Có thể thấy, khi tăng dần tỷ lệ Fe2(SO4)3 trong q trình biến tính bùn thải, hiệu quả xử lý MEA có xu hướng tăng và đạt hiệu quả cao nhất ở tỷ lệ 1,5 g/10g. Nếu tiếp tục tăng tỷ lệ muối sắt sunfat thì hiệu suất xử lý có xu hướng giảm dần. Do hiệu suất phân hủy MEA chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi hàm lượng và dạng tồn tại của sắt oxit trong mẫu xúc tác. Khi tăng lượng muối sắt với giá trị phù hợp, hàm lượng Fe3+ trong xúc tác tăng làm tăng số lượng tâm hoạt tính trên bề mặt xúc tác, từ đó tăng cường hoạt tính xúc tác. Khi lượng sắt bổ sung quá lớn sẽ làm giảm diện tích bề mặt đồng thời giảm số lượng tâm hoạt tính trên bề mặt xúc tác. Điều này khiến H2O2 không phản ứng với tất cả các ion Fe3+ trên bề mặt và trong lỗ xốp của mẫu xúc tác dẫn đến số lượng gốc tự do tạo thành không đạt số lượng mong muốn [37]. Ngoài ra, hàm lượng sắt lớn khiến ion Fe2+ và Fe3+ trở thành tác nhân bắt gốc tự do.
Với mẫu bùn thải biến tính với tỷ lệ Fe2(SO4)3 là 1,5/10 cho hiệu quả xử lý cao nhất là 66,67% trong 2 giờ.
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung
Trong quá trình chế tạo, nhiệt độ nung ảnh hưởng mạnh đến thành phần pha, đặc tính bề mặt và độ xốp của xúc tác bùn thải biến tính, từ đó ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác trong quá trình Fenton dị thể. Mẫu bùn thải biến tính với tỷ lệ 1,5/10 được nung ở các mức nhiệt độ 200 oC, 300 oC, 400 oC và 500 oC trong 4 giờ, sau đó được xác định thành phần pha bằng phổ XRD cho kết quả như Hình 3.4.
Hình 3.4. Giản đồ XRD mẫu bùn thải chưa biến tính (a) và mẫu bùn thải biến tính
nung ở 200 oC (b); 300 oC (c); 400 oC (d); 500 oC (e)
Kết quả giản đồ XRD của các mẫu xúc tác nung ở nhiệt độ nung khác nhau cho thấy mẫu bùn thải biến tính nung khi được nung ở 200 oC trong 2 giờ đã có sự thay đổi rõ rệt về thành phần pha so với mẫu bùn thải chưa biến tính. Các tín hiệu phản xạ đặc trưng cho KAl2(SiAl)4O10(OH)2 và Fe6Si4O10(OH)8 giảm mạnh, các tín hiệu đặc trưng cho FeAlO(OH) bị triệt tiêu hoàn tồn. Trong khi đó, các tín hiệu đặc trưng cho Hematit Fe2O3 dần xuất hiện, tuy nhiên cường độ các tín hiệu này còn khá yếu. Xu hướng này tiếp tục diễn ra khi nhiệt độ nung tăng lên 300 oC. Xu hướng trên cho thấy ở nhiệt độ nung 200- 300 oC đã diễn ra sự bay hơi của các phân tử nước trong tinh thể
dẫn đến sự chuyển hóa Geothit Aluminian, Greenalit thành Fe2O3 và SiO2. Sự chuyển hóa xảy ra rõ rệt hơn ở nhiệt độ nung là 400 oC khi các tín hiệu đặc trưng cho Greenalit và Muscovit đã bị triệt tiêu, trong khi tín hiệu đặc trưng cho Fe2O3 và SiO2 tăng mạnh. Thành phần chủ yếu của mẫu bùn thải sau khi được nung ở 400 oC bao gồm: Quartz SiO2, Hematit Fe2O3, KAlSiO4 và một lượng rất nhỏ Muscovite. Mẫu bùn thải nung ở 500 oC khơng có sự khác biệt về thành phần pha so với mẫu nung ở 400 oC. Các kết quả trên cho thấy, mẫu bùn thải biến tính đã đạt được độ ổn định về thành phần pha sau khi được nung ở 400 oC trong 4 giờ.
Bảng 3.3. Diện tích bề mặt riêng của bùn thải biến tính theo nhiệt độ nung
Tên mẫu Diện tích bề mặt riêng
SBET (m2/g)
Bùn thải chưa biến tính 21,15 Bùn thải biến tính ở 300 oC 21,49 Bùn thải biến tính ở 400 oC 26,35 Bùn thải biến tính ở 500 oC 28,45
Nhiệt độ nung cũng ảnh hưởng lớn đến diện tích bề mặt riêng của mẫu bùn thải biến tính. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu bùn thải biến tính được nung ở các nhiệt độ khác nhau được chỉ ra trên Bảng 3.3. Bảng 3.3 cho thấy khi nhiệt độ nung mẫu tăng thì diện tích bề mặt riêng của mẫu bùn thải biến tính có xu hướng tăng dần. Tuy nhiên tốc độ tăng diện tích bề mặt riêng khơng đồng đều. Mẫu xúc tác được nung ở 300 oC có diện tích bề mặt riêng là 21,49 m2/g, tăng không đáng kể so với mẫu bùn thải chưa biến tính. Diện tích bề mặt riêng tăng nhanh lên 26,35 m2/g khi nhiệt độ nung tăng từ 300 oC lên 400 oC. Khi nhiệt độ nung tăng lên 500 oC, diện tích bề mặt riêng mẫu bùn thải tăng chậm lên 28,45 m2/g.
Kết quả khảo sát về diện tích bề mặt riêng phù hợp với kết quả khảo sát thành phần pha của mẫu bùn thải biến tính ở các nhiệt độ nung khác nhau. Ở nhiệt độ thấp (dưới 300
diễn ra chưa triệt để và chưa có sự thay đổi lớn về độ xốp. Khi nhiệt độ nung tăng lên 400 oC, sự chuyển hóa thành phần pha của mẫu bùn thải xảy ra triệt để hơn, các loại tạp chất có trong bùn thải cũng bị phân hủy hồn tồn, từ đó làm tăng diện tích bề mặt và độ xốp của mẫu bùn thải.
Ảnh hưởng của nhiệt độ nung khác nhau của các mẫu bùn thải đối với hiệu suất xử lý MEA được khảo sát ở điều kiện: mẫu MEA có nồng độ 250 mg/L, pH=3, hàm lượng H2O2 và bùn thải sử dụng lần lượt là 20 mL/L và 10 g/L. Kết quả khảo sát được trình bày trên Hình 3.5.