Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Fenton đến hiệu suất phõn hủy TNP

Fenton ở mụi trƣờng pH=3

Kết quả khảo sỏt sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng phõn hủy TNP đƣợc dẫn trờn Bảng 3.15và Hỡnh 3.9. cho thấy nhƣ sau:

- Sau 60 phỳt phản ứng Fenton, ở nhiệt độ 300C, TNP bị phõn hủy cú 61,20%. Trong khi đú cựng ở thời gian sau 60 phỳt, ở nhiệt độ 400C, TNP bị phõn hủy hoàn toàn 100%. Tuy nhiờn, ở nhiệt độ 500C, TNP đó đạt hiệu suất phõn hủy 100% chỉ mất 45 phỳt.

Nhƣ vậy, sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất phõn hủy TNP là đỏng kể. Khi tăng nhiệt độ dung dịch phản ứng cựng với sự tăng tốc độ và hiệu suất phõn hủy TNP theo thời gian bằng tỏc nhõn Fenton, lƣợng TNP cú trong dung dịch cũng giảm đỏng kể.

3.2.3.4. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng Fenton đến hiệu suất phõn hủy TNP TNP

Thời gian thực hiện quỏ trỡnh Fenton cú khả năng sẽ ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất phõn hủy TNP. Để nghiờn cứu sự ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng phõn hủy TNP bằng tỏc nhõn Fenton, chỳng tụi đó tiến hành quỏ trỡnh phõn hủy TNP bằng tỏc nhõn Fenton ở những thời điểm khỏc nhau: 15 phỳt, 30 phỳt, 45 phỳt, 60 phỳt. Dung dịch TNP ở mụi trƣờng pH=3, cỏc nồng độ TNP, Fe(II), H2O2 ban đầu lần lƣợt tƣơng ứng là C0

TNP = 163,0 mg/l, CFe(II) = 1,75.10-4M, CH2O2 = 1,75.10-2M. Các kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày ở Bảng 3.16 d-ới đây.

Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phõn hủy TNP bằng tỏc nhõn Fenton 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 70

Thời gian phõn hủy

H iệ u suấ t ph õn hủ y (% ) T = 30 0C T = 40 0C T = 50 0C

46

Bảng 3.16. Sự biến đổi nồng độ TNP theo thời gian ở mụi trƣờng pH=3

(C0TNP = 163,0mg/l, CH2O2 = 1,75.10-2M, CFe(II) = 1,75.10-4M, pH=3)

Thời gian phõn hủy, t, phỳt Hàm lƣợng TNP bị chuyển húa, mg/l CTNP, mg/l Hiệu suất phõn hủy, H %

0 160,28 0

15 56,14 64,97

30 5,32 96,68

45 0,66 99,60

60 0 100

Kết quả trờn Bảng 3.16. cho thấy lƣợng TNP bị phõn hủy bằng tỏc nhõn Fenton thay đổi tƣơng đối nhanh theo thời gian. Sau 15 phỳt, lƣợng TNP bị phõn hủy 64,97 %. Sau 60 phỳt, lƣợng TNP bị phõn hủy hoàn toàn 100%. Nhƣ vậy, sự phõn hủy TNP bằng tỏc nhõn Fenton phụ thuộc vào thời gian. Thời gian thực hiện quỏ trỡnh Fenton càng dài, sự phõn hủy TNP càng lớn.

3.2.4. Khảo sỏt đặc điểm sự phõn hủy của TNR

3.2.4.1. Ảnh hưởng của tỏc nhõn Fenton đến khả năng phõn hủy TNR

 Ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 đến hiệu suất phõn hủy TNR

Để nghiên cứu ảnh h-ởng của hàm l-ợng H2O2 trong dung dịch đến hiệu suất và tốc độ phân hủy TNR khi dùng hệ Fenton, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm thay đổi l-ợng H2O2 ban đầu. Thí nghiệm đ-ợc tiến hành với l-ợng TNR ban đầu là 884,64mg/l, l-ợng FeSO4.7H2O thêm vào là 3,5x10-4M, l-ợng H2O2 thêm vào thay đổi trong khoảng 1,75x10-3M, 3,5x10-3M, 7,0x10-3M. Kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày trên Bảng 3.17 d-ới đây.

