Ảnh hưởng của vật liệu catôt đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng theo thời gian khoáng hóa công gô đỏ 0,25 mM trong dung dịch Na2SO4 0,05 M, pH3, Fe2+
1mM, tốc độ sục khí oxy 1 l/phút, tại mật độ
dòng áp đặt 5 mA/cm2
C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy được biểu diễn trên hình 3.38. Quan sát đồ thị hình 3.38 cho thấy, đối với cả 3 trường hợp sử dụng điện cực catôt C; C/Ppy; C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, hiệu suất suy giảm COD đều tăng dần theo thời gian khoáng hóa. Tuy nhiên, khi sử dụng điện cực C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, hiệu suất suy giảm COD tại mọi thời điểm đều đạt giá trị cao hơn so với 2 trường hợp sử dụng catôt C và C/Ppy. Điển hình là sau 5 giờ khoáng hóa, hiệu suất suy giảm COD đạt 84 %, cao hơn so với trường hợp sử dụng catôt C và C/Ppy với hiệu suất suy giảm COD đạt giá trị tương ứng 72 % và 75 %.
0 1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 H% C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy C/Ppy C % C O D 0 30 60 90 120 150 180
Thêi gian (giê)
Hình 3.38. Ảnh hưởng của vật liệu catôt đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng theo thời gian khoáng hóa công gô đỏ 0,25 mM
Kết quả xác định hiệu suất dòng trong quá trình khoáng hóa công gô đỏ (hình 3.38) cũng cho thấy, khi sử dụng điện cực catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, hiệu suất dòng khoáng hóa công gô đỏ tại mọi thời điểm đều đạt giá trị cao hơn so với trường hợp sử dụng catôt C và C/Ppy. Đặc biệt, tại những thời điểm đầu
tiên của quá trình khoáng hóa, hiệu suất dòng đạt giá trị khá cao 168 % sau 1 giờ khoáng hóa khi sử dụng catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, cao hơn so với trường hợp sử dụng catôt C (120 %) và C/Ppy (gần 147 %). Hiệu suất dòng thu được trong quá trình khoáng hóa lớn hơn 100 % được giải thích là trong quá trình xử lý bằng hiệu ứng Fenton điện hoá, cùng một lúc có thể có nhiều quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ diễn ra đồng thời như: quá trình oxy hóa trực tiếp trên anôt; quá trình oxy hóa gián tiếp nhờ gốc hydroxyl (OH) sinh ra trực tiếp trên điện cực anôt hoặc gián tiếp trên điện cực catôt nhờ hiệu ứng Fenton... Theo thời gian, hiệu suất dòng giảm xuống do nồng độ công gô đỏ và các sản phẩm trung gian đã bị suy giảm đáng kể.
Kết quả xác định COD cũng cho phép khẳng định, điện cực catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy có khả năng xúc tác tốt hơn đối với quá trình khử oxy hòa tan tạo H2O2 (phản ứng 1.44) so với 2 loại điện cực C và C/Ppy, do đó làm tăng tốc độ của phản ứng oxy hóa công gô đỏ bằng gốc hydroxyl sinh ra trên điện cực catôt theo phản ứng 1.6.
3.5.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt
Quá trình khảo sát ảnh hưởng của mật độ dòng đến quá trình khoáng hóa công gô đỏ bằng hiệu ứng Fenton điện hóa được thực hiện trong điều kiện: dung dịch Na2SO4 0,05 M, pH3, Fe2+ 1 mM, anôt Pt, catôt C/Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy, tốc độ sục oxy 1 l/phút. Kết quả được xác định bằng phương pháp phân tích phổ UV-Vis và xác định COD.
Sự biến thiên hiệu suất phân hủy, hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng theo điện lượng Q trong quá trình khoáng hóa công gô đỏ được biểu diễn trên các hình 3.39 và 3.40.
