Từ cỏc kết quả nghiờn cứu ở trờn cho thấy, plasma điện húa xuất hiện phụ thuộc vào cỏc yếu tố như điện ỏp, khoảng cỏch điện cực, độ dẫn điện, kớch thước điện cực, vật liệu điện cực, nhiệt độ, pH dung dịch Trong dung dịch, xảy ra cỏc quỏ trỡnh điện húa như hũa tan anot của điện cực kim loại, phõn hủy nước thành khớ H2 và cỏc phản ứng húa học trong lũng dung dịch Quỏ trỡnh xuất hiện plasma khi phản ứng điện húa diễn ra làm cho lượng khớ, nhiệt độ dung dịch tăng, đồng thời tạo ra cỏc tỏc nhõn oxi húa như H2O2, gốc tự do OH• cũng như cỏc hạt nano Fe0 cú vai trũ xỳc tỏc hỗ trợ cho quỏ trỡnh
hỡnh thành gốc tự do OH• theo phản ứng Fenton Hàm lượng tỏc nhõn oxi húa tạo thành được xỏc định bằng phương phỏp phổ UV-Vis Cỏc tỏc nhõn hoạt động này đó oxi húa hợp chất ụ nhiễm 2,4-D, 2,4,5-T trong dung dịch Hiệu suất phõn huỷ 2,4-D, 2,4,5-T ngoài phụ thuộc vào cỏc yếu tố hỡnh thành plasma cũn phụ thuộc vào một số yếu tố khỏc như thời gian xử lý, nồng độ ban đầu của 2,4-D, 2,4,5-T hay lưu lượng khụng khớ thổi qua dung dịch
Nghiờn cứu động học phản ứng phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T bằng kỹ thuật plasma điện húa cho thấy tốc độ phản ứng thay đổi khi thay đổi giỏ trị pH ban đầu, độ dẫn điện và nồng độ ban đầu Quỏ trỡnh phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T tuõn theo đường động học giả định bậc 1 Kết quả phõn tớch bằng thiết bị GC-MS cho thấy cỏc hợp chất trung gian hỡnh thành là cỏc hợp chất phenol, chlorophenol, cỏc axớt hữu cơ mạch thẳng no và chưa no Quỏ trỡnh oxi húa và khoỏng húa 2,4-D, 2,4,5-T được kiểm tra bằng phương phỏp đo nhu cầu oxi húa húa học (COD) và phương phỏp đo tổng hàm lượng cacbon hữu cơ trong dung dịch (TOC) Kết quả phõn tớch TOC cho thấy kỹ thuật plasma điện húa đó khoỏng húa chất ụ nhiễm 2,4-D, 2,4,5-T thành CO2 và H2O Từ cỏc kết quả thu được ở trờn, bước đầu đó đề xuất cơ chế phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T Phõn tớch cỏc chỉ số ụ nhiễm mụi trường sau khi xử lý cũng cho thấy cỏc chỉ số ụ nhiễm đạt qui chuẩn cho phộp thải vào mụi trường
Như vậy, sử dụng plasma điện húa cao ỏp dũng một chiều với sự xuất hiện của plasma trờn điện cực sắt là một kỹ thuật cú nhiều ưu điểm, cú thể xử lý và khoỏng húa hoàn toàn chất ụ nhiễm 2,4-D, 2,4,5-T trong nước đến CO2 và H2O và khụng cần thờm vào bất cứ một húa chất nào khỏc
KẾT LUẬN
Từ những kết quả đó nghiờn cứu ở trờn cú thể thấy luận ỏn đó đạt được một số kết quả như sau:
1 Đó khảo sỏt sự hỡnh thành và cỏc yếu tố ảnh hưởng đến plasma điện húa trờn cỏc điện cực đồng, sắt, volfram như: điện ỏp, khoảng cỏch giữa điện cực anot với catot, độ dẫn điện, pH, nhiệt độ mụi trường, bản chất và kớch thước điện cực Từ đú cú thể điều khiển sự xuất hiện plasma điện húa
