605
* Thạc sĩ
NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGHỆTÁCCHẤTH
2
O
2
/OMS‐2
TRONGXỬLÝNƯỚCTHẢIPhan Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành*
Khoa Kỹ thuật - Công nghệ - Môi trường, Trường Đại học An Giang

Tóm tắt
Ứng dụng xúc tác vào trong việc xử lý môi trường nhất là xử lý các chất ô nhiễm
khó bị oxi hoá (như các chất hoạt động bề mặt…) đã và đang thu hút sự quan tâm của
giới khoa học trong thời gian gần đây. Vật liệu OMS-2 trên cơ bản là rây phân tử bát
diện (Octahedral Molecular Sieves) của oxyt mangan đã được tổng hợp (được đặc trưng
bằng nhiễu xạ tia –X (XRD)) và hệ tác chất H
2
O
2
/OMS-2 cho thấy nhiều ưu điểm vượt
trội so với các hệ oxi hoá cổ điển khác (như hệ Fenton). Trong nghiên cứu này, chúng tôi
nhận được một kết quả rất thú vị khi oxi hoá metyl da cam (CM ~ 0,225mM; COD ~
448mgO
2
/l) bằng hệ tác chất này ở điều kiện ôn hòa (pH ~ 6.0) có thể giảm ~ 89% COD
của dung dịch nước. Ngoài ra, việc tái sử dụng xúc tác OMS-2 cho quá trình xử lý là
hoàn toàn có thể (đã được chứng minh) và đây cũng là một điều nổi bậc của những vật
liệu rắn như OMS-2 này.

hoàn nguyên để sử dụng lại xúc tác trong
trường hợp này là không khả quan
[8]
.
Để giải quyết những vấn đề trên
cũng như đáp ứng các yêu cầu thực tế
ngày càng cao, nhóm nghiên cứu chúng
tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng
hệ tác chất H
2
O
2
/OMS-2 trong xử lý nước
thải” nhằm góp phần cải thiện môi trường
ngày càng tốt hơn. Xuất phát từ những
suy luận khoa học và điều kiện nghiên
cứu hiện có, nhiệm vụ đặt ra đối với đề tài
này là khảo sát khả năng oxy hóa xử lý
nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó
phân huỷ với hàm lượng cao bằng
phương pháp oxi hoá bởi hệ tác chất
H
2
O
2
/OMS-2. Trong trường hợp này,
chúng tôi chọn Metyl da cam là chất đại
diện cho chất thải hữu cơ có trong nước
!
606


từ các hoá chất cơ bản như KMnO
4
; axít
Maleic… Qua các tài liệu nghiên cứu,
chúng tôi nhận thấy rằng nhiệt độ nung là
một trong những yếu tố quan trọng trong
quá trình tổng hợp Cryptomelane; vì gel
sẽ chuyển đổi cấu trúc thành
Cryptomelane, bixbyite hay các dạng vô
định khác tuỳ thuộc vào lượng nhiệt được
cung cấp (hay nhiệt độ cho quá trình kết
tinh). Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã
tiến hành tổng hợp hai mẫu OMS-2, một
mẫu ở nhiệt độ nung 450
0
C (xúc tác 1) và
OMS-2
(Cryptomelane)
Tổng hợp OMS-2 bằng
phương pháp sol-gel
(nung ở 450
0
C và không nung)
Xác định phổ nhiễu xạ tia X
của mẫu tổng hợp
Phổ nhiễu xạ tia X
của OMS-2 chuẩn
Khảo sát khả năng phân hủy Metyl
da cam của hệ H

4
;
5 l
ầ
n
)
.
Điều kiện tối ưu cho quá trình
oxy hóa Metyl da cam
Xác định bề mặt riêng
của mẫu tổng hợp
!
607
một mẫu không nung (xúc tác 2). Để xác
định cấu trúc của OMS-2 (Cryptomelane)
chúng tôi tiến hành so sánh khả năng xử
lý dung dich Metyl da cam và xem xét
đặc trưng bởi nhiễu xạ tia X. Kết quả như
sau:
Nhìn chung, với những điều kiện
xử lý được xem là giống nhau (nồng độ
ban đầu của dung dịch Metyl da cam
0,225mM), cho thấy khả năng xử lý
Metyl da cam trong dung dich là rất tốt
như được thể hiện trong hình 2 và hình 3.
Nhưng hiệu quả xử lý c
ủa mẫu xúc tác 1
cao hơn so với mẫu xúc tác 2, điều này có
thể giải thích là với mẫu OMS-2 nung ở
450

