Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC DIỆT CỎ GLYPHOSATE TRONG NƢỚC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON ĐIỆN HOÁ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––

ĐOÀN TUẤN LINH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC DIỆT CỎ
GLYPHOSATE TRONG NƢỚC
BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON ĐIỆN HOÁ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
–––––––––––––––––

ĐOÀN TUẤN LINH


TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ THUỐC DIỆT CỎ GLYPHOSATE
TRONG NƢỚC BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON ĐIỆN HOÁ
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Thị Hà
TS. Lê Thanh Sơn

Hà Nội - Năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn ―Nghiên cứu xử lý thuốc diệt cỏ Glyphosate trong
nước bằng phương pháp Fenton điện hoá‖ là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn
của PGS.TS. Nguyễn Thị Hà, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - ĐHQGHN và
TS. Lê Thanh Sơn, Viện Công nghệ Môi trƣờng – Viện hàn lâm KHCN Viêt Nam.
Các thông tin cũng nhƣ số liệu thu thập khác đều đƣợc trích dẫn đầy đủ. Đây là
công trình nghiên cứu của riêng tôi, không trùng lặp với các công trình nghiên cứu
của các tác giả khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những nội dung mà tôi đã trình bày
trong Luận văn này.
Hà Nội, ngày tháng
Học viên

Đoàn Tuấn Linh

năm 2015


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo trường đại
học Khoa học Tự nhiên Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong thời
gian học tại trường (2013 – 2015).
Để hoàn thành luận văn này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.
TS. Nguyễn Thị Hà và TS. Lê Thanh Sơn đã giúp đỡ và chỉ bảo tận tình trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin được bày tỏ lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện Công nghệ môi

trường - Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam và lãnh đạo phòng Công nghệ Hoá lý môi
trường đã tiếp nhận và tạo điều kiện cho tôi thực tập tại đơn vị.
Tôi xin chân thành cám ơn nhóm thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý nước ô
nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật bằng quá trình oxy hóa điện hóa kết hợp với thiết bị
phản ứng sinh học - màng MBR” và toàn thể các đồng nghiệp đã tạo điều kiện và
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn tới người thân, bạn bè và gia đình
đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học.

Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Học viên

Đoàn Tuấn Linh


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .......................................................................................3
1.1.Thuốc diệt cỏ Glyphosate......................................................................................3
1.1.1.Khái quát về hoá chất bảo vệ thực vật ...............................................................3
1.1.2. Cấu tạo và tính chất hoá lý ................................................................................3
1.1.3. Tình hình sử dụng .............................................................................................5
1.1.4. Ảnh hƣởng của thuốc diệt cỏ Glyphosate đến môi trƣờng và sức khoẻ con
ngƣời ...........................................................................................................................5
1.1.5. Các phƣơng pháp xử lý Glyphosate ..................................................................7
1.2. Phƣơng pháp Fenton điện hoá ..............................................................................8
1.2.1. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc ô nhiễm hoá chất bảo vệ thực vật .................8
1.2.2. Đặc điểm của quá trình fenton điện hoá .........................................................15
1.2.3. Ƣu nhƣợc điểm của quá trình fenton điện hoá ................................................16
1.2.4. Một số nghiên cứu áp dụng fenton điện hoá để xử lý nƣớc thải .....................17
CHƢƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...........................19
2.1. Hoá chất và dụng cụ thí nghiệm.........................................................................19
2.2. Hệ thí nghiệm Fenton điện hoá ..........................................................................19
2.2.1. Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm ............................................................................19
2.2.2. Điện cực .........................................................................................................20
2.2.3. Nguồn một chiều .............................................................................................21
2.2.4. Các nội dung nghiên cứu.................................................................................22
2.3. Các phƣơng pháp phân tích ................................................................................23
2.3.1. Phân tích TOC .................................................................................................23
2.3.2. Phân tích hàm lƣợng Glyphosate bằng phƣơng pháp đo quang .....................24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................27
3.1. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton điện hoá ........27
3.1.1. Ảnh hƣởng của pH dung dịch .........................................................................27
3.1.2. Ảnh hƣởng của nồng độ chất xúc tác ..............................................................30
3.1.3. Ảnh hƣởng của cƣờng độ dòng điện ...............................................................32
3.1.4. Ảnh hƣởng của nồng độ Glyphosate ban đầu .................................................36


3.2. Đánh giá khả năng phân hủy Glyphosate bằng quá trình Fenton điện hoá........38
KẾT LUẬN ...............................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................43


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AOP

Advance Oxidation Process

BVTV

Bảo vệ thực vật

POPs

Persistant Organic Pollutants

PTPƢ

Phƣơng trình phản ứng

SXNN

Sản xuất nông nghiệp

TOC

Total organic carbon

WHO

World Health Organization


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Các quá trình oxy hoá tiên tiến không nhờ tác nhân ánh sáng ...................12
Bảng 2. Các quá trình oxy hoá tiên tiến nhờ tác nhân ánh sáng ..............................12
Bảng 3. Kết quả đo mật độ quang cho các dung chuẩn có nồng độ khác nhau .......25
Bảng 4. Giá trị TOC (mg/l) của dung dịch Glyphosate trong thực hiện quá trình
fenton điện hóa ở các điều kiện pH khác nhau (C0 = 10-4 mol/L, [Fe2+]= 10-4 mol/L,
I = 0,5 A, V = 0,2 L). .................................................................................................27
Bảng 5. Giá trị TOC (mg/l) của dung dịch Glyphosate trong quá trình fenton điện
hóa với các nồng độ chất xúc tác Fe2+ khác nhau(C0 = 10-4 mol/L, pH= 3, I = 0,5
A, V = 0,2 L) ..............................................................................................................30
Bảng 6. Giá trị TOC (mg/l) của dung dịch Glyphosate trong quá trình fenton điện
hóa ở các mức dòng điện khác nhau (pH=3, [Fe2+]=10-4mol/L, C0=10-4mol/L) ....33
Bảng 7. Giá trị TOC (mg/l) của dung dịch Glyphosate có nồng độ đầu khác nhau,
pH= 3 tại các thời điểm trước và sau khi thực hiện quá trình fenton điện hóa, I =
0,5A, [Fe2+] = 10-4 mol/L. .........................................................................................36
Bảng 8. Kết quả đo quang của thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý Glyphosate
trong nước của phương pháp Fenton điện hoá.........................................................39


