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

Nguyễn Mạnh Tiến

NGHIÊN CỨU TÁI SINH THAN HOẠT TÍNH
BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2019


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

Nguyễn Mạnh Tiến

NGHIÊN CỨU TÁI SINH THAN HOẠT TÍNH
BẰNG PHƢƠNG PHÁP HÓA HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 8440112.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VŨ NGỌC DUY

Hà Nội - 2019


2.1. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 23
2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 23
2.3. Hóa chất và thiết bị ............................................................................................ 23
2.4. Quy trình nghiên cứu ......................................................................................... 24
2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu thực nghiệm............................................................. 27
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................................. 31
3.1. Các đặc trƣng của vật liệu hấp phụ .................................................................... 31
3.2. Động học hấp phụ RB 19 trên than hoạt tính ..................................................... 31
3.3. Đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 trên than hoạt tính ................................................... 39
3.4. Kết quả tái sinh than hoạt tính sau hấp phụ ....................................................... 40
3.4.1. Khả năng hấp phụ của than ban đầu ............................................................ 41
3.4.2. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Fe(II):H2O2 .................................................................. 42
3.4.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Fe(II): COD................................................................. 45
3.4.4. Ảnh hƣởng số lần tái sinh ............................................................................ 46
4. KẾT LUẬN .............................................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 49
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 54

1


MỞ ĐẦU
Trong những năm vừa qua, nền kinh tế của nƣớc ta đã có những bƣớc phát triển vƣợt
bậc, giúp đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân đƣợc nâng cao. Những thành tựu
đã đạt đƣợc có sự đóng góp chính của nền công nghiệp trong nƣớc. Do đó, chiến lƣợc
phát triển công nghiệp luôn đƣợc Đảng, chính phủ quan tâm hàng đầu và coi đây là
ngành chiếm tỉ trọng lớn trong nền kinh tế cũng nhƣ xuất khẩu. Trong số các ngành
công nghiệp thì dệt may có vai trò quan trọng, là ngành có kim ngạch xuất khẩu đứng
thứ hai cả nƣớc. Toàn ngành đang sử dụng hơn 2,5 triệu lao động (chiếm hơn 20 %
lao động khu vực công nghiệp hay gần 5 % tổng lực lƣợng lao động của cả nƣớc)[4].

chất thải thì tác hại đối với môi trƣờng ngày càng tăng, hàng xuất khẩu sẽ vƣớng vào
hàng rào kỹ thuật. Trƣớc tình hình đó, chúng ta cần có những giải pháp để hạn chế,
phòng ngừa và xử lý ô nhiễm môi trƣờng đảm bảo phát triển xuất khẩu bền vững, giúp
ta tránh đƣợc những tranh chấp thƣơng mại đang có xu hƣớng gia tăng sau khi Việt
Nam gia nhập WTO.
Có thể nói, các chất khó phân hủy nói chung và chất màu dệt nhuộm nói riêng là
những chất hữu cơ tƣơng đối khó xử lý. Đến nay nhiều phƣơng pháp đã đƣợc đánh giá
hiệu quả xử lý nhƣ nhóm các phƣơng pháp hóa lý (hấp phụ, keo tụ - tạo bông, keo tụ điện hóa, tuyển nổi), nhóm các phƣơng pháp vi sinh (hiếu khí, yếm khí), nhóm các
phƣơng pháp ôxi hóa tiên tiến (AOPs), phƣơng pháp lọc màng NF và RO. Các
phƣơng pháp này đều tồn tại một số nhƣợc điểm nhƣ chi phí đầu tƣ và vận hành cao,
quy trình làm việc phức tạp đòi hỏi cán bộ vận hành có trình độ và tập huấn kĩ (đối
với AOPs, NF, RO), phát sinh chất thải thứ cấp (hấp phụ, keo tụ- tạo bông, keo tụ điện
hóa, tuyển nổi), tốc độ chậm dẫn đến hệ thống yêu cầu không gian lớn (phƣơng pháp
sinh học). Do đó, việc ứng dụng vào thực tiễn để xử lý ở Việt Nam còn hạn chế.
Trong số các phƣơng pháp hóa lý thì hấp phụ bằng than hoạt tính là phƣơng pháp đơn
giản nhƣng hiệu quả xử lý rất cao. Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là sau một thời
gian hoạt động, vật liệu hấp phụ (than hoạt tính) sẽ bão hòa và cần thay thế mới. Nếu
có thể tái sinh để hoàn nguyên vật liệu đƣợc nhƣ ban đầu với chi phí rẻ thì đây sẽ là
giải pháp rất khả thi để có thể ứng dụng trong thực tiễn. Vì vậy, nội dung nghiên cứu
của đề tài này là "Nghiên cứu tái sinh than hoạt tính bằng phƣơng pháp hóa học"
nhằm góp phần tìm ra giải pháp phù hợp để xử lý các chất ô nhiễm bền cũng nhƣ màu
dệt nhuộm trong điều kiện Việt Nam hiện nay.