Bảng 3.17. ảnh h-ởng của hàm l-ợng H2O2 đến sự phân hủy TNR (C0 TNR = 884,64( *) mg/l, pH = 3,0, CFe(II) = 3,5x10-4 M) Thời gian phản ứng (t, phút) Hàm l-ợng TNR bị phân hủy, mg/l CH2O2 = 1,75x10-3 M CH2O2 = 3,5x10-3 M CH2O2 = 7,0x10-3 M Ct , mg/l H, % Ct , mg/l H, % Ct , mg/l H, % 0 884,64 0 884,64 0 884,64 0 5 51,16 94,22 19,87 97,75 7,18 99,20 10 28,27 96,80 11,42 98,71 2,64 99,70 15 13,53 98,47 6,61 99,25 0 100 20 2,68 99,69 0,34 99,96

(*) Ghi chỳ: Nếu lấy dung dịch cú TNR ban đầu (212 – 232 mg/l) (tức nằm trong khoảng nồng độ tương đương với cỏc hợp chất NPs khỏc) thỡ chỉ sau 5 phỳt đó đạt hiệu suất phõn hủy H=100%.

47

Kết quả khảo sỏt ảnh hƣởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất phõn hủy TNR đƣợc dẫn trờn Bảng 3.17 cho thấy: khi nồng độ Fe(II) = 3,5x10-4M khụng đổi, sau 5 phỳt phản ứng, ở nồng độ H2O2 = 1,75x10-3M, lƣợng TNR bị phõn hủy 94,22%, ở nồng độ H2O2 = 3,5x10-3M, lƣợng TNR bị phõn hủy 97,75%, cũn ở nồng độ H2O2 = 7,0x10-3M, lƣợngTNR bị phõn hủy đạt hiệu suất rất cao 99,20%. Sau 20 phỳt phản ứng, ở nồng độ H2O2 = 1,75x10-3M,lƣợng TNR bị phõn hủy với hiệu suất 99,69%, ở nồng độ H2O2 = 3,5x10-3M,lƣợng TNR bị phõn hủy đó đạt hiệu suất 99,96%, cũn ở nồng độ H2O2 = 7,0x10-3M, lƣợngTNR đó bị phõn hủy hoàn toàn 100% ngay ở 15 phỳt đầu. Nhƣ vậy, với nồng độ Fe(II) khụng đổi, khi tăng nồng độ H2O2 sẽ cho hiệu suất phõn hủy TNR cũng tăng.

 Ảnh hưởng của hàm lượng Fe+2

đến hiệu suất phõn hủy TNR

Để nghiên cứu ảnh h-ởng của hàm l-ợng Fe+2 cho vào dung dịch đến hiệu suất phân hủy TNR khi dùng hệ Fenton, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm thay đổi l-ợng Fe+2 ban đầu. Thí nghiệm đ-ợc tiến hành với l-ợng TNR ban đầu là 884,64 mg/l, l-ợng H2O2 thêm vào là 3,5.10-3M, còn l-ợng Fe(II) thêm vào thay đổi trong khoảng 1,75.10-4M, 3,5.10-4M, 7,0.10-4M. Kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày trên

Bảng 3.18 d-ới đây.