DANH MỤC HÌNH
Hình 1. Một số hình ảnh về thuốc bảo vệ thực vật Glyphosate ..................................4
Hình 2. Các quá trình chính tạo ra gốc OH● trong AOP .........................................11
Hình 3. Sơ đồ cơ chế tạo ra gốc OH● trong quá trình Fenton điện hóa [86 ...........16
Hình 4. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm fenton điện hóa ..................................................20
Hình 5. Điện cực vải Cacbon ....................................................................................21
Hình 6. Điện cực lưới Platin .....................................................................................21
Hình 7. Nguồn một chiều (Programmable PFC D.C.Supply 40V/30A, VSP 4030, BK
Precision) ..................................................................................................................21
Hình 8. Hệ thống phân tích TOC ..............................................................................24
Hình 9. Đường chuẩn của phương pháp phân tích nồng độ glyphosate bằng đo
quang. ........................................................................................................................26
Hình 10. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến giá trị TOC của dung dịch Glyphosate
trong quá trình fenton điện hóa(C0 = 10-4 mol/L, [Fe2+]= 10-4 mol/L, I = 0,5 A, V =
0,2 L). ........................................................................................................................28
Hình 11. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình xử lý dung dịch Glyphosate
bằng Fenton điện hóa, (C0 = 10-4 mol/L, I = 0,5 A, [Fe2+] = 0,1 mM, V = 0,2 L).
...................................................................................................................................29
Hình 12. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến hàm lượng TOC trong quá trình xử lý
dung dịch Glyphosate bằng Fenton điện hóa(C0 = 10-4 mol/L, pH= 3, I = 0,5 A, V =
0,2 L) .........................................................................................................................31
Hình 13. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ đến quá trình xử lý dung dịch Glyphosate
bằng Fenton điện hóa, (C0 = 10-4 mol/L, V = 0,2 L, I = 0,5 A, pH =3) ...................31
Hình 14. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến giá trị TOC của dung dịch
Glyphosate trong quá trình fenton điện hóa (C0 = 10-4 mol/L, pH = 3 Fe2+ = 10-4
mol/L, V = 0,2 L). ......................................................................................................33
Hình 15. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến quá trình xử lý dung dịch
Glyphosate bằng Fenton điện hóa (C0 = 10-4 mol/L, V = 0,2 L, [Fe2+]= 0,1 mM, pH
= 3) ............................................................................................................................34
Hình 16. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến quá trình xử lý dung dịch
Glyphosate bằng Fenton điện hóa, (C0 = 10-4 mol/L, V = 0,2 L, [Fe2+]= 0,1 mM,
pH = 3, t = 15 phút). .................................................................................................35
Hình 17. Điện cực vải cacbon bị hỏng ......................................................................36


Hình 18. Ảnh hưởng của nồng độ Glyphosate ban đầu đến hiệu quả khoáng hóa của
quá trình fenton điện hóa ([Fe2+] = 10-4 mol/L, I = 0,5A, V = 0,2 L, pH=3). .........37
Hình 19. Hiệu quả khoáng hóa biến thiên theo nồng độ ban đầu của
Glyphosate([Fe2+] = 10-4mol/L, I = 0,5 A; V = 0,2 L, pH = 3). ..............................37
Hình 20. Nồng độ Glyphosate còn lại trong dung dịch khi xử lý bằng quá trình
Fenton điện hoá, I = 0,5A, pH = 3, [Fe2+]= 0,1 mM, dung dịch Glyphosate C0 =
33,8 mg/L...................................................................................................................40


MỞ ĐẦU
Sản xuất nông nghiệp là một trong những hoạt động kinh tế lớn và quan trọng
nhất trên thế giới, đặc biệt là ở các nƣớc có thu nhập thấp và trung bình, nơi mà
nông nghiệp đóng góp đáng kể vào tăng trƣờng GDP. Tuy nhiên, một yếu tố quan
trọng trong SXNN đồng thời cũng là vấn đề nhức nhối trong nhiều năm qua là việc
sử dụng các hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) giúp bảo vệ mùa màng lại ảnh hƣởng
đến môi trƣờng và con ngƣời. Chúng có thể ảnh hƣởng trực tiếp đến ngƣời lao động
nông nghiệp (ƣớc tính khoảng hơn 2,2 triệu ngƣời trên toàn cầu) hoặc gián tiếp cho
những ngƣời không trực tiếp làm việc trong nông nghiệp nhƣng sử dụng hoặc tiếp
xúc với nguồn nƣớc ô nhiễm bởi vì một lƣợng lớn hóa chất này đi vào suối, hồ, đại
dƣơng và các nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt do mƣa lũ hoặc tƣới tiêu. Các chất
BVTV có thể tác động lên cơ thể ngƣời bị nhiễm độc ở nhiều mức độ nhƣ là
suy giảm sức khỏe, gây rối loạn hoạt động ở hệ thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, bài
tiết, hô hấp, hệ tiết niệu, nội tiết và tuyến giáp hoặc gây các tổn thƣơng bệnh lý ở
các cơ quan từ mức độ nhẹ đến nặng thậm chí tàn phế hoặc tử vong [24]. Nguy
hiểm hơn, hầu hết các hóa chất BVTV lại là những hợp chất hữu cơ rất bền, khó bị
phân hủy hóa học và sinh học, tồn tại dai dẳng trong môi trƣờng.
Nƣớc ta là một nƣớc nông nghiệp với diện tích trồng lúa, hoa màu rất lớn, đồng
nghĩa với việc phải sử dụng thƣờng xuyên các loại hóa chất BVTV, các loại thuốc
kích thích tăng trƣởng. Rất nhiều hóa chất trong số này là chất ô nhiễm tồn lƣu có
thời gian phân hủy rất dài, cực kỳ nguy hại đối với sức khỏe con ngƣời và môi
trƣờng. Các kho lƣu trữ đã xuống cấp nghiêm trọng, hệ thống thoát nƣớc tại các kho
chứa hầu nhƣ không có nên khi mƣa lớn tạo thành dòng mặt rửa trôi hóa chất
BVTV tồn đọng, gây ô nhiễm nƣớc ngầm, nƣớc mặt và ô nhiễm đất diện rộng, gây
ảnh hƣởng trực tiếp tới sức khỏe và cuộc sống ngƣời dân.
Vì vậy, việc xử lý dƣ lƣợng hóa chất BVTV nói chung và xử lý các điểm có
nguồn nƣớc ô nhiễm hóa chất BVTV nói riêng ở nƣớc ta là rất cấp thiết. Các
phƣơng pháp phổ biến hiện nay để xử lý nƣớc ô nhiễm loại này là: hấp phụ, phản
ứng Fenton, ozon, peroxon, xúc tác quang hóa và phƣơng pháp màng lọc. Trong đó

