt nhuộm ra đời. Nhà máy dệt nhuộm
ra đời không những đáp ứng cho người dân về nhiều mặt hàng, mẫu mã đẹp mà nó
cịn góp phần vào việc giải quyết vấn đề công ăn việc làm cho xã hội, thúc đẩy tăng
trưởng nhanh kim ngạch xuất khẩu cho đất nước.
Điều đó cũng đồng nghĩa với việc một lượng lớn nước thải có hàm lượng
chất ơ nhiễm cao vượt quá tiêu chuẩn cho phép được thải ra ngoài, nếu không được
xử lý sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, làm mất cân bằng sinh thái, mất
cảnh quan môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Vấn đề ô nhiễm
chủ yếu trong ngành dệt là ô nhiễm nguồn nước thải trực tiếp ra môi trường.
Do đó việc xử lý nước thải dệt nhuộm là một yêu cầu rất cần thiết đòi hỏi
chúng ta phải quan tâm. Để lựa chọn được một phương pháp cần phải có những
hiểu biết chung về mơi trường và những kiến thức về các nguyên lý cơ bản cũng
như công nghệ của phương pháp đó. Xử lý nước thải dệt nhuộm trước khi chúng
hòa vào nguồn nước mặt tự nhiên là rất cần thiết để bảo vệ nguồn tài nguyên nước.

1.1.1. Giới thiệu về thuốc nhuộm [4]
Thuốc nhuộm là tên gọi chung của những hợp chất hữu cơ mang màu (có
nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc cũng như chủng loại,
chúng có khả năng nhuộm màu nghĩa là có khả năng bắt màu hay gắn màu trực tiếp
Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con
nguời hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm hỗn hợp. Đặc điểm nổi bậc của các loại
thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất khơng bị phân huỷ. Màu sắc của thuốc
nhuộm có được là do cấu trúc hố học. 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 đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như:
3


> C=C<, < C=N-, -NO2….Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận
điện tử như: -NH2, -COOH, -SO3H, -OH…đóng vai trị tăng cuờng màu của nhóm
mang màu bằng cách dịch chuyển năng luợng của hệ điện tử. Phân loại thuốc
nhuộm:
Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc , phạm
vi sử dụng.
1.1.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng
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-), phân tử thuốc
nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). 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

4


triaryl metan
Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.
- Thuốc nhuộm phtaloxianin: hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên
hợp khép kín. Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là những nguyên tử H
trong nhóm imin dễ dàng bị thay thế bởi ion kim loại còn các nguyên tử N khác
thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm thay đổi. Họ
thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số
lượng thuốc nhuộm.
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 hồn ngun
Thuốc nhuộm hồn ngun khơng tan: là hợp chất màu hữu cơ khơng tan
trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng qt: R=C=O. Trong
q trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước
nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ:

Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở
về dạng layco axit và bị oxi khơng khí oxi hóa về dạng nguyên thủy.
Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan: là muối este sunfonat của hợp chất layco axit
của thuốc nhuộm hồn ngun khơng tan, R≡C-O-SO3Na. Nó dễ bị thủy phân
trong mơi trường axit và bị oxi hóa về dạng khơng tan ban đầu.
Khoảng 80% thuốc nhuộm hồn ngun thuộc nhóm antraquinon.

5


- Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm
mang màu thuốc nhuộm) có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình
khử. Giống như thuốc nhuộm hồn ngun, thuốc nhuộm lưu hóa dùng để
nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi hóa
trở lại.
- Thuốc nhuộm trực tiếp: thuốc nhuộm trực tiếp hòa tan trong nước, nhưng ở
nhiệt độ nhỏ hơn 2500C khó hịa tan hơn. Khi nhuộm hoặc in hoa, thuốc nhuộm trực
tiếp bắt màu thẳng vào vật liệu khơng phải qua khâu xử lí trung gian, thường sử
dụng để nhuộm các loại vật liệu từ xenlulo như: vải sợi bông, lụa vixco, đay, gai...
- Thuốc nhuộm phân tán
Đây là loại thuốc nhuộm này có khả năng hịa tan rất thấp trong nước (có thể
hịa tan nhất định trong dung dịch chất hoạt động bề mặt). Thuốc nhuộm phân tán
dùng để nhuộm các loại xơ sợi tổng hợp kị nước. Xét về mặt hóa học có đến 59%
thuốc nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, cịn
lại thuộc các lớp hóa học khác.
- Thuốc nhuộm bazơ – cation
Thuốc nhuộm bazơ khi hòa tan trong nước chúng phân ly thành các phần
mang màu tích điện dương. Tuy được tổng hợp từ các gốc màu khác nhau nhưng tất
cả thuốc nhuộm bazơ đều hòa tan tốt trong nước, có cường độ màu và độ tươi rất
cao.