Bảng 3.18. ảnh h-ởng của hàm l-ợng Fe(II) đến sự phân hủy TNR (C0 TNR = 884,64mg/l (*) , pH = 3,0, CH2O2 = 3,5.10-3 M) Thời gian phản ứng (t, phút) Hàm lƣợng TNR bị chuyển húa, mg/l

CFe(II) = 1,75.10-4M CFe(II) = 3,5.10-4M CFe(II) = 7,0.10-4M Ct , mg/l H, % Ct , mg/l H, % Ct , mg/l H, % 0 884,64 0 884,64 0 884,64 0 5 94,32 89,34 19,87 97,75 14,62 98,35 10 64,41 92,72 11,42 98,71 5,74 99,35 15 33,52 96,21 6,61 99,25 1,45 99,84 20 12,44 98,59 0,34 99,96 0 100

(*) Ghi chỳ: Nếu lấy dung dịch cú TNR ban đầu (212 – 232 mg/l) (tức nằm trong khoảng nồng độ tương đương với cỏc hợp chất NPs khỏc) thỡ chỉ sau 5 phỳt đó đạt hiệu suất phõn hủy H=100%.

48

Kết quả khảo sỏt sự ảnh h-ởng của hàm l-ợng Fe(II) đến hiệu suất phân hủy TNR đ-ợc dẫn trờn Bảng 3.18 cho thấy: ở nồng độ H2O2 khụng đổi, lƣợng Fe(II) tăng dần từ nồng độ 1,75.10-4M đến 7,0.10-4M thỡ hiệu suất phõn hủy TNR cũng tăng theo thời gian. Khi Fe(II) cú nồng độ 1,75x10-4M, hiệu suất phõn hủy TNR đạt 98,56% ở phỳt 20, cũng ở thời gian ấy khi Fe(II) cú nồng độ 3,5x10-4M, hiệu suất phõn hủy TNR đạt 99,96%. Tuy nhiờn, khi Fe(II) cú nồng độ 7,0x10-4M, hiệu suất phõn hủy TNR đạt 100% sau 60 phỳt phản ứng. Nhƣ vậy, lƣợng Fe(II) ảnh hƣởng đỏng kể đến sự phõn hủy TNR trong quỏ trỡnh Fenton.

3.2.4.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phõn hủy TNR

Để nghiên cứu sự ảnh h-ởng của pH đến hiệu suất (H, %) và tốc độ (V, mg/l/phút) phân hủy TNR theo thời gian phản ứng Fenton, chúng tôi đã tiến hành thí nghiệm với điều kiện nghiên cứu đ-ợc trình bày ở mục 2.2.3.1. Lựa chọn pH của các dung dịch TNR làm thí nghiệm đ-ợc thay đổi lần l-ợt là pH = 3, pH = 5, pH = 7. Các kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày ở Bảng 3.19 d-ới đây.

Bảng 3.19. ảnh h-ởng của pH đến khả năng phân hủy TNR (C0TNR = 884,64mg/l, CH2O2 = 3,5.10-3M, CFe(II) = 3,5.10-4M) Thời gian, phỳt Hàm lƣợng TNR bị chuyển húa, mg/l pH =3 pH = 5 pH = 7 CTNR mg/l H, % V, mg/l/ph CTNR mg/l H, % V, mg/l/ph CTNR mg/l H, % V, mg/l/ph 0 884,64 0 0 884,64 0 0 884,64 0 0 5 19,87 97,75 172,95 34,26 96,13 170,08 841,75 4,85 8,6 10 11,42 98,71 87,32 24,56 97,22 86,01 768,20 13,16 11,64 15 6,61 99,25 58,53 11,87 98,66 58,18 796,56 9,96 5,87 20 0,34 99,96 44,21 3,74 99,58 44,05 854,70 3,38 1,50

Từ kết quả đƣợc dẫn trờn Bảng 3.19 ta nhận thấy nhƣ sau:

- Ở mụi trƣờng pH = 3, hiệu suất phõn hủy TNR đạt 99,96% sau 20 phỳt phản ứng, tốc độ phõn hủy của hợp chất đạt 44,21 mg/l/phỳt. Ở mụi trƣờng pH = 5, cũng

49

sau 20 phỳt nhƣng hiệu suất thấp hơn, đạt 99,58% và tốc độ phõn hủy là 44,05 mg/l/phỳt.