1


phƣơng pháp hấp phụ và lọc màng không xử lý triệt để các chất ô nhiễm, các
phƣơng pháp khác có hiệu suất xử lý khá cao nhƣng không ổn định và chi phí hóa
chất, chi phí xử lý cao.
Fenton điện hóa là phƣơng pháp oxy hóa tiên tiến rất có tiềm năng trong việc xử
lý nƣớc ô nhiễm các hóa chất BVTV bởi khả năng phân hủy, bẻ gãy mạch cacbon
các chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất hữu cơ đơn giản dễ bị phân hủy sinh
học, ít tiêu tốn hóa chất, sử dụng vật liệu điện cực rẻ tiền, và có thể xử lý nƣớc ô
nhiễm với nồng độ ban đầu lớn. Do đó, đề tài đã lựa chọn nghiên cứu phƣơng án sử
dụng quá trình oxy hóa điện hóa – Fenton điện hoá để xử lý nƣớc ô nhiễm hóa chất
BVTV, cụ thể là Glyphosate, một trong những thuốc diệt cỏ đƣợc sử dụng phổ biến
và có mặt trong hầu hết các nguồn nƣớc bị ô nhiễm ở nƣớc ta. Việc lựa chọn công
nghệ này hứa hẹn sẽ mang đến một giải pháp xử lý hiệu quả và kinh tế các điểm có
nguồn nƣớc bị ô nhiễm hóa chất BVTV trầm trọng nhƣ xung quanh các cơ sở sản
xuất hay kho chứa hóa chất BVTV.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Thuốc diệt cỏ Glyphosate

1.1.1. Khái quát về hoá chất bảo vệ thực vật
Theo tổ chức Nông lƣơng thế giới, hóa chất bảo vệ thực vật là những chất
đƣợc chiết xuất từ cây cối hoặc đƣợc tổng hợp dùng để phòng, phá hủy hay diệt bất
kỳ một vật hại nào, kể cả vector truyền bệnh của ngƣời hay gia súc, những loại cây
cỏ dại hoặc các động vật gây hại trong hoặc can thiệp trong quá trình sản xuất, lƣu
kho, vận chuyển hoặc tiếp thị thực phẩm, lƣơng thực, gỗ và sản phẩm, thức ăn gia
súc [3].
Có nhiều cách để phân loại thuốc BVTV, có thể kể tới một số cách phân loại
điển hình sau:
- Phân loại theo nguồn gốc sản xuất và cấu trúc hoá học: hữu cơ, vô cơ…
- Phân loại theo mục đích sử dụng;
- Phân loại theo mức độ độc tính;
- Phân loại theo thời gian phân huỷ sinh học;
- Phân loại theo dạng tồn tại.
- Thuốc BVTV còn dính trên bao bì, chai lọ sau khi sử dụng
Ảnh hƣởng của thuốc bảo vệ thực vật đến môi trƣờng và sức khoẻ con ngƣời
- Gây ô nhiễm đất
- Tác động đến hệ động thực vật
- Tác động đến sức khỏe con ngƣời
1.1.2. Cấu tạo và tính chất hoá lý
- Cấu trúc phân tử Glyphosate:

- Đóng gói:

3


Hình 1. Một số hình ảnh về thuốc bảo vệ thực vật Glyphosate
Glyphosate (công thức hóa học C3H8NO5P) là hóa chất BVTV thuộc nhóm cơ
phốt pho, đƣợc sử dụng làm thuốc diệt cỏ hậu nảy mầm (diệt cỏ sau khi đã mọc) do
có khả năng ngăn cản enzym EPSPS, loại enzym tham gia vào quá trình sinh tổng
hợp axit amin thơm, các vitamin, protein, và nhiều quá trình trao đổi thứ cấp của
cây trồng. Glyphosate bền trong đất và nƣớc, với thời gian bán phân hủy là hơn 1
tháng.
* Ƣu điểm :
- Glyphosate là thuốc trừ cỏ có phổ tác động rộng, diệt trừ đƣợc hầu hết các
lọai cỏ đa niên và cỏ hàng niên. Đặc biệt thuốc có hiệu quả cao và kéo dài đối với
một số lọai cỏ khó trừ nhƣ cỏ tranh, cỏ mắc cỡ, lau sậy, cỏ ống.
- Glyphosate có tác động lƣu dẫn, có thể xâm nhập vào bên trong thân qua bộ
lá và các phần xanh của cây cỏ rồi di chuyển đến tất cả các bộ phận của cây (kể cả
rễ và thân ngầm) nên diệt cỏ rất triệt để và hữu hiệu trong việc ngăn cản cỏ mọc trở
lại.
- Glyphosate thuộc nhóm độc III, độ độc với ngƣời sử dụng thấp hơn so với
các loại thuốc trừ cỏ hoạt chất Gramaxone (nhóm độc II), LD50 = 4.900 mg/kg
* Nhƣợc điểm :
- Thuốc có tác dụng diệt cỏ chậm, cỏ hàng niên sau phun thuốc 4-5 ngày và cỏ
đa niên sau phun 7-10 ngày cỏ mới chết.

