CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.3. Một số phương pháp xử lý kháng sinh họ β-lactam trong nước thải
1.3.2. Phương pháp oxi hóa tăng cường
Các q trình oxi hóa tăng cường dựa trên sự tạo thành các gốc tự do hoạt động như OH•, gốc tự do này đóng vai trị một tác nhân oxi hóa khơng chọn lọc. Trong các q trình này, sự oxi hóa hồn tồn có thể thu được ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thường. Các q trình oxi hóa tăng cường phân biệt nhau ở cách thức tạo ra gốc tự do. Gốc tự do có thể được tạo ra bằng nhiều cách: chiếu tia UV, sự phân ly của H2O2 (có xúc tác), sử dụng ozon O3 [8].
Gốc tự do được tạo thành dưới tác dụng của bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến: Quang hóa khơng xúc tác: bức xạ tử ngoại năng lượng cao được hấp thụ bởi các phân tử, đưa phân tử chất hấp thụ lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái này khả năng phản ứng của nó là rất lớn, nó phân hủy cho các chất ít độc hơn hoặc khơi mào phản ứng dây chuyền để phân hủy các chất hữu cơ trong hệ. Phản ứng tạo thành gốc OH•:
H2O → H• +OH• (1.1)
Q trình quang phân UV/ H2O2: sử dụng bức xạ tử ngoại để phân ly liên kết trong H2O2 tạo ra gốc OH•. Cơ chế quang phân trong trường hợp này là sự bẻ gãy liên kết O - O do hấp thụ bức xạ tử ngoại, hình thành hai gốc OH•:
H2O2 → 2OH• (1.2)
Q trình xúc tác quang hóa: xúc tác thường là vật liệu nano hoạt tính như TiO2 dạng anatase. TiO2 là một trong những xúc tác hiệu năng nhất so với các chất xúc tác khác, do sự ổn định quang cao. Hệ thống xúc tác quang dựa trên sự hấp thụ photon với năng lượng lớn hơn 3,2eV (tương ứng với bước sóng thấp hơn 390nm) để bắt đầu sự kích thích, liên quan đến q trình tách, tạo ra cặp eCB- - hVB+[40].
TiO2 + hν → eCB- + hVB+ (1.3)
Trong phản ứng (1.3), hVB+ có thể oxi hóa phân tử H2O và ion OH- được hấp phụ trên bề mặt hạt TiO2 tạo thành gốc OH•. Gốc OH• là tác nhân oxi hóa mạnh, oxi hóa các chất hữu cơ thành các chất vơ cơ đơn giản như CO2, H2O...
H2O(ads) + hVB+ → OH• + H+ (1.4) OH(ads)- + hVB+ → OH• (1.5)
Ozon hóa được xem là một trong những q trình oxi hóa tăng cường ở pH kiềm do các chất hữu cơ bị oxi hóa bởi gốc tự do hoạt động được tạo ra trong quá trình phân hủy ozon. Thực tế, trong mỗi q trình ozon hóa, chất hữu cơ bị oxi hóa
một phần do phản ứng của các gốc tự do, một phần là sự ozon hóa trực tiếp các chất hữu cơ. Bởi vì, ozon là chất oxi hóa mạnh hơn oxi do đó về mặt lý thuyết, khơng có hợp chất hữu cơ nào khơng bị oxi hóa bởi ozon. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là khó khăn trong việc thu được ozon và quá trình này khá nhạy với pH [8].
Các q trình ozon hóa gồm có:
Q trình UV/O3: q trình ozon hóa được hỗ trợ bằng việc chiếu ánh sáng tia tử ngoại để tăng hiệu quả tạo OH• hay tạo 2 OH• với nồng độ cao hơn.
H2O + O3 → 2 OH• + O
2 (1.6)
Q trình H2O2/O3: phản ứng giữa O3 và H2O2 tăng sự tạo thành gốc OH•. Trong trường hợp này, ngồi gốc OH• cịn có gốc HO2• (tạo ra từ H2O2). Vì vậy phản ứng oxi hóa chất hữu cơ đạt hiệu quả caohơn.
H2O2 +2O3→ 2OH• + 3O2(1.7)
Q trình H2O2/UV/O3: là sự kết hợp của các quá trình UV/O3, H2O2/O3, UV/ H2O2 để thu được hệ bậc 3. Đây là quá trình hiệu quả nhất trong xử lý nước thải ơ nhiễm nặng và cho phép giảm tổng cacbon hữu cơ (TOC), khống hóa hồn tồn chất ơ nhiễm. Cơ chế tạo gốc tự do được chỉ ra trong phản ứng:
H2O2 + 2O3 → 2OH• + 3O
2 (1.8)
Tanaka và các cộng sự đã nghiên cứu xử lý tồn dư của dược phẩm trong nước thải dựa trên quá trình UV/O3, H2O2/O3. Với nồng độ ozon 6mg/L và thời gian tiếp xúc 15 phút kết quả thu được đó là cafein, N,N–Đietyl–meta–Toluamit, cyclophosphamide được loại bỏ với hiệu suất tương ứng 84,89% ,73,34% và 46% [40]