5. Lịch sử nghiờn cứu của đề tài
1.5.1. Sự ụ nhiễm mụi trường do phenol
Phenol và cỏc dẫn xuất của nú chiếm một vị trớ quan trọng trong cụng nghiệp húa học. Hàng năm thế giới sản xuất hơn 3,5 triệu tấn phenol. Phenol và cỏc axit cresylic và cresol được sử dụng để sản xuất nhựa phenol - focmaldehyt và photphat - tricresyl. Phenol, alkyl - phenol và poly - phenol là cỏc vật liệu quan trọng để sản xuất cỏc hợp chất hữu cơ, chất màu, dược phẩm, chất húa dẻo, chất chống oxi húa,… Đi đụi với quỏ trỡnh sản xuất đú, hàng năm trờn thế giới đó thải ra một lượng đỏng kể rỏc thải chứa phenol cũng như dẫn xuất của phenol.
Phenol và dẫn xuất của nú cú độc tớnh cao, khả năng phõn hủy sinh học thấp (khú phõn hủy sinh học), gõy thiệt hại cho mụi trường sống dưới nước. Phenol tỏc động đến nước và mựi vị của nước, ngay cả với một lượng cực kỳ nhỏ. Núi chung, việc xử lý nước chứa một hàm lượng phenol > 200 mg/l bằng kỹ thuật sinh học là rất khú [2]. Người ta thấy rằng xử lớ ụ nhiễm bằng sinh học cú thể thực hiện hiệu quả khi nồng độ cực đại của phenol trong nước chỉ khoảng 50 - 70 mg/l. Hiện nay, hầu hết cỏc nguồn nước đều chứa lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn núi trờn (2000 - 3000 mg/l). Do đú, người ta phải tiến hành xử lý húa học phenol đến mức đủ thấp để xử lớ sinh học hoặc hấp phụ…
1.5.2. Oxy húa phenol trong mụi trường nước [17]
Trước đõy, hầu hết cỏc nghiờn cứu oxy húa phenol trong dung dịch nước đều tập trung vào hướng oxi húa phenol bằng khụng khớ (Wet Air Oxidation - WAO) ở nhiệt độ và ỏp suất cao, cú hoặc khụng cú chất xỳc tỏc. Những nghiờn cứu cỏc tỏc nhõn oxy húa như ozon (O3) và hidropeoxit (H2O2) cũn rất ớt. Phương phỏp WAO cú ưu điểm dựng oxi
khụng khớ, song phương phỏp này đũi hỏi phải thực hiện ở nhiệt độ và ỏp suất cao nờn cần thiết bị đặc biệt đắt tiền làm cho chi phớ vận hành cao, khụng kinh tế.
Để khắc phục nhược điểm của phương phỏp WAO, người ta đưa xỳc tỏc vào hệ trờn (Catalystic Wet Air Oxidation - CWAO) đó làm giảm chi phớ đỏng kể. Song phương phỏp CWAO cần phải lựa chọn xỳc tỏc thớch hợp cú hoạt tớnh cao, vật liệu làm chất mang phải chịu được mụi trường (axit hoặc kiềm) dưới nhiệt độ và ỏp suất cao.
Một trong những phương phỏp cú khả năng thay thế hai phương phỏp trờn là phương phỏp sử dụng tỏc nhõn oxi húa H2O2 [22].
Theo Devlin và Harris [18] phản ứng oxi húa phenol trong nước xảy ra theo sơ đồ hỡnh 3.3 hoặc sơ đồ hỡnh 3.4. Tựy vào điều kiện phản ứng (bản chất tỏc nhõn oxi húa: O2, O3, H2O2,..., nhiệt độ, ỏp suất, xỳc tỏc) mà phản ứng xảy ra đến mức độ nào và tạo ra sản phẩm cuối cựng là gỡ.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Húa chất và dụng cụ 2.1.1. Húa chất Tờn húa chất Nguồn gốc - Xỳc tỏc MCM-41 - Phenol - Xanh metylen - H2O2 35% - Tổng hợp từ trấu - Trung Quốc
- Việt Nam (Thuốc trị nấm Millian) - Trung Quốc
- Pha phenol từ phenol lỏng (D =1,072 g/ml):
Thể tớch mỗi dung dịch cần pha là 500 ml.