Thuốc nhuộm cation là một loại thuốc nhuộm bazơ đặc biệt được sản xuất về
sau. Chúng có đặc điểm như thuốc nhuộm bazơ, chỉ khác là chúng bắt màu mạnh
vào xơ polyacrylnitril và chỉ dùng cho thuốc nhuộm in hoa các loại vải, hàng dệt
kim từ loại xơ này. Chúng bắt màu tốt ở nhiệt độ 90 – 1000C.
- Thuốc nhuộm axit
Đa số loại này là những hợp chất sunfonic hóa chứa một hoặc nhiều nhóm
SO3H và một vài dẫn xuất cacboxyl hóa chứa nhóm COOH dễ tan trong nước.
Chúng được sử dụng để nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, tức là các loại
xơ sợi có chứa nhóm bazơ như len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong mơi trường
axít và cũng có thể nhuộm xơ sợi xenlulozo với sự có mặt của urê.
6


Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có cơng thức là RSO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3- mang màu.
Thuốc nhuộm axit dùng để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật liệu
cấu tạo từ protein như: len, lụa tơ tằm, lông thú, da thuộc và xơ tổng hợp họ
polyamid.
- 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: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin.
Dạng tổng quát của thuốc nhuộm hoạt tính: S – R – T – Y, trong đó:
- S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hịa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa,
-SO2CH3)
- R: nhóm mang màu của thuốc nhuộm
- Y: nhóm nguyên tử phản ứng, trong điều kiện nhuộm nó tách khỏi phân
tử thuốc nhuộm, tạo khả năng cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl,
-SO2, -SO3H, -CH=CH2,...)
- T: nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực hiện liên

kết giữa thuốc nhuộm và xơ.
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 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 bơng trong vải
sợi pha.
 Độc tính của thuốc nhuộm [4].
Thuốc nhuộm là hố chất cơ bản do vậy đều có độc tính nhất định, ngồi ra
một số loại thuốc nhuộm là độc chất có khả năng gây ung thư. Trên thế giới đã có
qui định tiêu chuẩn về độc chất đối với một số loại thuốc nhuộm, ví dụ như trong
tiêu chuẩn về các hố chất trong cơng nghiệp dệt đã xác định những loại thuốc
nhuộm azo có thể tạo ra những hợp chất amit gây ung thư do sự phân hủy.
7


 Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuộm [16].
Tác hại gây ung thư và nghi ngờ gây ung thư: khơng có loại thuốc nhuộm
nào nằm trong nhóm gây ung thư cho người. Các thuốc nhuộm azo được sử dụng
nhiều nhất trong ngành dệt, tuy nhiên chỉ có một số màu azo, 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.
Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn
3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy thuốc nhuộm nằm trong tất
cả các nhóm từ khơng độc, độc vừa, độc, rất độc đến cực độc. Trong đó có khoảng
37% thuốc nhuộm gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở
mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh.
Khi đi vào nguồn nước nhận như sông, hồ,… với một nồng độ rất nhỏ thuốc
nhuộm đã cho cảm nhận về màu sắc. Thuốc nhuộm hoạt tính sử dụng càng nhiều thì
màu nước thải càng đậm. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh

sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các lồi thủy sinh vật. Nó
tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nước
thải. Các nghiên cứu cho thấy khả năng phân giải trực tiếp thuốc nhuộm hoạt tính
bằng vi sinh rất thấp. Ở Việt Nam, qua số liệu điều tra tại các công ty dệt may lớn
đều cho thấy màu nước thải dệt nhuộm chủ yếu do thuốc nhuộm hoạt tính và một
phần do các loại thuốc nhuộm khơng tận trích hết khác gây ra.
1.1.3. Levafix red CA
Levafix red CA là thuốc nhuộm hoạt tính là những hợp chất màu mà trong
phân tử của chúng có chứa các nhóm nguyên tử có thể thực hiện mối liên kết hóa trị
với vật liệu nói chung và xơ dệt nói riêng trong q trình nhuộm. Thuốc nhuộm
hoạt tính có đủ gam màu, màu tươi và thuần sắc, công nghệ nhuộm đa dạng và
không quá phức tạp. Chúng được sử dụng 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.
1.2. Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay
8