3


1. TỔNG QUAN
1.1. Tình hình ô nhiễm môi trƣờng ở Việt Nam
Theo báo cáo môi trƣờng quốc gia năm 2016 của Bộ tài nguyên và môi trƣờng, chất
lƣợng môi trƣờng nƣớc ta có chất lƣợng thấp[2]. Nguyên nhân chính của thực trạng

số 283 KCN đang hoạt động trong cả nƣớc có 212 KCN đã xây dựng hệ thống xử lý
nƣớc thải tập trung (chiếm 74,9%), 24 KCN đang xây dựng hệ thống xử lý nƣớc thải
tập trung (chiếm 11,5%), các KCN còn lại đang xây dựng lộ trình đầu tƣ hệ thống xử
lý nƣớc thải tập trung. Nguồn thải từ các KCN mặc dù tập trung nhƣng thải lƣợng rất
lớn, trong khi đó công tác quản lý cũng nhƣ xử lý chất thải KCN còn nhiều hạn chế.
Các hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung ở các KCN chỉ xử lý đƣợc khoảng 60% lƣợng
nƣớc thải phát sinh. Nƣớc thải từ các cơ sở sản xuất nằm ngoài KCN cũng xả ra môi
trƣờng một lƣợng nƣớc thải khá lớn, gây nhiều sức ép lên môi trƣờng. Các doanh
nghiệp lớn tuy chỉ chiếm số lƣợng nhỏ (ít hơn 2% tổng số doanh nghiệp cả nƣớc)
nhƣng chiếm trên 30% tổng sản lƣợng công nghiệp toàn quốc. Các doanh nghiệp này
nằm rải rác, phân tán trên các vùng miền của cả nƣớc với các lĩnh vực sản xuất chính
là khai thác khoáng sản, sản xuất điện, khai thác và chế biến dầu khí, cơ khí, hóa chất,
luyện kim, đóng tàu, sản xuất xi măng, chế biến thực phẩm. Một số cơ sở công nghiệp
lớn hiện đang sản xuất với công nghệ chƣa tiên tiến, hiện đại, lại ít hoặc chƣa quan
tâm đến đầu tƣ công trình xử lý môi trƣờng trong quá trình sản xuất nên đã gây ra sức
ép rất lớn lên môi trƣờng, gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng tại nhiều địa phƣơng.
Gần đây nhất là việc xả thải của Công ty Vedan trên sông Thị Vải, sự cố môi trƣờng
dọc các tỉnh miền Trung do công ty thép Formosa Hà Tĩnh.
Tình hình ô nhiễm các chất hữu cơ bền
Ô nhiễm nguồn nƣớc bởi các hợp chất hữu cơ tổng hợp bền nhƣ thuốc trừ sâu, diệt cỏ,
chất phụ gia trong hệ trao đổi nhiệt công nghiệp, trong sơn, các chất màu dệt nhuộm
đang là mối quan tâm lớn trên toàn thế giới. Tại Việt Nam, vấn đề này cũng đang rất
nóng do sử dụng bữa bãi hoặc không xử lý các loại thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực
vật, các chất phụ gia trong công nghiệp, nƣớc thải các ngành công nghiệp trong đó
nan giải nhất là ngành dệt nhuộm. Nhiều nghiên cứu đã đánh giá hàm lƣợng các hợp
chất bền tại các làng nghề, trong mẫu đất và trầm tích sông. Các hợp chất OCPs, PCBs
đã đƣợc phát hiện trong môi trƣờng nƣớc và trầm tích biển cũng nhƣ tích tụ trong sinh
vật vùng ven biển phía Bắc Việt Nam[5]. Nhiều hợp chất hữu cơ chứa flo trong nƣớc
và trầm tích trong nƣớc và trầm tích tại các làng nghề dệt nhuộm Hồi Quan, Bắc
Giang, Tƣơng Giang, làng tái chế Phong Khê, tái chế nhựa Minh Khai - Hƣng Yên[9].

