phân hủy quang Fenton của Chlorpyrifos
Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của loại chất xúc tác lên quá trình phân hủy quang Fenton của chlorpyrifos được thực hiện tại các điều kiện như sau:
- Nồng độ chlorpyrifos ban đầu: 5 mg/L - Hàm lượng chất xúc tác: 50 mg/L - Nồng độ H2O2 ban đầu: 20 mmol/L - Độ pH ban đầu: pH bằng 3
- Nhiệt độ phản ứng: 25oC
- Có sử dụng nguồn bức xạ Mặt Trời nhân tạo
Nghiên cứu được thực hiện trên sáu đối tượng chất xúc tác quang Fenton, bao gồm: vật liệu GO, vật liệu Fe-BTC, vật liệu Fe-BTC/GO-10, vật liệu Fe-BTC/GO-20, vật liệu Fe-BTC/GO-30, vật liệu Fe-BTC/GO-40. Các kết quả nghiên cứu được trình bày một cách cụ thể trong Hình 3.7, Hình 3.8, Hình 3.9, và Hình 3.10.
Kết quả so sánh giữa các mẫu vật liệu Fe-BTC/GO cho thấy, các vật liệu Fe-BTC/GO đều cho hiệu quả xúc tác phản ứng quang Fenton phân hủy Chlorpyrifos tương đối tốt, với hiệu quả xử lý Chlorpyrifos lên đến 92 – 98% sau 30 phút, và hiệu quả xử lý COD lên đến 85 – 91% sau 40 phút. Sự chênh lệch về mặt kết quả xử lý theo nồng độ chlorpyrifos và theo COD có thể giải thích là do phản ứng phân hủy quang Fenton của Chlorpyrifos vẫn hình thành
một số sản phẩm hữu cơ hịa tan trong nước đóng góp vào nhu cầu oxy hóa học của tồn bộ dung dịch, hoặc một số thành phần vơ cơ hịa tan trong nước gây nhiều đối với phản ứng phân tích chỉ số COD (ví dụ: ion sắt, hợp chất chứa clo...).
So sánh hiệu quả xử lý chlorpyrifos và xử lý COD của các hệ phản ứng quang Fenton sử dụng những chất xúc tác Fe-BTC/GO khác nhau, có thể thấy hiệu quả xúc tác của vật liệu Fe-BTC/GO-30 là cao nhất, sau đó đến vật liệu Fe-BTC/GO-20 và vật liệu Fe-BTC/GO-40, kém nhất là vật liệu Fe-BTC/GO- 10. Hiện tượng này có thể giải thích trên cơ sở sự khác biệt về mặt cấu trúc xốp cũng như đặc tính hấp thụ năng lượng quang học của các loại vật liệu, mà nguyên nhân sâu xa là sự khác biệt về đặc điểm kết tinh Fe-BTC trên nền chất mang GO, như đã trình bày cụ thể tại những mục phía trên.
Hình 3.11. Ảnh hưởng của loại chất xúc tác Fe-BTC/GO lên quá trình
phân hủy quang Fenton của Chlorpyrifos theo nồng độ Chlorpyrifos
0.000.20 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 5 10 15 20 25 30 C /C 0 Thời gian phản ứng (phút) Fe-BTC/GO-10 Fe-BTC/GO-20
Hình 3.12. Ảnh hưởng của loại chất xúc tác Fe-BTC/GO lên quá trình
phân hủy quang Fenton của chlorpyrifos theo COD
Hình 3.13. Ảnh hưởng của loại chất xúc tác lên quá trình phân hủy
quang Fenton của chlorpyrifos theo nồng độ chlorpyrifos
0.000.20 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0 10 20 30 40 C OD /C OD 0 Thời gian phản ứng (phút) Fe-BTC/GO-10 Fe-BTC/GO-20 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 15 30 45 60 75 90 C /C 0 Thời gian phản ứng (phút) Fe-BTC/GO-30 GO Fe-BTC
Hình 3.14. Ảnh hưởng của loại chất xúc tác lên quá trình phân hủy
quang Fenton của chlorpyrifos theo COD
Nhìn chung, các kết quả thu được đã thể hiện sự tương đồng với các nhận xét và dự đoán được đưa ra tại những mục nghiên cứu phía trên liên quan đến vật liệu Fe-BTC/GO. So sánh hiệu quả xúc tác phản ứng phân hủy quang Fenton đối với chlorpyrifos của ba loại vật liệu GO, vật liệu Fe-BTC, và vật liệu Fe-BTC/GO-30, có thể thấy hiệu quả xúc tác của Fe-BTC/GO-30 cao hơn đáng kể so với hai loại vật liệu còn lại. Hiện tượng này có thể giải thích theo hai nguyên nhân chính sau:
- Thứ nhất, cấu trúc α-FeOOH của vật liệu Fe-BTC (như thể hiện trong kết quả phân tích XRD) đã được chứng minh là có hoạt động quang xúc tác rất mạnh, đặc biệt là xúc tác cho các phản ứng phân hủy quang Fenton của hợp chất hữu cơ;
- Thứ hai, các cụm sắt (III) oxo hoạt động kích thước nhỏ phân tán đều trên bề mặt vật liệu mang GO rất lớn giúp giảm tốc độ tái kết hợp lỗ electron tại các vị trí hoạt động, từ đó giúp cải thiện hiệu quả xúc tác của vật liệu.
0.000.10 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 0 15 30 45 60 75 90 C OD /C OD 0 Thời gian phản ứng (phút) Fe-BTC/GO-30 GO Fe-BTC
Bên cạnh đó, nền vật liệu mang GO cũng đóng vai trị đáng kể trong sự hình thành cấu trúc α-FeOOH của vật liệu Fe-BTC/GO thông qua sự tương tác giữa các phân tử sắt (III) oxit và các nhóm hoạt động hydroxyl, hay cacboxylic trên bề mặt GO. Việc bản thân GO cũng thể hiện khả năng xúc tác tương đối tốt cho thấy, vật liệu GO có thể đóng vai trị tác nhân hấp phụ chọn lọc và hiệu quả đối với các loại hợp chất hữu cơ hịa tan nói chung, và chlorpyrifos nói riêng.
Hiệu quả tương hợp giữa nền vật liệu mang GO và vật liệu khung hữu cơ – kim loại Fe-BTC được thể hiện qua sự tăng mạnh về mặt hiệu quả xúc tác của mẫu vật liệu Fe-BTC/GO-30. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu này, vật liệu Fe-BTC/GO-30 được lựa chọn làm đối tượng khảo sát chính cho những nghiên cứu tiếp theo.