- Ở mụi trƣờng pH = 7, hiệu suất và tốc độ phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton rất thấp, chỉ đạt hiệu suất phõn hủy cao nhất là 13,16% sau 10 phỳt, sau đú hiệu suất phõn hủy lại giảm đi.

Nhƣ vậy, giống nhƣ trƣờng hợp xử lý MNP, DNP, TNP, khi khảo sỏt ảnh hƣởng của pH đến hiệu suất xử lý TNR, kết quả đó cho thấy cú tớnh quy luật vỡ phản ứng Fenton thƣờng chỉ xảy ra thuận lợi và hiệu quả cao trong mụi trƣờng axớt yếu (pH 2-4), cao nhất ở pH khoảng 2,8; cũn ở mụi trƣờng pH>5 phản ứng khụng cú hiệu quả. Khi pH >6 hiệu suất phản ứng sụt giảm do sự chuyển húa ion Fe(II) thành hydroxit sắt (III) dạng keo. Hydroxit sắt (III) xỳc tỏc phõn hủy H2O2 thành oxy và nƣớc mà khụng tạo nờn gốc *OH (gốc hydroxyl) (sản phẩm của phản ứng Fenton cú khả năng phõn hủy cỏc hợp chất nitrophenol rất mạnh). Điều này chứng tỏ khi sử dụng tỏc nhõn Fenton để xử lý phõn hủy cỏc hợp chất NPs thỡ mụi trƣờng pH cần đƣợc duy trỡ ở khoảng 3-5.

3.2.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton Fenton

Trong nghiờn cứu về phản ứng Fenton cho thấy sự ảnh hƣởng của nhiệt độ khỏ lớn đến khả năng phõn hủy cỏc hợp chất nitrophenol. Để khảo sỏt, nghiờn cứu sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng phõn hủy TNR trong quỏ trỡnh Fenton theo thời gian, chỳng tụi đó cho nhiệt độ dung dịch TNR ở những mức độ khỏc nhau: 300C, 400C, 500C, ở điều kiện mụi trƣờng pH = 3. Nồng độ TNR ban đầu là 884,64mg/l, CH2O2 = 1,75.10-2M, CFe(II) = 1,75.10-4M. Các kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày ở Bảng 3.20 d-ới đây.

50

Bảng 3.20. Sự biến đổi nồng độ TNR theo nhiệt độ ở mụi trƣờng pH=3

(C0TNR = 884,64mg/l, CH2O2 = 1,75.10-2M, CFe(II) = 1,75.10-4M, pH=3) Thời gian, phỳt Hàm lƣợng TNR bị phõn hủy, mg/l t = 300C T = 400C t = 500C CTNR, mg/l H, % CTNR, mg/l H, % CTNR, mg/l H, % 0 884,64 0 884,64 0 884,64 0 5 19,87 97,75 9,38 98,94 2,71 99,04 10 11,42 98,71 3,66 99,60 0,61 99,66 15 6,61 99,25 0,25 99,97 0 100 20 0,34 99,96 0 100

Kết quả khảo sỏt sự ảnh hƣởng của nhiệt độ đến khả năng phõn hủy TNR đƣợc dẫn trờn Bảng 3.20 cho thấy nhƣ sau:

- Sau 20 phỳt phản ứng Fenton, ở nhiệt độ 300C, hiệu suất phõn hủy TNR đạt 99,96%. Trong khi đú, ở nhiệt độ 400

C, TNR bị phõn hủy hoàn toàn 100%, cũng trong thời gian ấy, cũn ở nhiệt độ 500

C, hiệu suất phõn hủy TNR đó đạt 100%, chỉ sau 15 phỳt phản ứng.

Nhƣ vậy, ảnh hƣởng của nhiệt độ đến hiệu suất phõn hủy TNR là đỏng kể. Khi tăng nhiệt độ dung dịch cựng với đú là tăng tốc độ và hiệu suất phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton.