Quan sát đồ thị hình 3.39 cho thấy, khi áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm2 , tại các thời điểm khác nhau, khi có cùng một giá trị điện lượng Q chuyển qua bình, hiệu suất phân hủy công gô đỏ luôn đạt giá trị cao hơn so với trường hợp áp đặt các mật độ dòng 0,5; 5 và 10 mA/cm2. Ở giá trị điện lượng
0,25 A.h/l, hiệu suất phân hủy đạt giá trị 75 % tại mật độ dòng 1 mA/cm2, cao hơn so với hiệu suất phân hủy tại các mật độ dòng 0,5; 5 và 10 mA/cm2
với các giá trị tương ứng 34 %; 65 % và 41 %. 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 3.39. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất phân hủy công gô đỏ 0,25 mM theo điện lượng Q
Quan sát đồ thị hình 3.40 cho thấy, khi áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm2 , hiệusuất suy giảm COD đạt giá trị cao nhất tại mọi thời điểm trong quá trình khoáng hóa công gô đỏ. Điển hình, ở điện lượng Q = 1,0 A.h/l, hiệu suất suy giảm COD khoảng 91 % khi áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm2, cao hơn so với trường hợp áp đặt các mật độ dòng 0,5; 5 và 10 mA/cm2
với các giá trị tương ứng là 59 %; 78 % và 63 %. Bên cạnh đó do các quá trình xảy ra trên bề mặt điện cực có thể tạo ra các tác nhân oxy hóa mạnh có khả năng oxy hóa hoàn toàn công gô đỏ và các hợp chất trung gian dẫn đến hiệu suất dòng điện đều đạt giá trị rất cao. Đặc biệt trong trường hợp áp đặt mật độ dòng 1 mA/cm2
, khi điện lượng Q = 0,05 A.h/l, hiệu suất dòng điện đạt giá trị rất cao 502 % so
với các trường hợp áp đặt mật độ dòng khác. Hiệu suất dòng điện tại những thời điểm đầu tiên của quá trình khoáng hóa khá cao trên 100 % được giải thích tương tự trường hợp khoáng hóa công gô đỏ sử dụng các vật liệu catôt khác nhau. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0 20 40 60 80 100 120 H % 1 mA/cm2 5 mA/cm2 10 mA/cm2 0,5 mA/cm2 % C OD Q (A.h/l) 0 100 200 300 400 500 600
Hình 3.40. Ảnh hưởng của mật độ dòng áp đặt đến sự biến thiên hiệu suất suy giảm COD và hiệu suất dòng khoáng hóa công gô đỏ 0,25 mM theo Q
Các kết quả thu được có thể giải thích như sau: khi mật độ dòng áp đặt thấp (< 1 mA/cm2), tốc độ phản ứng khử oxy hòa tan tạo H2O2 trên điện cực catôt chưa cao, do đó tốc độ hình thành gốc •OH chậm dẫn đến hiệu suất khoáng hóa công gô đỏ chưa cao.
Khi mật độ dòng áp đặt cao (≥ 5 mA/cm2), phản ứng khử oxy hòa tan trên điện cực catôt tạo H2O2 (phản ứng 1.44) bị hạn chế tốc độ do phản ứng khử ion H+
tạo H2 che phủ bề mặt điện cực catôt (phản ứng 3.12), mặt khác, trên điện cực anôt có thể xảy ra các phản ứng khác như phản ứng oxy hóa
H2O giải phóng oxy (phản ứng 1.46) làm tiêu tốn điện lượng của quá trình. Vì vậy, trong trường hợp mật độ dòng lớn hơn 1 mA/cm2
, hiệu suất khoáng hóa công gô đỏ giảm, kết quả này cũng phù hợp với các công bố của Boye và các cộng sự về kết quả khoáng hóa 2,4,5-T bằng hiệu ứng Fenton điện hóa [37,70].
Từ các kết quả thu được có thể khẳng định, mật độ dòng thích hợp là điều kiện thuận lợi cho quá trình hình thành gốc hydroxyl trong hệ phản ứng Fenton điện hoá, tác nhân oxy hoá mạnh các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ. Mặt khác, tại những thời điểm ban đầu của quá trình khoáng hóa, hiệu suất dòng đạt giá trị khá cao được lý giải là do nhiều quá trình có thể xảy ra đồng thời như: oxy hóa trực tiếp công gô đỏ trên điện cực anôt và oxy hóa gián tiếp công gô đỏ trên điện cực catôt nhờ các tác nhân oxy hóa mạnh như •OH, HO2•...