2 Quỏ trỡnh tạo plasma điện húa là mụi trường ion húa đều làm biến đổi đặc tớnh của dung dịch như độ dẫn điện, pH, nhưng đặc biệt là tạo ra cỏc tỏc nhõn oxi húa mạnh như H2O2 và và gốc tự do OH• Cỏc giỏ trị nồng độ H2O2 và gốc tự do OH• với cỏc điện cực đồng, sắt, volfram đều tăng theo thời gian phản ứng khi cú plasma điện húa Nồng độ H2O2 và gốc OH• tạo thành cú thể xỏc định được đối với điện cực sắt tương ứng là: 0,043 mg/L và 3,7⋅10-4M Sự tạo thành cỏc hạt nano Fe0 từ quỏ trỡnh hũa tan anot điện húa cú thể kết hợp với H2O2 theo phản ứng Fenton xỳc tỏc cho quỏ trỡnh tạo gốc OH• với khả năng oxi húa cao hơn Hàm lượng OH• tăng khi dung dịch phản ứng được thổi khớ bổ sung
3 Sự phõn hủy cỏc chất ụ nhiễm mụi trường nước 2,4-D, 2,4,5-T bằng kỹ thuật phản ứng điện húa cao ỏp cú quỏ trỡnh tạo plasma điện húa đạt hiệu suất xử lý tăng cao cú liờn quan trực tiếp đến cỏc tỏc nhõn oxi húa, trong đú vai trũ quyết định là gốc tự do OH• Với điều kiện tạo plasma trờn điện cực sắt tại điện ỏp 5 kV, khoảng cỏch điện cực 300 mm, nhiệt độ mụi trường 30oC, pH=6, độ dẫn điện 38 àS/cm, lưu lượng thổi khụng khớ 500 mL/phỳt, hiệu suất xử lý 2,4-D đạt đến 99,98 %, 2,4,5-T đạt 99,83% sau thời gian 120 phỳt Tỉ lệ khoỏng húa 2,4-D đạt 65,6 % và 60,8 % đối với 2,4,5-T
4 Động học phõn hủy 2,4-D và 2,4,5-T được xỏc định theo đường giả định bậc 1 Cỏc sản phẩm chuyển húa trong quỏ trỡnh phản ứng với mụi
trung gian là cỏc axớt mạch thẳng cũng như sản phẩm cuối cựng được xỏc định là CO2 và H2O là cơ sở để đề xuất cơ chế phõn hủy hoàn toàn cỏc chất ụ nhiễm 2,4-D và 2,4,5-T
Những đúng gúp mới của luận ỏn
- Đó nghiờn cứu ảnh hưởng điện ỏp, khoảng cỏch điện cực, độ dẫn điện, nhiệt độ, pH, bản chất kim loại làm điện cực đến sự hỡnh thành plasma, khả năng tạo mụi trường khớ bằng dũng một chiều cao ỏp trờn cỏc điện cực đồng, sắt, volfram Xỏc định được sự hỡnh thành H2O2, gốc tự do OH•, cỏc hạt nano kim loại và tạo ra nano Fe0 từ quỏ trỡnh hũa tan anot điện húa cú thể kết hợp với H2O2 theo phản ứng Fenton xỳc tỏc cho quỏ trỡnh tạo gốc tự do OH• trong dung dịch khi sử dụng điện cực Fe
- Đó nghiờn cứu ảnh hưởng của một số yếu tố kỹ thuật tới quỏ trỡnh tạo plasma đến hiệu quả phõn hủy 2,4-D, 2,4,5-T; bước đầu xỏc định được một số sản phẩm trung gian, đề xuất cơ chế và tớnh toỏn động học của phản ứng phõn hủy 2,4-D; 2,4,5-T bằng kỹ thuật điện húa cao ỏp dũng một chiều cú sự xuất hiện của plasma trờn điện cực
Hướng nghiờn cứu tiếp theo của luận ỏn
Nghiờn cứu cỏc phản ứng xỳc tỏc plasma nhằm nõng cao khả năng hỡnh thành và tồn tại lõu hơn tỏc nhõn oxi húa và gốc tự do OH•
Nghiờn cứu tối ưu húa cỏc điều kiện phản ứng để năng cao hiệu suất tiờu thụ điện nhằm tiết kiệm chi phớ năng lượng
Xõy dựng pilot để mở rộng và phỏt triển kỹ thuật xử lý chất thải ụ nhiễm mụi trường nước bằng plasma điện húa
DANH MỤC CÁC CễNG TRèNH KHOA HỌC ĐÃ CễNG BỐ
1 Nguyễn Đức Hựng, Phạm Hoàng Long, (2019) Ứng
dụng plasma điện húa trờn điện cực sắt xử lý nước thải từ cỏc phõn tớch xột nghiệm húa, sinh của bệnh viện Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ nhiệt đới, số 18, tr 46-51