nhóm -N=N-. Đây là nhóm quan trọng nhất và cũng là nhóm có số lƣợng lớn nhất
(chiếm 60 - 70 % lƣợng thuốc nhuộm tổng hợp).

6


Họ thuốc nhuộm antraquinon: Phân tử thuốc nhuộm có chứa một hay nhiều nhóm
antraquinon hoặc các dẫn xuất của nhóm này. Họ antraquinon chiếm khoảng 15 %
lƣợng thuốc nhuộm tổng hợp.
Họ triaryl metan: Đây là các dẫn xuất của metan, trong đó C đƣợc liên kết với các
nhóm mang màu. Đây là họ chất màu phổ biến thứ ba và chiếm khoảng 3 % tổng
lƣợng chất màu tổng hợp.
Họ thuốc nhuộm phtaloxianin: Phân tử màu thuộc họ này có chứa hệ liên hợp khép
kín. Trong đó, H của nhóm imin dễ bị thay thế bởi ion kim loại, trong khi đó N liên
kết tạo phức với các ion kim loại để tạo màu sắc khác nhau. Họ này chiếm khoảng 2
% tổng lƣợng thuốc nhuộm.
Ngoài các nhóm chính kể trên, các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến hơn nhƣ: nitro,
nitrozo, polymetyl, arylamin, azometyl,...
Phân loại theo phƣơng pháp sử dụng: Theo phƣơng pháp sử dụng, ngƣời ta quan tâm
nhiều nhất đến thuốc nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo gồm các loại thuốc nhuộm
hoàn nguyên, lƣu hóa, hoạt tính và trực tiếp; các loại thuốc nhuộm cho xơ sợi tổng
hợp và len nhƣ thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ, thuốc nhuộm axít.
Đặc trưng của nước thải dệt nhuộm
Tính đến năm 2015, cả nƣớc có trên 8.700 cơ sở dệt may. Tuy nhiên, công nghệ sản
xuất đa phần rất cũ, công nghệ nhuộm in còn thấp. Theo thống kê của hiệp hội dệt
may, chỉ có khoảng 35 % thiết bị nhuộm của chúng ta là mới, 30 % có thể cải tạo và
nâng cấp đƣợc, 35 % là máy móc cũ đƣợc sử dụng từ 20 năm trƣớc. Công nghệ
nhuộm đang đƣợc áp dụng là công nghệ nhuộm ngâm (hay nhuộm tận trích). Công
nghệ này có hiệu suất rất thấp nên phẩm nhuộm dƣ thừa trong nƣớc thải cao dẫn đến ô
nhiễm môi trƣờng. Trong số các cơ sở dệt nhuộm nói trên có 173 làng nghề dệt


