CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.2. Các phƣơng pháp xử lí asen, amoni, chất hữu cơError! Bookmark not
1.2.2.2. Các phương pháp hóa lý và hóa học xử lý amoni Error! Bookmark not
a/ Phương pháp MAP
Phương pháp MAP dựa trên q trình lí – hóa học trong đó có sự kết tủa của amoni dưới dạng MgNH4PO4 (MAP) thông qua việc bổ xung axit photphoric và magie oxit. Đối với phương pháp này, pH cần phải giữ trong khoảng 8.5 – 10 để có lợi cho sự kết tủa của MAP, chất sẽ được sử dụng như phân bón trong Nơng nghiệp.
b/ Làm thống để khử amoni (Air stripping)
Các ion NH4 trong nước trong trạng thái cân bằng với các phân tử amoniac và ion H+:
Ở điều kiện pH > 7, cân bằng chuyển dịch sang phải. Với pH > 10, hơn 85% amoniac có thể chuyển dịch sang dạng khí khi làm thống. Ở giá trị pH = 10 ÷ 11, các ion Hydroxit dư sẽ chuyển các ion NH4 thành Hydroxit amon:
NH4 + OH NH4OH (12) NH4OH NH3 + H2O (13)
Ngồi ra, hiệu suất xử lí cịn phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ càng cao thì hiệu suất xử lí càng lớn [4].
c/ Phương pháp trao đổi ion (Ion Exchange).
Có thể loại bỏ Amoniac trong nước bằng cách lọc qua vật liệu lọc trao đổi cation như Klynoptilolyle hay Sepiolite. Đây là loại quặng zeolit tự nhiên. Phương trình có thể biểu diễn như sau:
Men+ + Z-A (Z)nMen+ + nA+ (17) Trong đó : Men+
(NH4+, Ca2+…) là ion có trong nước. A+ (Na+, H+) l à ion trên vật liệu trao đổi ion
Z là chất nền của vật liệu trao đổi ion (RSO3Na, RSO3H, RCOONa, RCOOH)
Ưu điểm của phương pháp này là có thể đạt hiệu suất rất cao (80-90%). Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là quá trình sử dụng, vận hành phức tạp, khó khăn trong việc hồn nguyên. [4].
d/ Phương pháp hấp phụ.
Phương pháp hấp phụ là tạo ra các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, có ái lực lớn với amoni hịa tan trong nước và sử dụng các vật liệu đó để loại bỏ amoni ra khỏi nước. Đã có một vài cơng trình nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni trong nước bằng các vật liệu như than hoạt tính, zeolit…[4]
1.2.3. Phương pháp xử lý hợp chất hữu cơ thường gặp trong thực tế [8]
Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe+2
Mặc dù tác nhân Fenton đã được biết hàng thế kỷ nay nhưng cơ chế của phản ứng Fenton cho đến nay vẫn cịn đang tranh cãi, thậm chí có ý kiến trái ngược nhau.
Hệ tác nhân Fenton cổ điển là một hỗn hợp gồm các ion sắt hóa trị 2 (thông thường dùng muối FeSO4 và hydroperoxit H2O2, chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do •OH, •HO2 theo phản ứng :
Fe2+ + H2O2 Fe3+
+ •OH + OH – (3.3.) Fe3+ + H2O2 Fe2+
+ •HO2 + H + (3.4)
Ngoài hai phản ứng trên là phản ứng chính thì trong q trình Fenton cịn có xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm các phản ứng sau:
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + •OH + OH – (3.5) Fe3+ + H2O2 Fe2+ + •HO2 + H + (3.6) • OH + Fe2+ OH - + Fe3+ (3.7) •OH + H2O2 H2O + •HO2 (3.8) Fe2+ + •HO2 Fe3+ + HO2- (3.9) Fe3+ + •HO2 Fe2+ +O2 + H+ (3.10)
Những phản ứng trên chứng tỏ tác dụng của sắt đóng vai trị là chất xúc tác. Q trình chuyển Fe3+
thành Fe2+ như mơ tả trong phản ứng (3.6) xảy ra rất chậm, hằng số tốc độ k rất nhỏ so với phản ứng (3.5) vì vậy sắt tồn tại sau phản ứng chủ yếu ở dạng Fe3+.
Theo Walling, C. (1975) gốc tự do •OH sinh ra có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 nhưng quan trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo
thành các gốc hữu cơ có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi: •OH + Fe2+ OH - + Fe3+ (3.11) • OH + H2O2 H2O + •HO2 (3.12) •OH + RH • R + H2O (3.13) Các gốc •R có thể oxy hóa Fe2+
, khử Fe3+ hoặc dimer hóa .
Tuy nhiên như đã nói ở trên, cơ chế phản ứng Fenton, đặc biệt là sự tạo thành các hợp chất trung gian cũng như sự hình thành gốc hydroxyl vẫn cịn nhiều tranh cãi. Kremer (1999) cho rằng các sản phẩm trung gian có thể là phức chất Fe2+.H2O2 hydrat hóa và ion FeO2+ vì thuận lợi hơn về mặt nhiệt động và tác nhân ơxi hóa khử là FeO2+ chứ không phải gốc hydroxyl, mặt khác ông cũng cho rằng chất trung gian Fe2+.H2O2 có thể tham gia trực tiếp vào q trình oxi hóa. Tuy nhiên tuyệt đại đa số đều nhất trí cao với cơ chế phản ứng Fenton xảy ra theo các phản ứng (3.5)-(3.10) đã nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong phản ứng Fenton. Q trình Fenton nói chung có hiệu quả cao trong khoảng pH 2-4, cao nhất ở pH khoảng 2,8 (Pignatello, J.J.1992). Do đó trong điều kiện xử lý nước thường gặp (pH 5-9) quá trình xảy ra khơng hiệu quả. Đã có nhiều nghiên cứu về các dạng cải tiến của phương pháp Fenton để tránh được pH thấp như q trình photon-Fenton, Fenton điện hóa … Ngồi ra cịn phát sinh một vấn đề là cần tách ion sắt sau xử lý. Bởi vậy, bước đầu chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu tổng hợp được.