2 Tran Van Cong, Nguyen Duc Hung, Tran Thi Ngoc Dung (2019) Electrochemical plasma on the iron electrodes in water environment and fluencing factor Proceeding CASEAN-6, 6th Academic Conference on Natural Science For Young Scientists, Master and PhD Students From Asean
Countries, pp 33-44, ISBN: 978-604-913-088-5
3 Tran Van Cong, Nguyen Duc Hung, Tran Thi Ngoc Dung, Nguyen Van Hoang (2020) Application of electrochemical plasma on iron electrodes for treating 2,4-dichlorophenoxyacetic acid and 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid in water environment 10th International Forum on Green Technology and Management-IFGTM 2020, VNU-University of Science, VNU, Hanoi Faculty of Environmental Sciences, pp47
4 Tran Van Cong, Nguyen Van Hoang, Tran Thi Ngoc Dung, Nguyen Duc Hung (2020) Decomposition of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid in water environment by the DC high voltage electrochemical reaction with the plasma appearance on iron electrode Vietnam J Chem, vol 58(5E12), pp 302-308
5 Tran Van Cong, Nguyen Duc Hung, Lai Xuan Bach, Tran Van Hung, Nguyen Dang Nam (2021) Factors affecting the formation of the plasma on Fe, Cu and W electrodes using an electrochemical reaction in an aqueous environment with high-voltage DC Journal of Materials Research and Technology, vol 10, pp 1462-1470
6 Nguyễn Văn Hoàng, , Trần Thị Ngọc Dung, Nguyễn
Đức Hựng (2021) Nghiờn cứu ảnh hưởng của vật liệu điện cực đến khả năng hỡnh thành plasma và phõn huỷ axớt 2,4-dichlorophenoxyacetic trong mụi trường nước Tạp chớ Nghiờn cứu Khoa học và Cụng nghệ quõn sự, số 72, tr 53-59
7 Tran Van Cong, Nguyen Duc Hung, Tran Thi Ngoc Dung, Nguyen Van Hoang, Suyra Veerendra Prabhakar Vattikuti, Nguyen Dang Nam (2021) Electrochemical plasma for treating 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid in a water environment using iron electrodes ACS Omega, vol 6, pp 26329-26337
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
[1] Nguyễn Văn Dũng, Đặng Huỳnh Giao (2018) “Ứng dụng plasma lạnh để xử lý nước: Tổng hợp tài liệu”, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ Đại học Đà Nẵng, Số 5(126), tr 21-25
[2] Nguyễn Ngọc Đạt (1999), Plasma trạng thỏi thứ tư của vật chất, NXB Trẻ, Tp Hồ Chớ Minh
[3] Nguyễn Văn Hảo, Nguyễn Trường Sơn, Trịnh Đỡnh Khỏ, Nguyễn Xuõn Hưởng, Phạm Tuấn Hưng, Vũ Xuõn Hũa, Đỗ Hoàng Tựng (2018), “Nghiờn cứu khả năng diệt nấm mốc aspergillus flavus bằng plasma lạnh ở ỏp suất khớ quyển”, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ Đại học Thỏi Nguyờn, T 185(9), tr 3-7
[4] Tạ Phương Hoà (2012), Plasma và ứng dụng trong kỹ thuật vật liệu Polyme, NXB Bỏch Khoa, Hà Nội
[5] Nguyễn Đức Hựng (2012) “Phản ứng điện húa tại điện ỏp cao với plasma điện cực”, Tạp chớ Húa học, T 50 (ĐB), tr 103-111
[6] Nguyễn Đức Hựng, Đỗ Thanh Tuấn (2012), “Điều chế dung dịch nano sắt bằng quỏ trỡnh hoà tan anot điện ỏp cao”, Tạp chớ Húa học, T 50(4), tr 425-428
[7] Nguyễn Đức Hựng, Nguyễn Minh Thuỳ, Nguyễn Thanh Hải, Phan Thị Trang, Nguyễn Nhị Trự (2014), “Hiệu ứng điện ly plasma trong quỏ trỡnh điều chế dung dịch nano bạc bằng dũng một chiều cao ỏp” Tạp chớ Húa học, T 52(3), tr 326-333
[8] Nguyễn Đức Hựng, Vũ Năng Nam, Trần Thị Ngọc Dung (2019), “Khả năng ứng dụng cụng nghệ điện húa cao ỏp để xử lý mụi trường”, Tạp chớ Nghiờn cứu Khoa học&Cụng Nghệ quõn sự, T 60(4), tr 126-131
thuật, Hà Nội
[10] Nguyễn Văn Minh (2013), Cụng nghệ giải hấp đất nhiễm, Hội đồng tư vấn về khoa học cụng nghệ, Ban Chỉ đạo 33, Hà Nội
[11] Nguyễn Xuõn Nết (2006), Hiểu biết về chất độc húa học và diễn biến của chỳng trong mụi trường, Viện nghiờn cứu nhiệt đới Việt - Nga
[12] Hoàng Nhõm (2017), Húa học vụ cơ tập 3, NXB Giỏo Dục, Hà Nội [13] Hồ Quốc Phong, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Mai Hựng, Huỳnh Liờn Hương, Đặng Huỳnh Giao (2018), “Nghiờn cứu phõn huỷ hoạt chất quinaphos bằng hệ thống plasma lạnh”, Tạp chớ Khoa học và Cụng nghệ, Số 184 (08), tr 3-9
[14] Mai Văn Phước, Nguyễn Minh Thuỳ, Nguyễn Đức Hựng (2014), “Cõn bằng năng lượng trong quỏ trỡnh phản ứng tạo nano bạc bằng cụng nghệ điện húa điện ỏp cao”, Tạp chớ Húa học, T 52(6B), tr 183-186
[15] Hồ Sỹ Thoảng, Lưu Cẩm Lộc (2006), Chuyển húa hydrocacbon và cacbon oxit trờn cỏc hệ xỳc tỏc kim loại và oxit kim loại, Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam
[16] Nguyễn Minh Thuỳ (2014), Nghiờn cứu phản ứng hoà tan điện húa tại dương cực (anot) tạo dung dịch nano bạc bằng điện ỏp cao, Luận ỏn tiến sỹ kỹ thuật, Viện Khoa học& Cụng nghệ quõn sự
[17] Nguyễn Cao Tuấn, Nguyễn Văn Hoàng, Đặng Kim Chi, Nguyễn Thị Dung (2020), “Khảo sỏt đặc điểm của plasma lạnh và khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải cụng nghiệp quốc phũng”, Tạp chớ Nghiờn cứu Khoa học&Cụng Nghệ quõn sự, T 65, tr 127-135
[18] Tổng cục Mụi trường (2015), Hiện trạng ụ nhiễm mụi trường do húa chất bảo vệ thực vật tồn lưu thuộc nhúm chất hữu cơ khú phõn hủy tại Việt Nam
Nguyễn Văn Dũng (2017), “Khảo sỏt xử lý nước ngầm bằng cụng nghệ plasma lạnh”, Tạp chớ Khoa học Đại học Thủ Dầu Một, Số 3(34), tr 45-54
Tiếng Anh:
[20] Abdelmaleka F , Torres R A , Combet E , Petrier C , Pulgarind C , Addoua A (2008), Gliding Arc Discharge (GAD) assisted catalytic degra- dation of bisphenol A in solution with ferrous ions, Separation and
Purification Technology, 63, pp 30-37
[21] Alexander P (2010), Plasma Physics, Springer, ISBN: 978-3-642- 10490-9
[22] Alexander F (2008), Plasma Chemistry, Cambridge University Press, ISBN-13: 978-0-511-39857-5
[23] Anpilov A M , Barkhudarov E M , Bark Y B , Zadiraka Y V ,
Christofi M , Kozlov Y N , Kossyi I A , Kop’ev V A , Silakov V P, Taktakishvili M I , Temchin S M (2001), Electric discharge in water as a source of UV radiation, ozon and hydrogen peroxyde, Journal of Physic D: Applied Physic, 34, pp 993-999
[24] Barni R , Orto E C D , Riccardi C (2019), Chemical Kinetics of the plasma Gas-phase in Humid Air Non-thermal Atmospheric Pressure
Discharges, International Journal of Plasma Environmental Science & Technology, 12, pp 109-113
[25] Bittencourt J A (2004), Fundamentals of plasma physics, Springer, ISBN 987-1-4419-1930-4
[26] Bogaerts A , Neyts E , Gijbels R , Mullen J (2001), Gas discharge plasmas and their applications, Spectrochimica Acta Part B, 57, pp 609-658
[27] Bruggeman P , Degroote J , Leys C , Viereldeels J (2007), Plasma characteristics in air and vapor bubbles in water, 28th ICPIG, Prague, Czech Republic, 10, pp 859-862
[28] Bruggeman P , Leys C (2009), Non-thermal plasmas in and in contact with liquids, Journal of Physic D: Applied Physic, 42, pp 1-28
[29] Bruggeman P , Locke B R (2013), Assessment of potential applications of plasma with liquid water, Low Temperature Plasma Technology: Methods and Applications, ISBN-13: 978-1466509900
[30] Ceccato P (2009), Filamentary plasma discharge inside water : initiation and propagation of a plasma in a dense medium, Ph D Thesis, Ecole Polytechnique France
[31] Chae J O (2003), Non-thermal plasma for diesel exhaust treatment,
Journal of Electrostatics, 57, pp 251-262
[32] Chen R , Pignatello J J (1997), Role of quinone intermediates as electron shuttles in fenton and photoassisted fenton oxidations of aromatic compounds, Environmental Science & Technology, 31, pp 2399-2406
[33] Choi M Y (2012), Plasma chemical driven biomedical applications with a radio frequence driven atmospheric pressure plasma jet, Ph D Thesis, Colorado State University, United States
[34] Dargahi A , Nematollahi D , Asgari G , Shokoohi R , Ansarib A , Samarghandi M R (2018), Electrodegradation of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid herbicide from aqueous solution using threedimensional electrode reactor with G/b-PbO2 anode: Taguchi optimization and degradation mechanism determination, Journal of Royal Society of Chemistry, 8, pp 39256-39268
[35] Do H T , Bui S M , Vu T T , Le T H T , Cao T H , Nguyen T T (2014), Cold Atmospheric Pressure Gliding arc Plasma Jet for Decontamination, Comm in Phys, 24, pp 103-108
[36] Dojcinovic B P , Manojlovic D , Roglic G M , Obradovic B M , Kuraica M M , Puric J (2009), Plasma assisted degradation of phenol solutions, Vacuum 83, pp 234-237
[37] Dors M , Metel E , Mizeraczyk J (2007), Phenol degradation in water by pulsed streamer corona discharge and fenton reaction, International Journal of Plasma Environmental Science & Technology, 1, pp 76-81
[38] ELTayeb A , ELShazly A H , Elkady M F , Abdel-Rahman A (2016), Simulation and experimental study for degradation of organic dyes using dual pin-to-plate corona discharge plasma reactors for industrial wastewater treatment, Wiley Online Library, doi:10 1002/ctpp 201500080
[39] Environmental Health Criteria 29 (1984), 2,4-Dichlorophenoxy - acetic acid (2,4-D), World Health Organization, ISBN 92 4 154089 3
[40] Fauchais P , Rakowitz J (1979), Physics on plasma chemistry,
Journal of Physical Workshop, pp 289-312
[41] Fontmorin J M , Fourcade F , Geneste F , Floner D , Huguet S , Amrane A (2013), Combined process for 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid treatment-Coupling of an electrochemical system with a biological treatment,
Biochemical Engineering Journal, 70, pp 17-22
[42] Giammaria G , Rooij G V , Lefferts L (2019), Plasma catalysis: distinguishing between thermal and chemical effects, Catalysts 2019, 9,185, doi: 10 3390/catal9020185
[43] Gomeza E , Rania D A , Cheesemanb C R , Deeganc D , Wisec M , Boccaccinia A R (2009), Thermal plasma technology for the treatment of wastes: A critical review, Journal of Hazardous Materials,161, pp 614-626
[44] Grabowski L R , Veldhuizen E M V, Pemen A J M , Rutgers W R (2006), Corona above water reactor for systematic study of aqueous phenol degradation, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 26, pp 3-17
[45] Grinevich V I , Lyubimov V A , Gushchin A A (2017), Destruction of oil hydrocarbons in water solutions with oxygen dielectric barrier discharge of atmospheric pressure, Izv Vyssh Uchebn Zaved Tekhnol, 60, pp 20-27
[46] Grymonpre D R , Finney W C , Clark R J , Locke B R (2004), Hybrid gas-liquid electrical discharge reactors for organic compound degradation, Ind Eng Chem Res, 43, pp 1975-1989
[47] Gupta S B (2007), Investigation of a physical disinfection process based on pulsed underwater corona discharges, Dessertation, Institute of microwave technology and high performance pulses, German
[48] Hao X , Zhou M , Xin Q , Lei L (2007), Pulsed discharge plasma induced Fenton-like reactions for the enhancement of the degradation of 4- chlorophenol in water, Chemosphere, 66, pp 2185-2192
[49] Hoeben W F L M , Veldhuizen E M V , Rutgers W R , Cramers C A M G , Kroesen G M W (2000), The degradation of aqueous phenol solutions by pulsed positive corona discharges, Plasma Sources Sci Technol
9, pp 361-369
[50] Huang C C , Lo S L , Lien H L (2012), Zero-valent copper nanoparticles for effective dechlorination of dichloromethane using sodium borohydride as a reductant, Chemical Engineering Journal, 203, pp 95-100
[[[ơ[51] Jiang B , Zheng J , Qiu S , Wu M , Zhang Q , Yan Z , Xue Q (2014), Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation, Chemical Engineering Journal, 236, pp 348-368
[52] Jiang B , Zheng J , Liu Q , Wu M (2012), Degradation of azo dye using non-thermal plasma advanced oxidation process in a circulatory airtight reactor system, Chemical Engineering Journal, 204-206, pp 32-39
[53] Joshi A A , Locke B R , Arce P , Finney W C (1995), Formation of hydroxyl radicals, hydrogen peroxyde and aqueous electrons by pulsed
streamer corona discharge in aqueous solution, Journal of Hazardous Materials, 41, pp 3-30