1.5. Giới thiệu các q trình oxi hóa tiến tiến AOPs
1.5.2. Quá trình Fenton đồng thể
Thơng thường quy trình oxi hóa Fenton đồng thể gồm 4 giai đoạn:
- Điều chỉnh pH phù hợp.
- Phản ứng oxi hóa: Trong giai đoạn phản ứng oxi hóa xảy ra sự hình thành
gốc OH hoạt tính cao, phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Cơ chế hình thành gốc OH
sẽ được xét cụ thể sau. Gốc OHđược hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa
các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý, chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân tử thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp.
- Trung hòa và keo tụ: Sau khi xảy ra q trình oxi hóa cần nâng pH dung
dịch lớn hơn 7 để thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành. Kết tủa Fe(OH)3 mới hình
thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, đông tụ, hấp thụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử.
- Quá trình lắng: Các bơng keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống làm giảm
có) trong nước thải chủ yếu là các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ được xử lý bổ sung b ng phương pháp sinh học hoặc b ng phương pháp khác.
a, Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe2+
Mặc dù tác nhân Fenton được biết đến hàng thế kỉ nay nhưng cơ chế 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 hỗn hợp ion sắt hóa trị 2 và hiđro peoxit H2O2,
chúng tác dụng với nhau sinh ra gốc tự do OH, cịn Fe2+ bị oxi hóa thành Fe3+ theo
phản ứng sau:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH + OH- (1.1)
Phản ứng Fenton đã tiếp tục được nghiên cứu bởi nhiều tác giả sau này, các nghiên cứu này cho thấy, ngoài phản ứng trên là phản ứng chính, trong q trình Fenton cịn xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH + OH- (1.1) Fe3+ + H2O2 → Fe2+ +HO2 + H+ (1.2) OH +Fe2+ → OH- + Fe3+ (1.3) OH + H2O2 → H2O + HO2 (1.4) Fe2+ + HO2 → Fe3+ + HO2 – (1.5) Fe3+ + HO2 → Fe2+ + O2 + H+ (1.6) HO2 + HO2 → H2O2 + O2 (1.7)
Theo các tác giả trên thì gốc tự do OH sinh ra có khả năng phản ứng với
Fe2+ và H2O2 theo các phản ứng (1.3) và (1.4) 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 phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuyền:
Tuy cơ chế hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh cãi, nhưng đại đa số đều sử dụng cơ chế quá trình Fenton xảy ra theo các phản ứng (1.1) - (1.7) nêu trên và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong quá trình này [80].
b, Phản ứng giữa H2O2 và chất xúc tác Fe3+
Phản ứng (1.2) xảy ra xem như phản ứng phân hủy H2O2 b ng chất xúc tác
Fe3+ và tạo ra Fe2+ để sau đó tiếp tục xảy ra theo phản ứng (1.1) hình thành gốc hydroxyl theo phản ứng Fenton. Tuy nhiên, tốc độ ban đầu của phản ứng oxi hóa b ng tác nhân H2O2/Fe3+ chậm hơn rất nhiều so với tác nhân Fenton H2O2/Fe2+.
Nguyên nhân vì trong trường hợp này Fe3+ phải được khử thành Fe2+ trước khi hình
thành gốc hydroxyl. Như vậy, về tổng thể quá trình Fenton được xem như khơng phụ thuộc gì vào trạng thái hóa trị II hay III của các ion sắt.
Một khi gốc tự do được hình thành, lập tức xảy ra hàng loạt các phản ứng tiếp theo kiểu dây chuyền với những gốc hoạt động mới. Vì vậy, sự hình thành gốc hydroxyl được xem như khởi đầu cho hàng loạt phản ứng xảy ra trong dung dịch.