70-180

Len

100-250

Vải polyacrylic

10-70

Hầu nhƣ tất cả các công đoạn của quá trình nhuộm và hoàn tất đều phát sinh nƣớc
thải, thành phần nƣớc thải thƣờng không ổn định, thay đổi theo loại thiết bị nhuộm,
nguyên liệu nhuộm, khi sử dụng các loại thuốc nhuộm khác nhau có bản chất và màu
sắc khác nhau. Nƣớc thải nhuộm thƣờng có độ nhiệt độ, độ màu và COD cao. Nƣớc

8


thải phát sinh từ nhà máy dệt nhuộm thƣờng khó xử lý do cấu tạo phức tạp của thuốc
nhuộm cũng nhƣ nhiều loại thuốc nhuộm và trợ nhuộm đƣợc sử dụng trong quá trình
nhuộm và hoàn tất. Thành phần điển hình của nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc trình bày
trong Bảng 1.2.
Bảng 1.2. Thành phần nƣớc thải dệt nhuộm[8]
Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ


mgO2/L

200 – 1450

Ntổng

mg/L

22 – 43

Ptổng

mg/L

0,9- 37,2

Cr6+

mg/L

0,093 – 0,364

Nhiệt độ

o

Các thuốc nhuộm hữu cơ nói chung đƣợc xếp loại từ độc đến không độc đối
với con ngƣời (đƣợc đặc trƣng bằng chỉ số liều gây chết trung bình, LD50). Các kiểm
tra về tính kích thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm không gây kích thích với vật
thử nghiệm (thỏ) ngoại trừ một số cho kích thích nhẹ. Tác hại gây ung thƣ và nghi ngờ

mang điện tích dƣơng. Các loại chất màu axit, màu hoạt tính và màu trực tiếp hấp phụ
rất tốt trên vật liệu này[27]. Vật liệu sinh khối tự nhiên lignin -xenlulô cũng đã đƣợc
nhiều nhóm tác giả nghiên cứu để hấp phụ côngô đỏ, Blue 25 [27]. Do hiệu suất của
vật liệu tự nhiên chƣa cao nên nhiều tác giả đã biến tính lignin - xenlulô bằng phƣơng
pháp hóa học. Các kết quả cho thấy, sau biến tính khả năng xử lý đƣợc tăng lên rất
nhiều. Loại vật liệu tƣ nhiên thứ hai đƣợc nghiên cứu là chitin và chitosan. nhờ có các
nhóm chức trong cấu trúc phân tử mà các chất này có tƣơng tác mạnh với nhiều loại
chất màu.
Vật liệu có nguồn gốc sinh khối đƣợc sử dụng phổ biến nhất là than hoạt tính.
Than hoạt tính là vật liệu các bon có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt cao, đƣợc chế
tạo từ các nguyên liệu tự nhiên (nhƣ gáo dừa, tre,...) ở nhiệt độ cao. Thành phần chính

10


của than hoạt tính là cácbon (87 đến 97 % theo khối lƣợng), các thành phần còn lại là
O, H, S,... phụ thuộc vào quy trình hoạt hóa và nguồn nguyên liệu ban đầu. Diện tích
bề mặt riêng của than hoạt tính thông thƣờng nằm trong khoảng 800 - 1500 m2/g, một
số trƣờng hợp có thể đạt 3000 m2/g. Nhờ diện tích bề mặt riêng lớn đồng thời có các
nhóm chức bề mặt nên than hoạt tính đƣợc áp dụng làm vật liệu hấp phụ từ lâu và
ngày nay đang đƣợc áp dụng phổ biến trong xử lý khí, xử lý nƣớc sinh hoạt và nƣớc
thải. Sự phát triển của than hoạt tính bắt đầu từ thế kỉ thứ 20. Trong chiến tranh thế
giới thứ nhất, than hoạt tính đƣợc sử dụng để chống khí độc. Kể từ đó, thế giới biết
nhiều hơn đến công dụng của than hoạt tính và áp dụng để loại khí độc trong các
ngành công nghiệp.
Về mặt lịch sử, tiền thân của than hoạt tính là than củi đƣợc sử dụng khoảng những
năm 1550 trƣớc công nguyên. Vào thời kì của thầy thuốc Hipocrate, than củi đƣợc sử
dụng để chữa trị nhiều loại bệnh tật. Sau đó, than đƣợc ứng dụng trong xử lý mùi. Khả
năng khử màu của than cũng đã đƣợc biết đến từ lâu và đƣợc dùng trong tinh luyện
đƣờng thô từ củ cải đƣờng. Năm 1865, việc sử dụng than từ gáo dừa để hấp phụ mùi

