Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến hiệu suất khoáng hóa các hợp chất màu azo bằng hiệu ứng Fenton điện hóa được xác định bằng cách tiến hành khoáng hóa metyl đỏ tại các giá trị mật độ dòng áp đặt khác nhau (0,5; 1; 5 và 10 mA/cm2) trong dung dịch Na2SO4 0,05 M, tại pH3 chứa metyl đỏ 0,35 mM và ion Fe2+ 1 mM, ở nhiệt độ phòng, sử dụng điện cực anôt Pt, catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, sục oxy với tốc độ 1 l/phút.
Phổ UV-Vis của metyl đỏ theo thời gian khoáng hóa, tại mật độ dòng áp đặt 1 mA/cm2
được biểu diễn trên hình 3.29. Cường độ hấp thụ cực đại metyl đỏ trong vùng nhìn thấy tại bước sóng 523 nm giảm khá nhanh theo thời gian khoáng hóa. Tại thời điểm đầu của quá trình khoáng hóa, cường độ hấp thụ cực đại metyl đỏ đạt giá trị khá cao, sau đó giảm dần theo thời gian. Sau 5 giờ khoáng hóa, cường độ hấp thụ cực đại metyl đỏ suy giảm gần như hoàn toàn, do liên kết azo trong phân tử metyl đỏ đã bị phá hủy làm cho nồng độ metyl đỏ suy giảm đáng kể.
Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất phân hủy metyl đỏ theo điện lượng Q được biểu diễn trên hình 3.30.
Hình 3.29. Phổ UV-vis của metyl đỏ theo thời gian khoáng hóa tại 1 mA/cm2 , catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0 20 40 60 80 100 1 mA/cm2 5 mA/cm2 10 mA/cm2 0,5 mA/cm2 Q(A.h/l)
Hình 3.30. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất phân hủy metyl đỏ theo điện lượng Q
Quan sát đồ thị hình 3.30 cho thấy, với cùng một giá trị điện lượng chuyển qua bình là 0,25 A.h/l, ở mật độ dòng 1 mA/cm2 cho hiệu suất phân hủy đạt giá trị cao hơn (88 %) so với trường hợp áp đặt các mật độ dòng khác.
Kết quả thu được có thể giải thích là, khi mật độ dòng áp đặt đủ lớn sẽ thuận lợi cho quá trình khử oxy hoà tan tạo H2O2 trên điện cực catôt (phản ứng 3.6), làm tăng hiệu suất của quá trình xử lý metyl đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hoá, khi mật độ dòng áp đặt cao hơn sẽ xảy ra quá trình oxy hoá nước giải phóng oxy trên điện cực anôt (phản ứng 1.46) làm tiêu tốn điện lượng của quá trình khoáng hóa, đồng thời trên catôt xảy ra phản ứng khử ion H+giải phóng khí hydro (phản ứng 3.12) làm giảm tốc độ của phản ứng tạo H2O2 (phản ứng 1.44). Vì vậy tốc độ hình thành gốc hydroxyl (phản ứng 1.6) giảm, do đó làm giảm hiệu suất phân huỷ metyl đỏ trong quá trình khoáng hóa.
Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng điện trong quá trình khoáng hóa metyl đỏ trong
dung dịch Na2SO4 0,05 M, Fe2+
1mM, pH3, sử dụng catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy được biểu diễn trên hình 3.31. Tại các giá trị điện lượng Q như nhau, hiệu suất suy giảm COD ở mật độ dòng áp đặt 1 mA/cm2 lớn hơn khá nhiều so với các trường hợp mật độ dòng áp đặt khác.
Ở giá trị điện lượng Q = 1,00 A.h/l, trong trường hợp áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm2
,hiệusuất suy giảm COD đạt 76 %. Trong khi đó, ở các mật độ dòng áp đặt 0,5; 5 và 10 mA/cm2, hiệu suất suy giảm COD đạt các giá trị tương ứng là 44 %; 68 % và 56 %.
Bên cạnh đó, ở mật độ dòng 1 mA/cm2 hiệu suất dòng khoáng hóa ở mọi thời điểm đều đạt giá trị cao nhất so với trường hợp áp đặt các mật độ dòng khác.
Quan sát bằng mắt thường (hình 3.32) cho thấy, sự suy giảm màu sắc của dung dịch metyl đỏ thay đổi rõ rệt từ hồng đậm sang hồng nhạt theo thời gian khoáng hóa, sau 5 giờ khoáng hóa ở mật độ dòng 1 mA/cm2, dung dịch
gần như mất màu hoàn toàn. Màu sắc của dung dịch thay đổi rất nhanh trong khoảng thời gian ngắn của quá trình khoáng hóa là do nồng độ của hợp chất metyl đỏ đã suy giảm gần như hoàn toàn tạo thành các hợp chất trung gian trước khi bị khoáng hóa hoàn toàn tạo thành CO2, H2O và các chất khoáng.
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 0 20 40 60 80 H% 1 mA/cm2 5 mA/cm2 10 mA/cm2 0,5 mA/cm2 % COD Q (A.h/l) 0 70 140 210 280 350
Hình 3.31. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng khoáng hóa metyl đỏ theo điện lượng Q
Trước khi xử lý Sau 1 giờ xử lý Sau 2 giờ xử lý Sau 5 giờ xử lý
Hình 3.32. Sự thay đổi màu sắc của dung dịch metyl đỏ theo thời gian khoáng hóa bằng hiệu ứng Fenton điện hóa với mật độ dòng áp đặt 1 mA/cm2