1 nhanh hơn rất nhiều, gấp hơn 3 lần so
với mẫu xúc tác 2. Đây là điều rất quan
trọng, vì bên cạnh hiệu quả xử lý thì tốc
độ xử lý cũng là một trong những yếu tố
được quan tâm hàng đầu, nhất là trong
lĩnh vự
c ứng dụng xúc tác xử lý môi
trường. Đồng thời, tốc độ xử lý cũng
chính là một trong những mục tiêu mong
muốn cải tiến của chúng tôi so với hệ
Fenton cổ điển.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0 50 100 150 200
Thờ i gian (phú t)
Nồ ng độ (mM)
Xú c tá c 1
Xú c tá c 2

Hình 2. Sự thay đổi nồng độ theo thời
gian của hai loại xúc tác.
0
10
20
30
40

O
2
/OMS-2. Và chúng tôi chọn
móc thời gian này là thời gian dừng việc
xử lý Metyl da cam ở những thí nghiệm
sau này.
Qua các kết quả trên cho thấy
nhiệt độ nung có vai trò rất quan trọng
trong quá trình tổng hợp OMS-2, ảnh
hưởng lớn đến quá trình kết tinh tạo thành
Cryptomelane và vì thế sẽ ảnh hưởng đến
hiệu quả và tốc độ xử lý Metyl da cam
của xúc tác OMS-2.
Hình 4. Phổ nhiễu xạ tia X của OMS-2 chuẩn và OMS-2 tổng hợp ở 450
0
C.
Qua hình 4 cho thấy; cường độ
dao động của phổ OMS-2 tổng hợp gần
giống so với phổ OMS-2 chuẩn tại các vị
trí 2θ = 12,8
◦
; 18,5
◦
; 28,9
◦
; 37,5
◦
; 42
◦
; và

Qua nghiên cứu, chúng tôi nhận
thấy rằng độ pH là một trong những yếu
tố ảnh hưởng rất lớn đến độ phân hủy
H
2
O
2
, từ đó ảnh hưởng lớn đến tốc độ
phản ứng và hiệu quả phân hủy các chất
hữu cơ. Để đánh giá một cách chính xác
khả năng xử lý Metyl da cam của hệ tác
chất H
2
O
2
/OMS-2 chúng tôi tiến hành đo
hai chỉ tiêu quan trọng là nồng độ Metyl
da cam (C mM) và COD (mgO
2
/lít).
Kết quả cho thấy, với cùng thời
gian xử lý là 60 phút, hiệu quả xử lý đối
với hai chỉ tiêu COD và nồng độ C là
!
609
tương ứng với nhau. Trong đó, hiệu suất
xử lý cao nhất đối với hai chỉ tiêu này đều
ở môi trường trung tính (pH = 6-7) và
hiệu suất giảm dần khi pH tiến về môi
trường kiềm hoặc môi trường axit. Cụ thể

và phức tạp vì sau xử lý phải nâng pH lên
lớn hơn 7 để tách các ion Fe
3+
ra khỏi
nước thải; trong khi với hệ H
2
O
2
/OMS-2
mà chúng tôi nghiên cứu, cho thấy hiệu
quả xử lý rất tốt từ 64-89% theo COD và
59-84% theo nồng độ C trong khoảng pH
khá rộng từ 5 đến 10 (hình 6). Điều này
cũng rất thuận lợi khi ứng dụng vào thực
tế xử lý nhiều loại nước thải đa dạng với
pH khác nhau (pH = 5-9). Đây là một ưu
điểm quan trọng của hệ H
2
O
2
/OMS-2 mà
chúng tôi nghiên cứu so với hệ Fenton cổ
điển.
Hiệ u suấ t xử lý củ a COD và nồ ng độ C theo pH
0
10
20
30
40
50

theo, nhóm chúng tôi chỉ khảo sát một chỉ
tiêu là nồng độ (C mg/l) của Metyl da
cam sau khi xử lý. !
610

Ảnh hưởng của lượng H
2
O
2
:
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
Lượ ng H
2
O
2
(ml)

cho vào
chưa đủ để xử lý. Với lượng H
2
O
2
cho
vào tăng lên là 0,2ml, hiệu suất xử lý tăng
cao đạt đến 83%. Qua đó cho thấy khả
năng phân hủy H
2
O
2
của xúc tác OMS-2
là rất tốt. Tiếp tục, với lượng H
2
O
2
tăng
lên đến 0,4ml, lúc này hiệu suất xử lý
(87%) chỉ tăng thêm 4% so với trường
hợp 0,2ml H
2
O
2
. Điều này cho thấy khả
năng xử lý Metyl da cam của hệ
H
2
O
2