3.2.4.4. Ảnh hưởng thời gian phản ứng Fenton đến hiệu suất phõn hủy TNR

Thời gian thực hiện quỏ trỡnh Fenton cú khả năng sẽ ảnh hƣởng lớn đến hiệu suất phõn hủy TNR. Để nghiờn cứu sự ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton, chỳng tụi đó tiến hành quỏ trỡnh phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton ở những thời điểm khỏc nhau: 5 phỳt, 10 phỳt, 15 phỳt, 20 phỳt. Dung dịch TNR ở mụi trƣờng pH=3, cỏc nồng độ TNR, Fe(II), H2O2 ban đầu lần lƣợt tƣơng ứng là C0

TNR = 163,0 mg/l, CFe(II) = 1,75.10-4M, CH2O2 = 1,75.10-2M. Các kết quả nghiên cứu đ-ợc trình bày ở Bảng 3.21 d-ới đây.

51

Bảng 3.21. Ảnh hƣởng của thời gian đến sự phõn hủy TNR

(C0TNR = 884,64mg/l, CH2O2 = 1,75.10-2M, CFe(II) = 1,75.10-4M, pH=3, t = 30 0C)

Thời gian phõn hủy, phỳt

Lƣợng TNR bị phõn hủy

CTNR, mg/l Hiệu suất phõn hủy, H %

0 884,64 0

5 19,87 97,75

10 11,42 98,71

15 6,61 99,25

20 0,34 99,96

Kết quả khảo sỏt ảnh hƣởng của thời gian đến sự phõn hủy TNR đƣợc dẫn trờn Bảng 3.21. cho thấy lƣợng TNR bị phõn hủy bằng tỏc nhõn Fenton tƣơng đối nhanh theo thời gian. Sau 5 phỳt, lƣợng TNR đó bị phõn hủy 97,53 %. Sau 20 phỳt, lƣợng TNR bị phõn hủy hoàn toàn 100%. Nhƣ vậy, sự phõn hủy TNR bằng tỏc nhõn Fenton cũng phụ thuộc vào thời gian. Thời gian thực hiện quỏ trỡnh Fenton càng dài, sự phõn hủy TNR càng lớn.

3.2.5. So sỏnh khả năng phõn hủy cỏc hợp chất nitrophenol nhiễm trong nƣớc bằng tỏc nhõn Fenton bằng tỏc nhõn Fenton

Để so sỏnh khả năng phõn hủy cỏc hợp chất nitrophenol nhiễm trong nƣớc bằng tỏc nhõn Fenton, chỳng tụi đó tiến hành thớ nghiệm lấy nồng độ cỏc hợp chất nitrophenol ban đầu: C0

MNP = 179,0 mg/l, C0DNP = 163,03 mg/l, C0TNP = 196,99 mg/l, C0TNR = 177,6 mg/l, CH2O2 = 3,5.10-3M, CFe(II) = 3,5.10-4M, ở mụi trƣờng pH = 3 và pH = 5, nhiệt độ 300

C.

Kết quả khảo sỏt cho thấy nồng độ của tất cả hợp chất nitrophenol khỏc nhƣ MNP, DNP và TNR cũng đều giảm đỏng kể theo thời gian sau khi bổ sung tỏc nhõn Fenton vào dung dịch, đặc biệt là với MNP và TNR. Tuy nhiờn, mức độ suy giảm nồng độ cỏc hợp chất NPs phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ thời gian phản ứng, nồng độ Fe2+

, H2O2, pH, nhiệt độ dung dịch và bản chất cỏc hợp chất NPs. Đó khảo sỏt và xỏc định đƣợc quy luật ảnh hƣởng của cỏc yếu tố trờn tới tốc độ và hiệu suất phõn hủy NPs bằng hệ tỏc nhõn Fenton.