Ayranci và Hoda[20] nghiên cứu xử lý ametryn, diuron, dinose và aldicarb trên than
hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn. Dung lƣợng cực đại với 4 chất này lần lƣợt là
354,61, 421,58, 301,84 và 213,06 mg/g. Than hoạt tính từ thân cây chuối xử lý 2,4 D
và bentazon đều đạt hiệu xuất trên 95 %[45]
Keo tụ - tạo bông
Keo tụ - tạo bông là phƣơng pháp sử dụng các muối của cation đa hóa trị nhƣ sắt và
nhôm để tạo các bông keo trong nƣớc. Sau khi đƣợc hình thành các bông keo này sẽ
tƣơng tác với cặn lơ lửng và lắng xuống. Việc sử dụng các muối vô cơ của sắt và
nhôm có nhƣợc điểm là làm giảm pH. Nếu sử dụng chất keo tụ ở nồng độ cao, pH
giảm thấp có thể giảm hiệu quả xử lý. Nhằm khắc phục vấn đề này, polyme vô cơ của
nhôm là PAC (poly aluminium chloride) đã đƣợc phát triển và ứng dụng. Để tăng hiệu
quả keo tụ, các chất trợ keo tụ polyme đƣợc sử dụng để tạo ra các bông cặn to hơn và
dễ lắng. Đối với nƣớc thải dệt nhuộm, các bông cặn hình thành không những có tác
dụng làm trong nƣớc mà còn hấp phụ mạnh các chất màu. Các công bố trên thế giới
đã cho thấy hiệu quả loại màu phụ thuộc vào bản chất hóa học của chất màu; chất màu
có nhóm chức axít dễ tạo phức với Fe(III) nên dễ hấp phụ, tuy nhiên màu dạng cation
hầu nhƣ không bị loại do có điện tích dƣơng. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng muối
sắt thƣờng cho hiệu quả hơn muối nhôm. Phèn nhôm xử lý tốt các loại chất màu phân
tán, màu chứa sunfua nhƣng lại không tốt đối với màu axít, bazơ và hoạt tính[27].

12


Phƣơng pháp keo tụ - tạo bông có ƣu điểm là kĩ thuật thực hiện đơn giản nhƣng nhƣợc
điểm là tạo ra lƣợng chất thải lớn có tính độc.
Tuyển nổi
Nguyên lý xử lý cặn của tuyển nổi ngƣợc lại so với keo tụ - tạo bông. Trong keo tụ tạo bông, các bông cặn lắng xuống đáy dƣới tác dụng của trọng lực còn trong tuyển
nổi các bông cặn đƣợc đƣa lên bề mặt nhờ bọt khí. Nhu cầu diện tích xây dựng của
tuyển nổi ít hơn nhiều so với keo tụ- tạo bông, tuy nhiên phƣơng pháp này có chi phí
năng lƣợng cao hơn cho quá trình hòa tan khí vào nƣớc. Trong xử lý nƣớc thải dệt

có những hạn chế nhƣ tốc độ chuyển hóa chậm, dễ bị ngộ độc với các hợp chất màu,
không xử lý đƣợc các hợp chất bền.
Keo tụ điện hóa
Bản chất của keo tụ điện hóa là quá trình sinh ra chất keo tụ bằng dòng điện một
chiều. Trong điều kiện điện phân, anod bằng nhôm hoặc sắt bị hòa tan tạo ra các ion
có khả năng keo tụ. Khi sử dụng cực âm anode bằng sắt, các quá trình hóa học xảy ra
nhƣ sau:
Tại anode:
Fe − 2e- → Fe2+