O
2
thích hợp là
0,2ml, vì tại đó hiệu suất xử lý đã đạt
83% gần như ổn định (hình 6).
Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
trộn:
Khảo sát ảnh hưởng của việc
khuấy trộn đến độ phân hủy H
2
O
2
của xúc
tác OMS-2 cho thấy tác động của khuếch
tán ngoài đến quá trình phản ứng cũng là
một yếu tố quan trọng
[3]
. Kết quả nghiên
cứu cho thấy, với các điều kiện thí
nghiệm như nhau, khi không khuấy trộn,
hiệu suất xử lý Metyl da cam của hệ
H
2
O
2
/OMS-2 rất thấp, chỉ đạt 29%. Trong
khi có sự khuấy trộn, với tốc độ 50
vòng/phút, hiệu suất xử lý tăng cao, đạt
81%. Khi tốc độ khuấy trộn cao hơn, ở
mức 100 và 150 vòng/phút, thực chất lúc

2
trên xúc tác OMS-2
diễn ra nhanh hơn và hiệu suất xử lý cũng
cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, tốc độ
khuấy trộn lại không ảnh hưởng đáng kể
đến hiệu quả xử lý, với các tốc độ khảo
sát là 50, 100 và 150 vòng/phút ta thấy
hiệu suất xử lý chỉ dao động trong khoảng
81-83% (hình 7). Như vậy, chỉ cần tốc độ
khoảng 50 vòng/phút là có thể đạt được
hiệu suất xử
lý tối ưu.
Hiệu quả xử lý theo số lần sử dụng xúc tác:
50
60
70
80
90
100
0123456
Số lầ n sử dụ ng
Hiệ u suấ t (%
)

Hình 8. Hiệu suất xử lý Metyl da cam theo số lần tái sử dụng xúc tác.
Một trong những nhược điểm quan
trọng của hệ Fenton cổ điển là xúc tác
không được hoàn nguyên và tái sử dụng
vì Fe
2+

nước thải sau xử lý bằng nước vôi hoặc
dung dịch kiềm nhằm chuyển sang dạng
keo Fe(OH)
3
kết tủa
[8]
, sau đó phải qua
các thiết bị lắng hoặc lọc ép để tách bã
keo Fe(OH)
3
, tạo ra một lượng bùn kết
tủa chứa rất nhiều sắt. Vì vậy, để khắc
phục nhược điểm trên, nguồn sắt sử dụng
làm chất xúc tác đã được chúng tôi thay
thế bằng vật liệu OMS-2. Các kết quả
nghiên cứu cho thấy, phản ứng phân hủy
H
2
O
2
phóng thích gốc Hydroxyl (*OH)
diễn ra tốt nhất trên xúc tác OMS-2 ở pH
= 6 và tốc độ khuấy trộn khoảng 50
vòng/phút là thích hợp trong điều kiện
phòng thí nghiệm. Sau 60 phút xử lý, hiệu
suất phân hủy Metyl da cam đạt trên 83%.
Mặc khác, OMS-2 là loại xúc tác rẻ tiền,
dễ tổng hợp, phản ứng đơn giản và lại cho
hiệu quả cao nên việc ứng dụng thực tế để
xử lý các loại nước thải là hoàn toàn khả

2
rất
tốt.
- Nghiên cứu ứng dụng sản phẩm
từ phản ứng phân huỷ H
2
O
2
bằng xúc tác
OMS-2 để oxy hoá xử lý nước thải có
chứa các hợp chất hữu cơ qua việc khảo
sát hoạt tính oxy hóa Metyl da cam trong
điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả đạt
được hiệu suất xử lý rất tốt trên 83% với
các điều kiện xử lý tối ưu.
- Mở rộng khả năng ứng dụng hệ
tác chất H
2
O
2
/OMS-2 trong lĩnh vực xử
lý nước thải, khắc phục được các nhược
điểm của hệ Fenton cổ điển như xử lý pH
thấp, tốc độ xử lý chậm, bị ảnh hưởng bởi
các anion vô cơ, xúc tác không được tái
sử dụng… !
613

!
614
APPLICATIONOFH
2
O
2
‐OMS‐2SYSTEM INTO
WASTEWATERTREATMENT

Phan Phuoc Toan, Nguyen Trung Thanh
An Giang University
Abstract
Applications of catalyst into environmental treatment, when environment is polluted
by difficult oxidized compounds (as surfactants…), has been attracting many
environmental scientists in recently decades. In this study; OMS-2 (Octahedral Molecular
Sieves) was synthesized and characterized by diffraction of X-ray. After the synthesis;
OMS-2 and H
2
O
2
were taken together to make a better oxidative system than Fenton