Xử lí nước thải dệt nhuộm ở nước ta chỉ mới thực sự quan tâm trong những
năm gần đây. Các phương pháp truyền thống như đơng keo tụ, oxi hóa, sinh học,
kết hợp phương pháp hóa lí và sinh học…đã được áp dụng cho một vài cơ sở dệt
nhuộm ở thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Long An, Nha Trang, Đà Nẵng, Huế,
Hà Nội. Các phương pháp tuy chưa hồn chỉnh, chưa triệt để nhưng cũng góp phần
làm giảm ô nhiễm từ chất thải dệt nhuộm [3].
Hiện nay, để xử lí nước thải dệt nhuộm người ta thường áp dụng nhóm các
phương pháp một cách độc lập hoặc kết hợp. Một số phương pháp sau đã được
nghiên cứu xử lí nước thải dệt nhuộm.
1.2.1 Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ được dùng để phân hủy các chất không có khả năng
phân hủy sinh học hoặc khó phân hủy sinh học. Trong công nghệ xử lý nước thải

dệt nhuộm, người ta dùng chúng để khử màu nước thải thuốc nhuộm hịa tan và
thuốc nhuộm hoạt tính.
Cơ sở của q trình là sự hấp thụ chất tan lên bề mặt chất rắn(chất hấp phụ),
sau đó giải hấp để tái sinh chất hấp phụ.
Các chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạt tính, than nâu, đất sét,
cacbonat magie. Trong số đó, than hoạt tính hấp phụ hiệu quả nhất là do có bề mặt
riêng lớn 400-1500 m2/g. Nhu cầu lượng than hoạt tính để xử lý chất thải màu là
khác nhau, trong đó có sự tổn thất do quá trình hoạt hóa nhiệt cho than.
Than hột tính có nhiều ưu điểm nhưng không kinh tế nên không được sử
dụng rộng rãi.
1.2.2 Phương pháp oxi hóa
Cơ sở của phương pháp này là dùng các chất oxi hóa mạnh để phá vỡ một
phàn hay toàn bộ phân tử thuốc nhuộm và chuyển về dạng đơn giản khác.
Các chất oxi hóa thường dùng: Cl2, H2O2, O3
Cl2: là chất oxi hóa tương đối mạnh và rẻ tiền nên Cl2 được sử dụng nhiều
trong công nghệ môi trường nhưng lại tăng khả năng tạo AOX.
H2O2: là chất oxi hóa thân thiện với mơi trường nhưng do tính khử màu yếu
nên H2O2 riêng rẽ khơng thể khử màu thuốc nhuộm.

9


O3: là chất oxi hóa rất mạnh nên hiệu quả xử lý rất cao. Theo nghiên cứu của
Sheng H.Ling và Wen Y.Liu, ozon khử hoàn toàn màu nước thải dệt nhuộm trong
vòng 10 phút với thiệt bị điện phân dòng liên tục. Song do chi phí đắt nên khơng
được ứng dụng rộng rãi.
1.2.3. Phương pháp keo tụ
Đây là một phương pháp thơng dụng để xử lí NTDN, với mục đích khử màu
và một phần COD. Đối với thuốc nhuộm phân tán, hiệu quả khử màu theo phương
pháp này là khá cao.

Dùng chất keo tụ là : phèn nhôm Al2(SO4)3, phèn sắt Fe2(SO4)3, FeCl3, các
polime của nhôm, sắt như PAC, PFC... các chất này một mặt phá vỡ tính bền nhiệt
động của hệ keo, mặc khác tạo bông giúp cho sự sa lắng diễn ra nhanh hơn. Để giúp
cho quá trình lắng, người ta cần sử dụng thêm các chất trợ keo tụ, các chất này làm
tăng khối lượng của bông keo nên quá trình lắng được dễ dàng hơn.
* Quá trình keo tụ trong XLNT
Quá trình keo tụ bởi muối kim loại gồm 3 giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: tạo các hạt gây keo tụ
Giai đoạn 2: làm mất tính ổn định hạt keo nhờ tương tác tĩnh điện, ví dụ Al3+
trung hịa điện tích âm của hạt keo, khi được trung hịa điện tích bề mặt, các hạt keo
dễ dàng hút nhau nhờ lực phân tử để tạo thành các hạt lớn hơn, lắng được.
Giai đoạn 3: Tạo bông: trước hết Al3+ thủy phân tạo Al(OH)3. Tiếp theo, các
hạt Al(OH)3 có xu thế dính vào nhau tạo thành các bông cặn lớn, dễ dàng kết tủa
dưới tác dụng của trọng lực. Các bơng này có diện tích bề mặt lớn, dễ dàng hấp phụ
các chất khác trong quá trình kết tủa và làm sạch nước.
Nói chung, trong xử lý nước thải các chất keo tụ chủ yếu đực áp dụng khi
cần làm trong nước. Người ta có thể áp dụng như giải pháp tiền xử lý hoặc xử lý sau
cùng phối hợp với các kỹ thuật khác.
1.2.4. Kỹ thuật điện hóa
1.2.4.1. Oxi hóa điện hóa
Các sản phẩm như: O3, ClO-, ClO2, gốc hidro mới sinh do các phản ứng điện
hóa ngay lập tức sẽ oxi hóa các tạp chất trong dòng nước thải, chuyển chúng về
10


