CHƯƠNG 3 : KỸ THUẬT OXI HÓA TĂNG CƯỜNG
3.2. Các kỹ thuật oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng
3.2.1. Quá trình quang Fenton
Theo phản ứng (3.6): Fe3+ sau khi được tạo ra sẽ tiếp tục phản ứng với H2O2 tạo thành Fe2+, lại tiếp tục tham gia phản ứng (3.5). Tuy nhiên vì hằng số tốc độ của phản ứng (3.6) rất thấp (k=3,1.10-3
M-1s-1) so với phản ứng (3.5), k=63 M-1s-1 nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng (3.5) thực hiện, vì thế trong thực tế phản ứng xảy ra
32
với tốc độ chậm dần lại sau khi toàn bộ Fe2+ đã sử dụng hết cho phản ứng (3.5) và chuyển thành Fe3+.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy phản ứng (3.5) thậm chí cả phản ứng (3.6) nếu đặt dưới bức xạ của ánh sáng UV hoặc lân cận UV và ánh sáng khả kiến đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có thể khống hóa dễ dàng các chất ô nhiễm hữu cơ, ngay cả những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốc trừ sâu, diệt cỏ. Quá trình này được gọi là quá trình quang Fenton, thực chất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng.
Bản chất quá trình quang Fenton:
Trong những điều kiện tối ưu của quá trình Fenton tức khi pH thấp (pH<4), ion Fe3+ phần lớn nằm dưới dạng phức Fe3+
(OH)-2+
. Chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền 250< <400 nm rất mạnh, hơn hẳn so với ion Fe3+
. Phản ứng khử Fe3+
(OH)-2+
trong dung dịch bằng q trình quang hóa học cho phép tạo ra một số gốc
•
HO phụ thêm theo phương trình sau: Fe3+ + H2O Fe3+ (OH)-2+ + H + (3.36) Fe3+ (OH)-2+ + h Fe2+ + •HO (3.37) Tổng hợp 2 phương trình trên sẽ được:
Fe3+ + H2O + h Fe2+
+ H+ + •HO (3.38)
Phản ứng này là phản ứng đặc trưng của quá trình quang Fenton. Tiếp theo sau phản ứng trên sẽ là phản ứng Fenton thơng thường. Do đó nhờ tác dụng bức xạ của UV, ion sắt được chuyển hóa trạng thái Fe3+ sang Fe2+ và sau đó ngược lại Fe2+ sang Fe3+ bằng q trình Fenton thơng thường tạo thành một chu kỳ khơng dừng, đây chính là điểm khác biệt giữa q trình Fenton thơng thường và quang Fenton.
So với quá trình Fenton thơng thường, q trình quang Fenton xảy ra tạo gốc •HO được phát triển rất thuận lợi. Nếu tổ hợp 2 phương trình (3.5) và (3.38) sẽ được 2 gốc
•
HO tạo thành từ một phân tử H2O2. Đó chính là lợi thế ưu việt của quá trình quang Fenton. Tốc độ khử quang hóa Fe3+ tạo ra gốc •HO và Fe2+ phụ thuộc vào chiều dài của bước sóng ánh sáng bức xạ. Bước sóng càng dài hiệu suất lượng tử tạo gốc •HO càng giảm.
33