4


- Glyphosate là thuốc trừ cỏ không chọn lọc, ngoài tác dụng diệt đƣợc rất
nhiều lọai cỏ, nếu thuốc bám đƣợc vào lá hoặc những bộ phận xanh của cây trồng
thì thuốc diệt cả cây trồng.
1.1.3. Tình hình sử dụng
Tính chất diệt cỏ của Glyphosate đã đƣợc Monsanto phát hiện và đƣợc cấp
bằng sáng chế vào những năm 70. Glyphosate không có tính chọn lọc, diệt đƣợc rất
nhiều loại cỏ, do đó nó là loại thuốc BVTV đƣợc sử dụng phổ biến nhất trên thế
giới, nhất là ở Châu

u, Mỹ và

rgentina. Năm 2011, 650.000 tấn Glyphosate đã

đƣợc sử dụng trên toàn thế giới [11]. Ở nƣớc ta, những năm gần đây, Glyphosate
cũng đƣợc bà con nông dân sử dụng rộng rãi để bảo vệ cây trồng khỏi sâu bệnh.
Đây là một nhóm thuốc trừ cỏ lớn, trong danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng
tại Việt Nam hiện đã có 94 công ty đăng ký 126 loại thuốc thƣơng phẩm đơn chất
Glyphosate, 7 công ty đăng ký 7 thuốc thƣơng phẩm dạng hỗn hợp của Glyphosate
với các hoạt chất khác nhƣ 2.4D, Paraquat.., 01 công ty đăng ký 01 thuốc thƣơng
phẩm hoạt chất Glyphosate ammonium. Một số sản phẩm hoạt chất Glyphosate
đƣợc sử dụng phổ biến tại Lâm Đồng gồm Glyphosan 480 SL; Kanup 480SL;
Roundup 480 SC, BM - Glyphosate 41 SL, Confore 480SL…
1.1.4. Ảnh hƣởng của thuốc diệt cỏ Glyphosate đến môi trƣờng và sức khoẻ con
ngƣời
Theo các chuyên gia ngành y tế, bất kể hàm lƣợng bao nhiêu thì chất BVTV
Glyphosate đều gây hại đến sức khỏe, nếu tiếp xúc với liều lƣợng vƣợt quá ngƣỡng
cho phép có thể gây tử vong [42 . Theo các kết quả thí nghiệm trên động vật cho
thấy khi Glyphosate đƣợc đƣa vào cơ thể thì 15 đến 30

lƣợng Glyphosate bị hấp

thụ ngay lập tức bởi cơ thể [61 và sau 1 tuần vẫn còn đến 1

[15 . Nó có thể đƣợc

tìm thấy trong máu và các mô [7 đặc biệt các kết quả thí nghiệm cho thấy nó có thể
đi qua nhau thai trong suốt thai kỳ [46 . Trong quá trình tồn tại, Glyphosate có thể
chuyển hóa thành axit aminomethyl phosphonic ( MP ) là chất độc hại với con
ngƣời hơn Glyphosate nhiều lần [39 . Các nghiên cứu đã chứng minh rằng
Glyphosate độc hại với tế bào ngƣời, bao gồm cả các tế bào của phôi thai và nhau

5


thai. Glyphosate có thể phá vỡ hệ thống nội tiết và gây ra những ảnh hƣởng xấu
trong một số giai đoạn phát triển, chẳng hạn nhƣ mang thai. Ở Nam Mỹ, nơi trồng
nhiều đậu nành và sử dụng rất nhiều thuốc diệt cỏ chứa Glyphosate, thì số lƣợng dị
tật bẩm sinh cao hơn mức bình thƣờng. Một nghiên cứu ở Paraguay cho thấy những
phụ nữ sống trong bán kính 1 km cách cánh đồng phun thuốc diệt cỏ chứa
Glyphosate có nguy cơ có con bị biến dạng cao gấp hơn 2 lần mức bình thƣờng
[12 . Ở Colombia và Ecuado, nơi thuốc diệt cỏ Glyphosate đƣợc sử dụng để kiểm
soát việc trồng cocain, ngƣời ta quan sát thấy tỷ lệ biến đổi gen và sẩy thai cao của
phụ nữ trong mùa phun thuốc diệt cỏ [31,14 . Chaco, một khu vực trồng nhiều đậu
nành ở

rgentina, tỷ lệ ung thƣ tăng 4 lần trong mƣời năm qua [52 . Ở Việt Nam,

tháng 4 năm 2012, Viện Paster Nha Trang công bố kết quả hai mẫu đất và nƣớc có
chứa Glyphosate với nồng độ cao hơn mức cho phép khiến 4 ngƣời tử vong và hơn
50 ngƣời dân ở thôn Làng Riềng xã Sơn Kỳ Quảng Ngãi bị mờ mắt, tê chân tay.
Ngoài những tác động nguy hại lên sức khỏe con ngƣời, khi hàm lƣợng
Glyphosate cao hơn mức cho phép cũng gây tác động xấu đến môi trƣờng và sinh
thái xung quanh nhƣ ảnh hƣởng đến sự sống của một số động vật hoang dã, làm
giảm đa dạng sinh học đất nông nghiệp và phá hủy các kho thức ăn cho các loài
chim và côn trùng [25,60 . Nƣớc ô nhiễm Glyphosate đe dọa đời sống thủy sinh, có
thể độc hại đối với ếch, nhái [48,49 . Tế bào gan của cá chép bị tổn thƣơng nặng khi
tiếp xúc với thuốc diệt cỏ Glyphosate [57].
Với những ảnh hƣởng của Glyphosate đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng
nhƣ nhƣ vậy, nhiều nƣớc và tổ chức thế giới đã đƣa ra các tiêu chuẩn rất khắt khe
cho phép nồng độ tối đa của Glyphosate trong nƣớc sinh hoạt, cụ thể: tiêu chuẩn
của Canada là 0,28 mg L, của
Châu

ustralia là 10 g L, của Pháp và khối liên minh

u (EU) đều là 0,1 g L... Ở nƣớc ta tuy chƣa có tiêu chuẩn quốc gia giới

hạn nồng độ Glyphosate trong nƣớc sinh hoạt, nhƣng theo quy chuẩn môi trƣờng
QCVN 40:2011/BTNMT của bộ Tài nguyên và môi trƣờng, giới hạn nồng độ các
chất BVTV dạng cơ phốt pho trong nƣớc là 0,3 mg L cũng đã phần nào đánh giá
đƣợc mức độ nguy hiểm của dạng thuốc BVTV này.

6


Tuy Glyphosate thuộc nhóm thuốc BVTV có độc tính trung bình nhƣng do có
độ tan trong nƣớc rất lớn so với các loại hóa chất BVTV khác (12 g L ở 25 C trong
nƣớc ngọt), gấp nhiều lần so với nồng độ giới hạn cho phép nên mức độ nguy hiểm
của nƣớc ô nhiễm Glyphosate là rất đáng lo ngại, đặc biệt là ở những điểm ô nhiễm
xung quanh các nền kho cũ và việc kiểm soát, hạn chế sự ô nhiễm Glyphosate là rất
khó khăn. Vì vậy, trong đề tài này chúng tôi lựa chọn thử nghiệm xử lý thuốc diệt
cỏ Glyphosate trong nƣớc. Ngoài ra, trên thực tế hàm lƣợng của từng hóa chất
BVTV riêng rẽ trong nƣớc thƣờng thấp, nhƣng trong nƣớc ô nhiễm thƣờng chứa
một hỗn hợp gồm rất nhiều các chất BVTV khác nhau, nên tổng nồng độ các chất
BVTV trong nƣớc ô nhiễm lại cao, do đó việc lựa chọn Glyphosate có độ tan lớn để
thử nghiệm trong đề tài này sẽ giúp chúng tôi đánh giá khả năng áp dụng các công
nghệ đƣợc lựa chọn để xử lý nƣớc ô nhiễm bởi hỗn hợp nhiều chất BVTV với tổng
nồng độ lên đến vài g L.
1.1.5. Các phƣơng pháp xử lý Glyphosate
Cho đến nay, trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu xử lý
Glyphosate trong nƣớc, tiêu biểu nhƣ:
Balci và cộng sự (2009) [10] đã nghiên cứu khử nƣớc nhiễm Glyphosate bằng
phƣơng pháp Fenton điện hóa với xúc tác là Mn2+. Trong nghiên cứu này, Balci và
cộng sự đã sử dụng điện cực catot là carbon và điện cực anot Pt. Kết quả nghiên cứu
chỉ ra rằng, dƣới tác dụng của các gốc OH● trong quá trình Fenton điện hóa cộng
với xúc tác Mn2+, hợp chất Glyphosate bị cắt mạch hoàn toàn.
Năm 2012, Rongwu và cộng sự [51 đã nghiên cứu tiền xử lý nƣớc thải chứa
glyphosate và ứng dụng kĩ thuật của nó bằng cách so sánh 3 quá trình oxy hóa nâng
cao: tuyển nổi điện hóa, Fenton và Fenton điện hóa. Kết quả cho thấy, chỉ có tiền xử
lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp Fenton có thể đáp ứng đƣợc tiêu chuẩn.
Neto và

ndrade [8 nghiên cứu ảnh hƣởng của: pH, nồng độ và dung dịch

điện phân trong quá trình oxy hóa điện hóa thuốc diệt cỏ glyphosate. Nghiên cứu
đƣợc tiến hành với điện cực anot là RuO2 và IrO2. Các hợp chất oxy hóa có ảnh
hƣởng rất lớn trong quá trình xử lý thuốc diệt cỏ glyphosate và dung dịch điện phân
Ti/Ir0.30Sn0.70O2 là hiệu quả nhất trong quá trình oxy hóa glyphosate. Trong điều

7


kiện pH thấp và môi trƣờng có clo, mật độ dòng 30 m .cm-2, sau 4 giờ điện phân,
thuốc diệt cỏ Glyphosate bị loại bỏ gần nhƣ hoàn toàn.
1.2. Phƣơng pháp Fenton điện hoá
1.2.1. Một số phƣơng pháp xử lý nƣớc ô nhiễm hoá chất bảo vệ thực vật
1.1.4.1. Phương pháp màng lọc
Dƣ lƣợng hoá chất BVTV trong môi trƣờng thƣờng là dạng ít tan trong nƣớc và
có kích thƣớc rất nhỏ. Do vậy để loại bỏ dƣ lƣợng hoá chất BVTV trong môi trƣờng
bằng phƣơng pháp màng lọc, ngƣời ta thƣờng sử dụng các loại màng có kích thƣớc lỗ
rất nhỏ. Cho đến nay, có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp màng lọc
để xử lý hoá chất BVTV, có thể kể ra một số công trình tiêu biểu nhƣ:
Plakas và cộng sự (2012) [64 đã nghiên cứu loại bỏ thuốc trừ sâu ra khỏi
nƣớc bằng phƣơng pháp lọc nano (Nanofiltration) và thẩm thấu ngƣợc (Reverse
Osmosis - RO). Nghiên cứu ngoài việc chỉ ra khả năng loại bỏ thuốc trừ sâu bằng
phƣơng pháp màng còn đƣa ra các yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng loại bỏ thuốc trừ
sâu của phƣơng pháp: vật liệu cấu tạo của màng, kích thƣớc lỗ màng, khả năng khử
muối của màng…
Mehta và cộng sự (2015) [36 đã nghiên cứu sử dụng màng RO để loại bỏ 2
loại thuốc trừ sâu thuộc họ phenyl là diuron và isoproturon. Kết quả nghiên cứu cho
thấy rằng có tới hơn 95

thuốc trừ sâu bị loại bỏ ra khỏi nƣớc thải nông nghiệp.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các axit hữu cơ có trong nƣớc không có ảnh hƣởng
nhiều tới việc loại bỏ hai loại thuốc trừ sâu.
Košutić và cộng sự (2005) [28 đã nghiên cứu loại bỏ asen và thuốc trừ sâu ra
khỏi nƣớc uống bằng cách sử dụng màng lọc nano (nanofiltration membranes).
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng loại bỏ thuốc trừ sâu và anion asen ra khỏi nƣớc
của màng lọc nano là tƣơng đối cao ngoài ra tác giả còn tiến hành so sánh hiệu quả
của màng lọc nano với màng thẩm thấu ngƣợc, kết quả cho thấy rằng việc sử dụng
màng lọc nano giúp giảm đƣợc năng lƣơng tiêu thụ và chi phí năng lƣợng so với khi
sử dụng màng lọc thẩm thấu ngƣợc (RO).

8


Tuy nhiên, phƣơng pháp màng lọc chỉ là giải pháp phân tách và cô lập các hóa
chất BVTV chứ chƣa xử lý triệt để, sau đó vẫn phải áp dụng các công nghệ khác để
phân hủy thành các sản phẩm không gây hại.
1.1.4.2. Phương pháp hấp phụ
Khi sử dụng phƣơng pháp hấp phụ để xử lý hoá chất BVTV, xu hƣớng của các
nhà nghiên cứu thƣờng là tận dụng các nguồn vật liệu giá rể để làm chất hấp phụ.
Một số công trình xử lý hoá chất BVTV bằng phƣơng pháp hấp phụ tiêu biểu nhƣ:
Rojas và cộng sự (2015) [50 đã nghiên cứu sử dụng các vật liệu giá rẻ để loại
bỏ thuốc trừ sâu ra khỏi nƣớc bằng phƣơng pháp hấp phụ. Các vật liệu đƣợc nghiên
cứu nhƣ: vỏ hạt hƣớng dƣơng, vỏ trấu, bùn compose và đất nông nghiệp. Kết quả
của nghiên cứu đã chỉ ra rằng vỏ trấu có khả năng hấp phụ tốt nhất để loại bỏ thuốc
trừ sâu ra khỏi nƣớc.
Areerachakul và cộng sự (2007) [9 đã nghiên cứu hệ thống kết hợp giữa hấp phụ
bằng than hoạt tính với xúc tác quang để loại bỏ thuốc diệt cỏ ra khỏi nƣớc. Khi sử
dụng hệ thống kết hợp than hoạt tính hoạt động hấp phụ 2 lần: 1 lần hấp phụ trực tiếp, 1
lần hấp phụ sau khi thuốc diệt cỏ bị xử lý qua quá trình xúc tác quang. Hiệu quả của
quá trình kết hợp cho thấy loại bỏ đƣợc trên 90

sau khi chạy hệ sau 10 phút.

Moussavi và cộng sự (2013) [37 đã nghiên cứu loại bỏ thuốc trừ sâu diazinon
ra khỏi nƣớc ô nhiễm bằng cách sử dụng phƣơng pháp hấp phụ bằng than hoạt tính
có chứa NH4Cl. Kết quả chỉ ra rằng tối đa có 97,5

diazinon 20 mg L bị hấp phụ

lên than hoạt tính có chứa NH4Cl.
Cũng giống nhƣ phƣơng pháp màng lọc, phƣơng pháp hấp phụ chỉ là giải pháp
phân tách và cô lập các hóa chất BVTV chứ chƣa xử lý triệt để, sau đó vẫn phải áp
dụng các công nghệ khác để phân hủy thành các sản phẩm không gây hại. Ngoài ra,
dung lƣợng hấp phụ của các vật liệu cũng là một điểm hạn chế của phƣơng pháp này.
1.1.4.3. Phương pháp sinh học
Xử lý hoá chất BVTV bằng phƣơng pháp sinh học là quá trình sử dụng các
loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ bền ở trong thành phần của
thuốc BVTV. Tuy nhiên, số lƣợng các nghiên cứu này chƣa nhiều, điển hình là:

9


Shawaqfeh (2010) [53 đã nghiên cứu sử dụng hệ thống kết hợp giữa quá trình
khị khí và quá trình hiếu khí để xử lý thuốc trừ sâu trong nƣớc. Nghiên cứu đã thiết
lập hai hệ thống riêng biệt để đánh giá hai quá trình xử lý kị khi và hiếu khí. Kết
quả cho thấy rằng trên 96

thuốc trừ sâu bị loại bỏ khỏi nƣớc sau 1 khoảng thời

gian 172 ngày đối với hệ hiếu khí và 230 ngày đối với hệ kị khí. Khi kết hợp hai hệ
thống cho hiệu quả tốt hơn so với dùng riêng biệt từng hệ thống. Cụ thể nghiên cứu
chỉ ra rằng chỉ cần thời gian lƣu trong hệ hiếu khí là 24 giờ sau đó chuyển qua hệ kị
khí 12 giờ là có thể thấy đƣợc khả năng loại bỏ thuốc trừ sâu của hệ kết hợp.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là phải tìm ra đƣợc chủng vi sinh vật thích
hợp để phân hủy các hóa chất BVTV vì hầu hết các hóa chất BVTV là ‗độc tố‘ đối
với các vi sinh vật, do đó đây vẫn đang là một hƣớng nghiên cứu mới.
1.1.4.4. Phương pháp oxy hoá tiên tiến
Hóa chất BVTV là những hợp chất rất bền, khó bị phân hủy hóa học và sinh
học, do đó các quá trình oxy hóa mạnh mẽ nhƣ các quá trình oxy hóa tiên tiến ( OP
– dvanced Oxidation Processes) có khả năng xử lý đƣợc hiệu quả.
Oxy hóa tiên tiến

OP: là quá trình sử dụng gốc hydroxyl OH● có tính oxy

hóa cực mạnh (Thế oxy hóa khử E = 2,7 V ESH) để oxy hóa các chất ô nhiễm ở
nhiệt độ và áp suất môi trƣờng. Tuy thời gian tồn tại của các gốc OH● là rất ngắn, cỡ
10-9 giây nhƣng các gốc OH● có thể oxy hóa các chất hữu cơ với hằng số tốc độ
phản ứng rất lớn, từ 106 đến 109 L.mol-1.s-1[27].
Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ (RH hay PhX), cơ kim loại và chất vô
cơ có thể đƣợc thực hiện bởi 3 cơ chế sau [17]:
i)

Tách 1 nguyên tử hydro (đề hydro hóa):
OH● + RH → R● + H2O

(1)

ii) Phản ứng cộng ở liên kết chƣa no (hydroxylation):,
OH● + PhX → HOPhX●

(2)

iii) Trao đổi electron (oxy hóa - khử):
OH● + RH → RH+● + OH− (3)

10


OH● + RX → RXOH● → ROH+● + X− (4)
Trong số các phản ứng này, phản ứng cộng vào ở vòng thơm (cấu trúc phổ
biến của các chất ô nhiễm hữu cơ bền) có hằng số tốc độ từ 108 đến 1010 L mol-1.s-1
[40 . Do đó, hiện nay các quá trình

OP đƣợc xem nhƣ là nhóm các phƣơng pháp

xử lý rất hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ bền (POPs - Persistant Organic
Pollutants) khó hoặc không bị phân hủy sinh học trong nƣớc thành CO 2, H2O và các
chất hữu cơ ngắn mạch hơn, ít độc hơn và có thể bị phân hủy sinh học.
Theo cách thức tạo ra gốc OH●,

OP đƣợc chia thành các phƣơng pháp khác

nhau nhƣ trên hình 2.
H2O2 / Fe2+
Fenton

UV/Fe2+/H2O2
Xúc tác quang
đồng thể

TiO2 /UV/O2
Xúc tác quang dị thể


OH

Oxy hóa
điện hóa

O3/UV
Oxy hóa UV
Oxydation UV
H2O2 / UV
Quang hóa

Siêu âm

Hình 2. Các quá trình chính tạo ra gốc OH● trong AOP
Theo cơ quan bảo vệ môi trƣờng Mỹ (USEP ), dựa theo đặc tính của quá
trình có hay không sử dụng nguồn năng lƣợng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân
loại các quá trình oxi hoá tiên tiến thành 2 nhóm:
- Các quá trình oxy hoá tiên tiến không nhờ tác nhân ánh sáng: là các quá trình
tạo ra gốc OH● mà không nhờ năng lƣợng bức xạ tia cực tím trong quá trình phản
ứng (bảng 1).
- Các quá trình oxy hoá tiên tiến nhờ tác nhân ánh sáng : là các quá trình tạo ra
gốc OH● nhờ năng lƣợng tia cực tím UV (bảng 2).

11


Bảng 1. Các quá trình oxy hoá tiên tiến không nhờ tác nhân ánh sáng
(USEPA)
TT

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trƣng

Tên quá trình

1

H2O2 và Fe2+

H2O2 + Fe 2+  Fe3+ + OH- + HO●

Fenton

2

H2O2 và O3

H2O2 +O3  2HO● + 3O2

Peroxon

3O3 + H2O (cxt)  2HO● + 4O2

Catazon

3

4

5

6

O3 và các chất xúc
tác
H2O và năng lƣợng
điện hoá

H2O (nlđh)  HO● + H●

Oxy hoá điện
hoá

H2O và năng lƣợng

H2O (nlsa)  HO● + H●

siêu âm

(20 – 40 kHz)

H2O và năng lƣợng

H2O (nlc)  HO● + H●

Bức xạ năng

cao

(1 – 10 Mev)

lƣợng cao

Siêu âm

Bảng 2. Các quá trình oxy hoá tiên tiến nhờ tác nhân ánh sáng
(USEPA)
TT
1

2

3

4

Tác nhân phản ứng

Phản ứng đặc trƣng

Tên quá trình

H2O2 và năng lƣợng

H2O2 (hv)  2 OH●

photon UV

λ = 220 nm

O3 và năng lƣợng

H2O + O3 (hv)  2 OH●

photon UV

λ = 253,7 nm

H2O2/ O3 và năng

H2O2 + O3 +H2O (hv)  4 OH● + O2

UV/ H2O2 +

lƣợng photon UV

λ = 253,7 nm

O3

H2O2/ Fe3+ và năng

H2O2 + Fe3+ (hv) Fe2+ + H+ + OH●

lƣợng photon

H2O2 + Fe 2+  Fe3+ + OH- + OH●

UV/ H2O2

UV/ O3

Quang Fenton

TiO2 (hv)  e- + h+
5

TiO2 và năng lƣợng

λ > 387,5 nm

Quang xúc

photon UV

h+ +H2O  OH● + H+

tác bán dẫn

h+ + OH-  OH● + H+

12


Có thể kể ra sau đây một số phƣơng pháp điển hình:
* Phản ứng Fenton: là quá trình oxy hóa tiên tiến trong đó gốc tự do OH● đƣợc
sinh ra khi hydropeoxit phản ứng với ion sắt II với hằng số tốc độ 53 – 64 M-1s-1 [21]:
Fe2+ + 2H2O2 → Fe3+ + OH- + OH● (5)
Tuy nhiên phản ứng (5) chỉ xảy ra trong môi trƣờng phản ứng axit (pH = 2 4), và quá trình Fenton phụ thuộc nhiều vào pH, nồng độ ban đầu các chất phản
ứng, sự có mặt của một số ion vô cơ khác,...
* Oxy hóa điện hóa (EOP – electrochemical oxidation process): là quá trình
OP trong đó gốc OH● đƣợc sinh ra bằng các quá trình điện hóa xảy ra trên các
điện cực. Quá trình EOP có thể dễ dàng tự động hóa và hiệu suất quá trình phá hủy
tăng đáng kể nhờ số lƣợng gốc OH● tăng mạnh khi sử dụng các điện cực có diện
tích bề mặt lớn. Ngƣời ta thƣờng sử dụng 2 cách để tạo ra gốc OH●: trực tiếp (oxy
hóa anot) hoặc gián tiếp thông qua các chất phản ứng của phản ứng Fenton (phản
ứng Fenton điện hóa) [34 .
* Phản ứng peroxon: gốc tự do OH● đƣợc sinh ra khi hydropeoxit phản ứng
với ozon (PTPƢ 6):
H2O2 + 2O3 → 2 OH● + 3O2 (k = 6,5 10-2 L.mol-1s-1) (6)
Quá trình này hiệu quả hơn quá trình ozon hóa do sự có mặt của gốc OH●, tuy
nhiên hiệu quả của quá trình bị hạn chế bởi tốc độ của phản ứng (8) và cũng giống nhƣ
quá trình ozon hóa, bị hạn chế bởi độ tan thấp của ozon trong nƣớc. Ngoài ra quá trình
cũng phụ thuộc nhiều vào pH, nhiệt độ và dạng chất ô nhiễm cần xử lý [26].
* Quang ozon (UV/O3): trong quá trình này, dƣới tác dụng của tia UV, O3
phản ứng với nƣớc tạo thành hydroperoxit theo phản ứng (9):
O3 + H2O + hν → H2O2 + O2 (7)
Sau đó hydroperoxit phản ứng với ozon tạo thành gốc OH● theo PTPƢ (7).
Hiệu suất của quá trình UV O3 phụ thuộc nhiều vào lƣợng ozon sử dụng, chiều dài
bƣớc sóng UV, công suất đèn UV và độ đục của dung dịch cần xử lý [26].

13


* Quang xúc tác: chất quang xúc tác thƣờng dùng là TiO2 hấp thụ ánh sáng
bƣớc sóng 385 nm, tạo ra điện tử và lỗ trống, sau đó điện tử và lỗ trống này sẽ phản
ứng với H2O và O2 tạo ra các gốc OH●:
e-+ h+

TiO2 + hv
TiO2(h+) + H2O

(8)

TiO2 + OH● + H+ (9)
TiO2 + OH● (10)

TiO2(h+) + OH-

Nhƣ đã giới thiệu ở trên, mỗi phƣơng pháp trong số các phƣơng pháp này có
thể rất hiệu quả đối với loại hợp chất này nhƣng chƣa chắc đã hiệu quả cao đối với
loại hợp chất khác, do đó cần thiết phải nghiên cứu, đánh giá hiệu quả của các
phƣơng pháp

OP này trên từng đối tƣợng là dioxin, hóa chất BVTV và PCBs để

xác thực công nghệ hiệu quả để xử lý nƣớc thải chứa các hóa chất độc hại bền vững.
Một số công trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp oxi hoá tiên tiến để xử lý
hoá chất BVTV nhƣ:
Gebhardt và cộng sự [22] bằng phƣơng pháp

OP sử dụng các chất oxy hóa

nhƣ: Ozon (O3), O3/UV hay H2O2 đã thành công trong việc loại bỏ hoàn toàn một số
dƣợc phẩm: carbamazepine, diazepam, diclofenac và clofibric acid có trong nƣớc
thải sinh hoạt đô thị.
Zhihui và cộng sự [62 nghiên cứu xử lý 4-Chlorophenol bằng cách kết hợp
sóng siêu âm với quá trình

OP. Kết quả chỉ ra rằng, sự kết hợp giữa siêu âm và

H2O2, UV/ H2O2, TiO2 (quá trình xúc tác quang) tạo hiệu quả rõ rệt cho việc xử lý
4-Chlorophenol.
Maddila và cộng sự (2015) [35 nghiên cứu xử lý thuốc trừ sâu Bromoxynil
bằng phƣơng pháp quang ozon. Kết quả nghiên cứu cho thấy là xử lý bằng phƣơng
pháp quang ozon có thể xử lý hoàn toàn 100

bromoxynil trong thời gian 2 tiếng.

Có nghĩa là sau 2 tiếng bromoxynil bị khoáng hoá hoặc bẻ mạch, không còn phân tử
bromoxynil.

14


Trong số các quá trình

OP liệt kê ở trên, Fenton điện hóa thuộc nhóm oxy

hóa điện hóa, gần đây gây nhiều sự chú ý bởi khả năng xử lý các chất ô nhiễm cao,
điện cực sử dụng là những vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm, ít tiêu tốn hóa chất.
1.2.2. Đặc điểm của quá trình fenton điện hoá
Quá trình Fenton điện hóa: là quá trình

OP trong đó gốc OH● đƣợc sinh ra

từ phản ứng Fenton, nhƣng các chất phản ứng của phản ứng Fenton không đƣợc đƣa
vào trực tiếp mà đƣợc sinh ra nhờ các phản ứng oxy hóa khử bằng dòng điện trên
các điện cực, qua đó khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm của phản ứng Fenton.
Thật vậy, phản ứng Fenton là phản ứng oxy hóa tiên tiến trong đó gốc tự do
OH● đƣợc sinh ra khi hydropeoxit phản ứng với ion sắt II:
Fe2+ + 2H2O2 → Fe3+ + OH- + OH● (11)
Tuy nhiên phản ứng trên chỉ xảy ra trong môi trƣờng phản ứng axit (pH=3), do
đó để nâng cao hiệu quả quá trình xử lý POP (tạo ra nhiều gốc OH●) cần phải đƣa
vào phản ứng một lƣợng lớn các chất tham gia phản ứng (Fe2+, H2O2) và cũng tạo ra
một lƣợng lớn chất thải Fe3+.
Trong quá trình Fenton điện hóa, H2O2 đƣợc sinh ra liên tục bằng sự khử 2
electron của phân tử oxy trên điện cực catot theo PTPƢ để tạo ra H2O2.
O2 + 2H+ + 2e- → H2O2

E = 0.69 V ESH (12)

Theo định luật Faraday, lƣợng H2O2 sinh ra phụ thuộc nhiều vào cƣờng độ
dòng điện và do đó gián tiếp ảnh hƣởng đến mật độ gốc OH● sinh ra. Ngoài ra,
giống nhƣ trong phản ứng Fenton, pH của dung dịch cũng ảnh hƣởng đến khả năng
kết tủa keo các hydroxyt sắt, kết tủa này sẽ bám lên bề mặt điện cực làm cản trở quá
trình oxy hóa điện hóa trên các điện cực, đồng thời cũng ảnh hƣởng đến khả năng
tiếp xúc giữa các chất phản ứng trong dung dịch. Oxy cần cho phản ứng trên có thê
đƣợc cung cấp bằng cách sục khí nén trong dung dịch axit đến trạng thái bão hòa
hoặc hoặc có thể đƣợc tạo ra bằng cách oxy hóa nƣớc trên điện cực anot làm bằng
Pt theo PTPƢ :
2 H2O - 4e-

→ O2 + 4H+ (13)

15


x

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×