Dung dịch phenol nồng độ a (g/l). Trong 500 ml dung dịch định pha cần cú 2
a
g phenol.
Dựa vào cụng thức V=m
D, ta suy ra thể tớch phenol cần lấy.
- Pha xanh metylen
Dung dịch xanh metylen cú nồng độ 2 ml/l.
Dựng pipet hỳt 1 ml xanh metylen, chuyển hết vào bỡnh định mức 500 ml, thờm nước cất, lắc đều. Thờm nước cất đến vạch.
2.1.2. Dụng cụ
- Bỡnh cầu 2 cổ (500 ml) - Sinh hàn
- Nhiệt kế - Pipet
- Một số dụng cụ cơ bản khỏc.
2.2. Thực nghiệm
2.2.1. Nguyờn tắc
Phản ứng oxi húa phenol và xanh metylen được thực hiện giỏn đoạn, đầu tiờn ta cho dung dịch phenol (hoặc xanh metylen) vào bỡnh cầu 500 ml, khuấy, gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết, sau đú cho xỳc tỏc và tỏc nhõn oxi húa H2O2. Lấy mẫu, lọc tỏch chất rắn và đem phõn tớch trờn mỏy quang phổ UV-Vis Evolution-300 (Anh), với bước súng từ 200 đến 800 nm.
2.2.2. Điều kiện phản ứng
- Phản ứng ở 700C - Áp suất khớ quyển
- Lượng phenol lấy cho mỗi lần phản ứng
+ Mẫu 1 g/l + Mẫu 2 g/l + Mẫu 5 g/l - Tỏc nhõn oxi húa H2O2 (35%, d = 1,11 g/ml): 3 ml/lần - Lượng xỳc tỏc: 0,1 g/lần 2.2.3. Tiến hành thực nghiệm
2.2.3.1. Quỏ trỡnh xỳc tỏc phõn hủy phenol trong mụi trường nước
Đầu tiờn, ta lấy 100 ml dung dịch phenol nồng độ 1 g/l cho vào bỡnh cầu 2 cổ 250ml được nối với ống sinh hàn hồi lưu, đặt vào dung dịch nhiệt kế 1000C được đậy kớn bằng một nỳt cao su ta khuấy dung dịch này bằng mỏy khuấy từ, gia nhiệt đến 700C như hỡnh 2. Sau đú, ta cho 0,1g MCM-41 và 2 ml dung dịch H2O2 (30%, d = 1,11 g/ml) vào bỡnh cầu 2 cổ, tiếp tục khuấy trờn mỏy khuấy từ. Sau những khoảng thời gian (0, 10, 30, 60, 90, 120 phỳt), dựng pipet hỳt 5 ml dung dịch mẫu phản ứng.
Với dung dịch phenol nồng độ 2 g/l, 5 g/l, 0,2 g/l, chỳng tụi tiến hành thực nghiệm tương tự:
+ Với dung dịch 2 g/l, chỳng tụi lấy 5 ml dung dịch mẫu ở cỏc thời gian: 0, 10, 30, 60, 90, 120 và 150 phỳt.
+ Với dung dịch 5 g/l, chỳng tụi lấy 5 ml dung dịch mẫu ở cỏc thời gian: 0, 10, 30, 60, 120, 150 và 180 phỳt.
+ Với dung dịch phenol 0,2 g/l, khụng xỳc tỏc MCM-41, chỳng tụi lấy 5 ml dung dịch mẫu gốc và mẫu ở 90 phỳt.
2.2.3.2. Quỏ trỡnh xỳc tỏc phõn hủy xanh metylen trong mụi trường nước
- Quỏ trỡnh xỳc tỏc phõn hủy xanh metylen cũng được thực hiện 1 cỏch tương tự. Sau cỏc khoảng thời gian 0, 10, 20, 30, 40, 60 phỳt, mẫu được lấy ra 1 lần, mỗi lần 5 ml.
- Lọc bằng đầu lọc chuyờn dụng và bảo quản cẩn thận, rồi đem dung dịch đo phổ UV-Vis.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN