6. Cấu trúc của đề tài
1.3.3. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) [10]
Quá trình Fenton cổ đi n nói chung có hiệu quả cao trong khoảng pH 2-4, cao nhất ở pH khoảng 2.8. Do đó trong điều kiện xử lí nước thường gặp pH = 5-9) quá trình xảy ra không hiệu quả. Đã có nhiều nghiên cứu về các dạng cải tiến của phương pháp Fenton đ tránh được pH thấp như quá trình photon-Fenton, Fenton điện hóa …
Các nghiên cứu gần đây cho thấy phản ứng 1.3) thậm chí cả phản ứng 1.4) nếu đặt dưới bức xạ của ánh sáng UV hoặc lân cận UV và ánh sáng khả kiến đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có th khoáng hóa dễ dàng các chất ô nhiễm hữu cơ, ngay cả những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ dại. Quá trình này được gọi là quá trình quang Fenton, thực chất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng.
*Bản chất quá trình quang Fenton:
Quá trình quang Fenton: Theo phản ứng 1.4): Fe3+
sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục phản ứng với H2O2 tạo thành Fe2+, lại tiếp tục tham gia phản ứng 1.4). Tuy nhiên vì hằng số tốc độ của phản ứng 1.5) rất thấp k = 3,1×10-3
M-1s-1) so với phản ứng 1.3), k = 63 M-1
s-1) nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng 1.3) thực hiện. Vì thế trong thực tế phản ứng xảy ra với tốc độ chậm dần lại sau khi toàn bộ Fe2+ đã sử dụng hết cho phản ứng 1.3) và chuy n thành Fe3+
.
Trong những điều kiện tối ưu của quá trình Fenton, tức là khi pH thấp pH < 4), ion Fe3+ phần lớn nằm dưới dạng phức [Fe3+(OH)-]2+. Chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền 250 nm < λ < 400 nm rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe3+
Phản ứng khử [Fe3+
(OH)-]2+ trong dung dịch bằng quá trình quang hóa học cho phép tạo ra một số gốc HO
phụ thêm theo phương trình sau:
H2O2 + hν → 2HO (1.12) H2O2 + Fe2+ + hν → Fe3+ + HO− + HO (1.13) Fe3+ + H2O → [Fe3+ (OH)-]2+ + H+ (1.14) [Fe3+(OH)-]2+ + hν → Fe2+ + HO (1.15) Tổng hợp phản ứng 1.14), 1.15) trên ta được: Fe3+ + H2O + hν → Fe2+ + H+ + HO (1.16) Phản ứng này là phản ứng đặc trưng của quá trình quang Fenton. Tiếp theo sau phản ứng trên sẽ là phản ứng Fenton thông thường. Do đó nhờ tác dụng bức xạ của UV, ion sắt được chuy n hóa trạng thái Fe3+
sang Fe2+ và sau đó ngược lại Fe2+ sang Fe3+ bằng quá trình Fenton thông thường tạo thành một chu kỳ không dừng, đây chính là đi m khác biệt giữa quá trình Fenton thông thường và quang Fenton. So với quá trình Fenton thông thường, quá trình quang Fenton xảy ra tạo gốc HO
được phát tri n rất thuận lợi. Nếu tổ hợp 2 phương trình 1.3) và 1.16) sẽ được 2 gốc HO tạo thành từ một phân tử H2O2. Đó chính là lợi thế ưu việt của quá trình quang Fenton. Tốc độ khử quang hóa Fe3+
tạo ra gốc HO và Fe2+ phụ thuộc vào chiều dài của bước sóng ánh sáng bức xạ. Bước sóng càng dài hiệu suất lượng tử tạo gốc HO
càng giảm.