Phenol là một loại hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có chứa nhóm hiđroxyl (−OH) liên kết trực tiếp vào nhân benzen (nhân thơm).
Phenol và dẫn xuất của phenol được xếp trong nhóm 50 loại hóa chất được sản xuất nhiều tại Mỹ. Phenol được hình thành trong các sản phẩm dầu khí như nhựa than đá và creosot. Phenol có thể phát sinh ra trong quá trình đốt cháy gỗ, khí thải nhiên liệu và thuốc lá. Trong tự nhiên phenol được hình thành từ quá trình phân hủy benzen Phenol có ứng dụng lớn trong y học, dùng trong khử trùng phẫu thuật. Dùng để điều chế nhiều dược phẩm như aspirin làm giảm đau, hạ nhiệt, phòng và chữa huyết khối; axit salicylic (là thuốc giảm đau, hạ nhiệt, chống viêm); metyl salicilat (dầu nóng, làm thuốc giảm đau trong chứng viêm thấp khớp, đau cơ).
Công thức phân tử của phenol đỏ (phenolsulfophtalein): C19H14O5S.
Công thức cấu tạo cấu tạo phân tử của phenol đỏ được trình bày ở hình 1.4.
Hình 1.4: Cấu tạo phân tử, cấu trúc không gian của phenol đỏ
Các nguồn chính gây ra ô nhiễm phenol đỏ trong môi trường nước là các loại nước thải từ công nghiệp sơn, thuốc bảo vệ thực vật, chế biến than đá, nhựa polime, dệt nhuộm, dầu mỏ và hóa dầu. Khi nước bị nhiễm các hợp chất phenol, sát trùng bằng clo hóa s tạo ra các hợp chất clo của phenol rất độc. Các hợp chất của phenol được xem như là những chất ô nhiễm hàng đầu vì chúng có thể gây hại đến sinh vật ngay ở những nồng độ thấp.
Do độc tính cao của phenol nói chung và phenol đỏ nói riêng thì việc xử lý nước chứa hàm lượng tổng phenol > 200mg/l bằng kỹ thuật sinh học là rất khó, mặc dù phương pháp xử lý này rẻ tiền song bị hạn chế khi nước thải chứa độc tố. Hầu hết các nguồn nước thải đều chứa tổng hàm lượng phenol cao hơn nhiều so với giới hạn nói trên. Do đó người ta thường tiến hành xử lý bằng phương pháp hấp phụ hoặc oxi hóa hóa học [9], [15], [30].
1.3.2. Một số thành tựu xử lý các hợp chất phenol
Phương pháp đi n hoá: xử lý phenol đỏ trên các loại điện cực anot như Pt, Ti/TiO2, Ti/SnO2, Ti/PbO2, PbO2,... là phương pháp phổ biến nhưng tốn kém, không áp dụng ở quy mô lớn [16].
Phương pháp oxi hóa sử dụng tác nhân oxi kh ng khí (WAO-Wet Air Oxidation): phương pháp này có ưu điểm dùng oxi không khí, song lại đòi hỏi phải thực hiện ở nhiệt độ và áp suất cao nên cần thiết bị đặc biệt đắt tiền làm cho chi phí vận hành cao, không kinh tế [16].
Để khắc phục nhược điểm của phương pháp WAO, người ta đưa xúc tác vào hệ trên (Catalystic Wet Air Oxidation-CWAO) đã làm giảm chi phí đáng kể. Song phương pháp CWAO cần phải lựa chọn xúc tác thích hợp có hoạt tính cao, vật liệu làm chất mang phải chịu được môi trường (axit hoặc kiềm) dưới nhiệt độ và áp suất cao [13].
Phương pháp oxi hóa ướt có sử dụng xúc tác (WCO-Wet Catalytic Oxidation) đã đạt được những thành tựu nhất định như độ chuyển hóa cao, phản ứng tiến hành trong điều kiện không quá khắt khe (nhiệt độ thấp, áp suất thường). Các xúc tác trong quá trình này thường là kim loại, các oxit kim loại hoặc các zeolit có mang kim loại, oxit kim loại. Nhưng các xúc tác này có nhược điểm là trong quá trình phản ứng, một phần kim loại trong xúc tác rắn tan vào dung dịch, gây hiệu ứng ô nhiễm thứ cấp.
Hướng nghiên cứu sử dụng xúc tác zeolit mà trong đó Al được thay thế đồng hình bằng các nguyên tố B, V, Mo, Ga, Fe,... đã phần nào khắc phục được nhược điểm trên. Phương pháp sử dụng zeolit Fe-Modernit, tác nhân oxi hóa H2O2 bước đầu thu được kết quả khả quan, chúng có khả năng xử lý được một số dẫn xuất của phenol. Ngoài ra sự phân hủy H2O2 cho sản phẩm cuối cùng là H2O và O2 nên hiđropeoxit được xem là một tác nhân oxi hóa thân thiện với môi trường (Đỗ Xuân Đồng và ctv, 2004).
Phương pháp sử dụng h xúc tác quang dị thể trên cơ sở vật liệu TiO2, hoặc hợp chất SiO2-TiO2 nhằm làm tăng diện tích bề mặt riêng, trong điều kiện sử dụng ánh sáng UVA hoặc ánh sáng mặt trời, đã đem lại hiệu quả xử lý phenol trong nước thải rất tốt, đạt trên 90% (Nguyễn Việt Cường, Nguyễn Thế Vinh, 2009).
Một phương pháp khá phổ biến và đạt hiệu quả cao là hấp phụ, nó có nhiều ưu điểm so với các phương pháp khác, vì các vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ tương đối phong phú, dễ điều chế, không đắt tiền, thân thiện với môi trường. Vật liệu hấp phụ được sử dụng phổ biến là than hoạt tính, tuy nhiên, giá thành của than hoạt tính thường cao, nên đã có những nghiên cứu để tìm các vật liệu hấp phụ thay thế khác, như khoáng sét, oxit, nhựa polyme, oxit silic được biến tính bề mặt. Bên cạnh việc sử dụng kỹ thuật hấp phụ để thu gom các hợp chất phenol từ dung dịch nước, các nhà khoa học rất quan tâm đến khả năng loại bỏ triệt để các hợp chất này bằng bentonit để đạt hiệu quả tốt về xử lý nước thải và đảm bảo cho nền kinh tế quốc dân [4], [9], [26], [30].