dạng vô cơ như CO2 và H2O. Phương pháp pháp này thuận tiện,dễ điều khiển, dễ tự
động hóa trong cơng nghệ nhưng việc hình thành các chất Clo hữu cơ là không
tránh khỏi.
1.2.4.2. Đông tụ điện
Cơ sở của Phương pháp pháp là tạo ra các tác nhân keo tụ Al(OH)3, Fe(OH)3

bằng việc hịa tan anot. Các ion nhơm, sắt mới hình thành sẽ bị thủy phân, với một
mơi truongf thích hợp các hạt keo nhơm, sắt sẽ được hình thành, chúng hấp phụ các
tạp chất trong nước thải.
1.2.4.3. Tuyển nổi điện
Dựa trên nguyên tắc tạp ra các bọt khi thoát ra trên hai điện cực khi có dịng
điện một chiều đi qua nước thải.bọt khí là tác nhân tuyển nổi tạp chất có trong nước
thải.
1.2.5. Phương pháp sinh học
Dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật của sinh vật để phân hủy các chất
hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một
số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển xây dựng tế bào
và tăng sinh khối.
Trước khi đưa vào xử lý sinh học nước thải cần được khử các chất gây độc
và giảm tỉ lệ các chất khó phân hủy sinh học bằng Phương pháp pháp xử lý cục bộ.
Trong XLNT bằng Phương pháp hiếu khí, cần kiểm tra tỉ lệ các chất dinh
dưỡng cho quá trình phân hủy, cụ thể BOD5: N : P = 100 : 5 : 1.
Các Phương pháp thông dụng được sử dụng để XLNT dệt nhuộm là: phương
pháp bùn hoạt tính, lọc sinh học, hồ oxi hóa, hoặc kết hợp oxi hóa nhiều bậc.
1.2 6. Phương pháp hóa lý
Các phương pháp hóa lý đơn thuần có đặc điểm chung là chuyển chất ô
nhiễm (chất màu) từ pha này sang pha khác mà không làm biến đổi bản chất, cấu
trúc chất màu. Do đó, trong xử lý chất màu thì các phương pháp hóa lý có nhược
điểm chung là không xử lý triệt để chất màu để chuyển chúng thành các chất không
gây ô nhiễm hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn.
1.2.7. Phương pháp lọc

11


Các kỹ thuật lọc thơng thường là q trình tách chất rắn ra khỏi nước khi cho

nước đi qua vật liệu lọc có thể giữ cặn và cho nước đi qua. Các kỹ thuật lọc thông
thường không xử lý được các tạp chất tan nói chung và thuốc nhuộm nói riêng.
Các kỹ thuật lọc màng, có thể tách được thuốc nhuộm tan ra khỏi nước thải
dệt nhuộm gồm có vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược và điện thẩm tích. Điểm khác
biệt giữa ba kỹ thuật trên là kích thước hạt mà chúng có thể lọc được
1.3. Phương pháp Fenton
1.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton
Năm 1894 trong tạp chí của Hội hố học Mỹ đã cơng bố cơng trình nghiên
cứu của tác giả J.H.Fenton, trong đó ơng quan sát phản ứng oxi hóa của axit malic
bằng H2O2 đã tăng mạnh khi có mặt là các ion sắt. Sau đó tổ hợp H2O2 và muối sắt
Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxi hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng các chất
hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton” (Fenton reagent).
1.3.2. Phương thức phản ứng của gốc hydroxyl HO•
Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành gốc HO  hoạt tính và
phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Cơ chế hình thành gốc HOsẽ được xét cụ thể sau.
Gốc HO• sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng ơxi hóa các hợp chất hữu cơ
có trong nước cần xử lí: chuyển chất hữu cơ (R) từ dạng cao phân tử thành các chất
hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
R(cao phân tử) + HO  R*(thấp phân tử) +CO2 +H2O + OHMột khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng
tiếp theo kiểu dây chuỗi với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc
hydroxyl được xem như khơi mào cho hàng loạt phản ứng xảy ra trong dung dịch.
Vì phản ứng của gốc hydroxyl xảy ra không chọn lựa, nên trong q trình đó tạo ra
nhiều sản phẩm trung gian khác nhau, khó tiên đốn tất cả các sản phẩm trung gian
tạo ra trong suốt q trình.
Mục đích cuối cùng của q trình oxi hóa các chất ơ nhiễm trong nước là vơ
cơ hố các chất hữu cơ trong nước thành những chất đơn giản và không độc hại. Cụ
thể là chuyển:


