6. Bố cục của luận văn
1.2.1. Cơ chế của quá trình fenton điện hóa
Quá trình Fenton điện hóa: là quá trình AOP trong đó gốc OH● được sinh ra từ phản ứng Fenton, nhưng các chất phản ứng của phản ứng Fenton không được đưa vào trực tiếp mà được sinh ra nhờ các phản ứng oxy hóa khử bằng dòng điện trên các điện cực, qua đó khắc phục được các nhược điểm của phản ứng Fenton.
Thật vậy, phản ứng Fenton là phản ứng oxy hóa tiên tiến trong đó gốc tự do OH●được sinh ra khi hydropeoxit phản ứng với ion sắt II:
Fe2+ + 2H2O2 → Fe3+ + OH- + OH● (k = 63 L.mol-1.s-1) (1.5) Tuy nhiên phản ứng (1.5) chỉ xảy ra trong môi trường phản ứng axit
O3/UV Oxy hóa UV Oxydation UV H2O2 / Fe2+ Fenton Oxy hóa điện hóa OH● TiO2 /UV/O2 Xúc tác quang dị thể H2O2 / UV Quang hóa UV/Fe2+/H2O2 Xúc tác quang đồng thể Siêu âm
(pH=3), do đó để nâng cao hiệu quả quá trình xử lý POP (tạo ra nhiều gốc OH●) cần phải đưa vào phản ứng một lượng lớn các chất tham gia phản ứng (Fe2+, H2O2) và cũng tạo ra một lượng lớn chất thải Fe3+.
Trong quá trình Fenton điện hóa, H2O2 được sinh ra liên tục bằng sự khử 2 electron của phân tử oxy trên điện cực catot theo PTPƯ (1.6) để tạo ra H2O2.
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2 E° = 0.69 V/ ESH (1.6) Theo định luật Faraday, lượng H2O2 sinh ra phụ thuộc nhiều vào cường độ dòng điện vàdo đó gián tiếp ảnh hưởng đến mật độ gốc OH● sinh ra.
Ngoài ra, giống như trong phản ứng Fenton, pH của dung dịch cũng ảnh hưởng đến khả năng kết tủa keo các hydroxyt sắt, kết tủa này sẽ bám lên bề mặt điện cực làm cản trở quá trình oxy hóa điện hóa trên các điện cực, đồng thời cũng ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc giữa các chất phản ứng trong dung dịch. Oxy cần cho phản ứng trên có thê được cung cấp bằng cách sục khí nén trong dung dịch axit đến trạng thái bão hòa hoặc hoặc có thể được tạo ra bằng cách oxy hóa nước trên điện cực anot làm bằng PT theo PTPƯ (1.7):
2H2O - 4e- → O2 + 4H (1.7) H2O2 tạo thành sẽ phản ứng với Fe2+còn ion Fe3+ sinh ra từ phản ứng này ngay lập tức sẽ bị khử trên catot thành ion Fe2+ theo phương trình phản ứng dưới đây:
Fe3+ + e- → Fe2+ E° = 0,77 V/ ESH (1.8) Như vậy, trong quá trình Fenton điện hóa, ion Fe2+ và Fe3+ liên tục chuyển hóa cho nhau, do đó xúc tác đưa vào ban đầu có thể là Fe2+ hoặc Fe3+, và chỉ cần một nồng độ nhỏ, dưới 1 mM, là có thể thực hiện hiệu quả phản ứng Fenton.
Hình 1.3. Sơ đồcơ chế tạo ra gốc OH● trong quá trình Fenton điện hóa
- Vật liệu điện cực sử dụng trong các hệ fenton điện hóa: Pt được sử dụng trong thời gian dài với ưu điểm có độ dẫn điện tốt và ổn định trong điều kiện điện thế cao và môi trường có tính ăn mòn cao. Pt được sử dụng nhiều nhất làm cực dương để xử lý các chất ô nhiễm trong quá trình EF như hình 1.4.
Hình 1.4. Thống kê điện cực sử dụng làm cực dương
Những dạng điện cực Pt được sử dụng làm điện cực dương như Pt dạng tấm, Pt dạng mảnh, Pt dạng lưới.
Trên hình 1.5 là những điện cực âm được sử dụng khi tiến hành thí nghiệm bao gồm: Nỉ than chì, vải cacbon, tấm BDD, PTFE (Cacbon polytetra
Khí nén
fluoroethylen), graphite PTFE; than ch, than hoạt tính (ACF).
Hình 1.5.Thống kê các loại điện cực dùng làm cực âm