Kết quả khảo sỏt cho thấy hệ tỏc nhõn Fenton thớch hợp cho mục đớch phõn hủy cỏc hợp chất NPs cú nồng độ H2O2 thƣờng lớn hơn khoảng 10 lần so với nồng

52 độ Fe2+, thớ dụ dung dịch 3,5.10-4

M Fe2++ 3,5.10-3M H2O2. Mức độ suy giảm nồng độ cỏc hợp chất NPs phụ thuộc vào bản chất (cấu tạo) của cỏc hợp chất NPs (số lƣợng nhúm NO2 , -OH cú trong phõn tử, sự cú mặt của cỏc nhúm thế khỏc,…). Số lƣợng nhúm NO2 càng lớn thỡ tốc độ và hiệu suất phõn hủy càng nhỏ. Thớ dụ, trong mụi trƣờng pH = 3, đối với MNP (Bảng 3.22) hiệu suất phõn hủy đạt mức 100% sau 15 phỳt phản ứng; với 2,4,6-TNP: sau 45 phỳt (Bảng 3.22). Riờng với DNP để đạt đƣợc hiệu suất phõn hủy tƣơng tự thỡ phải cần đến thời gian là 60 phỳt (Bảng 3.22).

Sự tăng hiệu suất phõn hủy TNR so với MNP, DNP và TNP cú thể liờn hệ với ảnh hƣởng của sự cú mặt nhúm OH- nhúm hoạt húa thứ 2, trong phõn tử TNR đó làm tăng khả năng phõn hủy nú bằng tỏc nhõn Fenton. Kết quả khảo sỏt cho thõý mụi trƣờng cú pH=3 là thớch hợp nhất cho phản ứng phõn hủy NPs bằng tỏc nhõn Fenton. Khi tăng pH đến pH= 5, hiệu suất phõn hủy NPs cú giảm nhƣng quy luật biến đổi đối với cả 4 hợp chất đó khảo sỏt vẫn giống nhƣ trong mụi trƣờng pH=3 (Bảng 3.22). Khi tăng nhiệt độ dung dịch từ 20 lờn 50OC đó phỏt hiện đƣợc sự tăng đỏng kể hiệu suất và tốc độ phõn hủy NPs. Tuy nhiờn phản ứng Fenton chỉ cú ý nghĩa thực tiễn khi thực hiện trong dung dịch cú nhiệt độ nằm trong khoảng 25-35 O

C (nhiệt độ mụi trƣờng nƣớc tự nhiờn).

Bảng 3.22. Sự biến đổi hiệu suất phõn hủy (H,%), tốc độ trung bỡnh phõn hủy (VTB, mg/l/phỳt) của NPs bằng tỏc nhõn Fenton trong dung dịch cú pH=3 theo thời gian phản ứng. Thời gian, phỳt MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phỳt H, % V, mg/l/phỳt H, % V, mg/l/phỳt H, % V, mg/l/phỳt 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 100 11,93 95,1 10,3 95,7 6,70 100 11,84 30 98,9 5,4 99,7 6,53 45 99,4 3,6 100 4,37 60 100 3,6

Từ kết quả đƣợc dẫn trờn Bảng 3.22 ta nhận thấy tốc độ trung bỡnh phõn hủy cỏc hợp chất NPs cú trong dung dịch (pH=3 ) bằng tỏc nhõn Fenton (tớnh tại thời điểm sau 15 phỳt phản ứng) tăng dần theo dóy:

TNP (6,70 mg/l/phỳt) < DNP (10,3 mg/l/phỳt) < TNR (11,84 mg/l/phỳt) < MNP (11,93 mg/l/phỳt)

53

Bảng 3.23. Sự biến đổi hiệu suất phõn hủy (H,%), tốc độ trung bỡnh phõn hủy (VTB, mg/l/phỳt) của NPs bằng tỏc nhõn Fenton trong dung dịch cú pH=6.

Thời gian, phỳt MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phỳt H, % V, mg/l/phỳt H, % V, mg/l/phỳt H, % V mg/l/phỳt 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 39,4 0,40 3,1 0,3 4,40 0,57 3,0 0,46