Cacbon trong phân tử chất ô nhiễm thành cacbon dioxit



Hydrogen trong phân tử chất ô nhiễm thành nước
12




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



Sunfua trong phân tử chất ô nhiễm thành sunfat



Nitơ trong phân tử chất ô nhiễm thành nitrat



Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành hydrohalogenua, halogenua
Như vậy, gốc HO là tác nhân oxi hóa mạnh, hầu như khơng chọn lựa khi

phản ứng các chất khác nhau để oxi hoá và phân hủy chúng.
1.3.3. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO• và động học các phản ứng Fenton
Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản
ứng Fenton cho đến nay vẫn còn đang tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái ngược nhau
[13], [40]. Có rất nhiều nhà khoa học đưa ra các con đường hình thành gốc hydroxyl
khác nhau. Một vài quá trình hình thành gốc hydroxyl sau được chấp nhận phổ biến.

* 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 2 (thơng
thường dùng muối FeSO4) và hydro peroxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra
gốc tự do HO•, cịn Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ theo phản ứng:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO-

(1.2)

Phản ứng trên được gọi là phản ứng Fenton do ơng là người đầu tiên đã mơ
tả q trình này. Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả sau
này, các nghiên cứu này cho thấy ngồi 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=76 M-1s-1)

(1.3)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+

(k=3.1×10-3 M-1s-1)

(1.4)

HO + Fe2+ → Fe3+ + HO-

(k = 3.0 x 108 L mol-1 s-1) (1.5)

HO + H2O2 → H2O + HO2

(k = 3.3 × 107M−1 s−1)

(1.6)

Fe2+ + HO2 → Fe3+ + HO2-

(1.7)

Fe3+ + HO2 → Fe2+ + O2 + H+

(1.8)

Những phản ứng trên chứng tỏ sắt đóng vai trị là chất xúc tác. Q trình
chuyển Fe3+ thành Fe2+ như mô tả trong phản ứng (1.4) xảy ra rất chậm, hằng số tốc
độ k rất nhỏ so với phản ứng (1.3) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu ở dạng
Fe3+.

13


Theo C. Walling (1975) [6] gốc tự do HO• sinh ra có khả năng phản ứng với
Fe2+ và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ
(RH) tạo thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp
tục theo kiểu dây chuỗi:
HO + Fe2+ → HO- + Fe3+

(1.9)

HO + H2O2 → H2O + HO2

(1.10)

HO + RH → R + H2O

(1.11)

Các gốc R có thể oxi hóa Fe2+, khử Fe3+ hoặc dimer hóa.
Tuy nhiên như đã nói ở trên cơ chế phản ứng Fenton, đặc biệt là sự tạo thành
các hợp chất trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh
cãi. Kremer cho rằng các sản phẩm trung gian có thể là phức chất Fe2+.H2O2 hydrat
hóa và ion FeO2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động và tác nhân ơxi hóa khử là
FeO2+ chứ không phải gốc hydroxyl, mặt khác ông cũng cho rằng chất trung gian
Fe2+.H2O2 có thể tham gia trực tiếp vào q trình oxi hóa [1], [5]. Tuy nhiên tuyệt
đại đa số đều nhất trí cơ chế phản ứng Fenton xảy ra theo các phản ứng (1.3)-(1.8)
đã nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong phản ứng Fenton.
* Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe3+:
Phản ứng (1.4) 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 (1.3) hình thành gốc
hydroxyl theo phản ứng Fenton. Tuy nhiên tốc độ ban đầu của phản ứng oxy hóa
bằng tác nhân H2O2/Fe3+ chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+.
Nguyên nhân 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.
Các gốc hydroxyl HO và perhydroxyl HO2 mới tạo ra là những chất oxi hóa
mạnh và tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Đặc biệt gốc hydroxyl (HO ) là một
trong những chất oxi hóa mạnh nhất mà người ta từng biết đến và nó chỉ đứng sau
flo. Gốc HO có khả năng phá hủy một số axit hữu cơ, các ancol, andehyt, chất
thơm, thuốc nhuộm... và tạo ra các chất không độc hại như phản ứng (1.1), như vậy
sẽ giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường.
1.3.4. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) [6], [10], [14].

14