Quang hoa trong xử lý nước thải

Hệ thống xử lý nước thải có tên tiếng anh là Waste water treatment system là hệ thống được hình thành bởi nhiều công nghệ và hóa chất khác nhau nhằm giải quyết các vấn đề có trong nước thải. Từ đó tạo thành một hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh. Hệ thống xử lý nước thải tốt là hệ thống xử lý nước thải được thiết kế để phù hợp với sự thay đổi của nhu cầu xử lý nước thải, có thể tồn tại lâu, bền nhằm tránh tốn kém chi phí trong việc thay thế hoặc nâng cấp thiết bị. Một hệ thống xử lí nước thải chuẩn, cần xử lý được những vấn đề sau: Thứ nhất: Xử lý được những thành phần độc hại có trong nước thải, đáp bảo chất lượng nước thải theo BYT (QCVN về nước thải) Thứ hai: Chi phí xây dựng, lắp đặt hợp lý nhưng vẫn đảm bảo chất lượng nước thải. Thứ ba: Nâng cấp dễ dàng khi có thay đổi về chất lượng nước sau này Thứ tư: Tùy ý thêm lượng hóa chất xử lý nước thải

NGUN LÝ Q TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Chất bán dẫn: chất rắn có độ dẫn điện nằm chất dẫn điện & chất cách điện Chất bán dẫn có cấu trúc vùng lượng (2 vùng):  Vùng hoá trị lượng thấp (VB)  Vùng dẫn lượng cao (CB) Khoảng cách mức lượng vùng nhỏ & tạo thành phổ liên tục Khoảng cách lượng vùng dẫn & vùng hoá trị gọi vùng cấm khe lượng (Eg) NGUN LÝ Q TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Nguyên lý Khi hạt bán dẫn chiếu lượng (h ν) lớn vùng cấm điện tử vùng hố trị kích thích đủ lượng để nhảy lên mức lượng cao vùng dẫn để lại lỗ trống vùng hoá trị Tuy nhiên, điện tử có khuynh hướng nhảy lại vùng hố trị để tái hợp với lỗ trống giải phóng lượng (photon nhiệt) tham gia vào PƯ oxi hoá khử với chất dung dịch NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Để kích hoạt chất xúc tác bán dẫn, xạ phải có bước sóng λ ≤ Eg Phương trình Planck: hc λ = Eg Eg: Năng lượng vùng cấm h: Hằng số Planck c: Tốc độ ánh sáng Để phản ứng oxi hoá xảy trực tiếp bề mặt bán dẫn, biên lượng vùng hoá trị VB xúc tác bán dẫn phải oxi hố cao oxi hố chất phản ứng NGUN LÝ Q TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Đặc tính TiO2: Eg= 3,2eV Hấp phụ xạ tử ngoại (λ< 387,5nm) Thế oxi hoá khử VB & CB: +3,1 & -0,1V Cơ chế q trình quang hố xúc tác TiO2: TiO2 + hν(photon) → TiO2(e- + h+) (chất nhận electron) (Chất cho e-) Aads + e- → A-ads Dads + h+(lổ trống) → D+ads (1) (2) (3) Sự kích thích quang (1) khơi mào tồn q trình quang hố xúc tác Các ion tạo thành khử chất hữu Simplified scheme illustrating in space-energy coordinates, the photogeneration,the bulk and surface recombination, the reaction with dioxygen, hydroxide ions, water and electron-donor pollutants, of charge carriers in an n-type semiconductor such as TiO2 NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 hν _ Sự tái hợp bề mặt _ ++ A A _ C + + _ B _ ++ A Aads + e- → A-ads CB hν VB D D + + Sự tái hợp thể tích Dads + h+ → D+ads D NGUN LÝ Q TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Trên bề mặt TiO2, xảy phản ứng sau: TiO2(h+) + Rads → TiO2 + Rads●+ (4) TiO2(h+) + H2Oads → TiO2 + ●OHads + H+ (5) TiO2(h+) + OH-ads → TiO2 + ●OHads (6) NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH QUANG HOÁ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Trong vùng dẫn: TiO2(e-) + O2 → TiO2 + O2●- (7) O2●- + H+ → HO2● (8) O2●- + HO2● → ●OH + O2 + H2O2 (9) 2HO2● → O2 + H2O2 (10) 2O2●- + 2H2O → O2 + H2O2 + 2OH- (11) TiO2(e-) + H2O2 → TiO2 + OH- + OH ● (12) OH- phản ứng với lổ trống vùng hố trị tạo thành ●OH CHC + ●OH  s/p phân hủy CHC + TiO2( h+) - s/p oxi hoá CHC + TiO2(e-) - s/p khử NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH QUANG HỐ XÚC TÁC TRÊN TiO2 Khơng phải tất cặp e-/h+ tham gia phản ứng mà cịn có khuynh hướng tái hợp với nhau: TiO2(e- + h+) + H2O2 → TiO2(N) + E (13) Với N: tâm tái hợp E: lượng giải phóng dạng nhiệt ánh sáng (E 5x10-3M, (KC >>1): tốc độ PƯ có dạng động học bậc Nếu C < 10-3M, (KC pzc: bề mặt TiO2 có điện tích âm, ngược lại có điện tích dương Ảnh hưởng bước sóng cường độ xạ: - Xúc tác TiO2 dạng (anataza) có Eg = 3,2eV: hấp phụ xạ có bước sóng λ ≤ 387,5nm - Tốc độ PƯ q trình quang hố xúc tác tỷ lệ thuận với cường độ xạ vùng UV-A - Cường độ xạ 0-20mW/cm2: Tốc độ q trình quang hố tăng tuyến tính với cường độ xạ - Cường độ xạ > 25mW/cm2: Tốc độ q trình quang hố tỷ lệ với bậc hai cường độ xạ Ảnh hưởng Oxy: Oxy có vai trị làm tâm bẫy điện tử vùng dẫn Oxy ngăn chặn tái hợp cặp e-/h+, tạo thành tác nhân oxy hoá hiệu peroxyt TiO2(e-) + O2 → TiO2 + O2●Ngồi ra, động học q trình quang hố xúc tác cịn chịu ảnh hưởng yếu tố: Cấu hình thiết bị PƯ Các thành phần ion dung dịch Sự khuấy trộn, CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HOẠT TÍNH QUANG HỐ CỦA TiO2 TiO2 có dạng cấu trúc tinh thể: anataza, rutil, brookit Trong anataza rutil phổ biến Độ rộng lượng vùng cấm: anataza = 3,2eV rutil = 3,0eV Dạng anataza bền dạng rutil, có khả hình thành tốt nhiệt độ