(1)

nếu môi trƣờng kiềm:
Fe2+ + 2OH− → Fe(OH)2

(2)

nếu môi trƣờng axít:
4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH−

(3)

Ngoài ra còn có phản ứng:
2H2O − 4e- → O2 + 4H+

(4)

Tại cathode:
2H2O + 2e- → H2 + 2OH−


151 là 0,5. Môi trƣờng axít và trung tính có hiệu quả cao hơn môi trƣờng pH = 10.
Khi nghiên cứu xử lý RO 16 và RB19, nhóm tác giả của Yung-Chien Hsu tìm đƣợc tỉ
lệ H2O2/O3 tối ƣu là 1 ở pH = 7 trong thiết bị phản ứng kiểu semi-batch, trong khi đó
tỉ lệ này tăng lên 3 trong thiết bị chảy liên tục. Khả năng xử lý COD đạt trên 50 %
trong thời gian 15 phút[24].
Hệ H2O2 + UV

15


Gốc OH• sinh ra trong qúa trình này là do phân tử H2O2 hấp thụ ánh sáng trong vùng
200 - 300 nm:
H2O2 + hν → 2HO•
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là cần sử dụng tia UV trong vùng bƣớc sóng ngắn.
Để tăng hiệu quả ngƣời ta cần tăng nồng độ H2O2. Tuy nhiên H2O2 cao lại tiêu thụ gốc
OH•.
Hệ H2O2 + UV cũng đã đƣợc nhiên cứu ở quy mô pilot để xử lý chất thải có nồng độ
hữu cơ cao[17]. Sau 120 phút phản ứng, COD có thể giảm đƣợc trên 70 %. Tuy nhiên
cần chiếu sáng với công suất 2000 W/L.
Hệ O3 + UV
Gốc OH• đƣợc sinh ra qua ba phản ứng nhƣ sau:
O3 + hv + H2O → H2O2 + O2
H2O2 + hv → 2 OH•
2O3 + H2O2 → 2OH• + 3O2
Khoảng hấp thụ mạnh nhất của O3 là 200 - 360 nm. So với H2O2 thì khả năng hấp thụ
của O3 cao hơn nhiều, tuy nhiên nhƣợc điểm của O3/UV là độ tan của O3 thấp. Rất
nhiều nghiên cứu đã sử dụng hệ O3/UV để xử lý các loại ô nhiễm hữu cơ nhƣ thuốc
trừ sâu, các hợp chất chứa phenol, thuốc kháng sinh, các chất hoạt động bề mặt, các
chất màu[42].
Hệ Fe(II) + H2O2

gốc OH• bị cản trở do Fe3+ kết hợp với Cl- tạo phức hấp thụ ánh sáng kém.
Hai thập kỉ vừa qua, nhiều nhóm tác giả tập trung nghiên cứu hệ dạng Fenton
(Fe3+/H2O2). Các phản ứng chính tạo gốc OH• trong hệ này nhƣ sau:
Fe3+ + H2O2 ↔ Fe(HO2)2+ + H+
Fe(HO2)2+ → Fe2+ + HO2•
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH• + OH−
Hoạt tính của hệ này đƣợc chứng minh kém hơn so với Fenton[26], nhƣng lại có ƣu
điểm là không tiêu thụ Fe2+ nhƣ trong quá trình Fenton.
Các kết quả nghiên cứu của nhiều nhóm trên thế giới đã cho thấy rằng, Fenton rất hiệu
quả trong xử lý các loại chất hữu cơ bền vững. Tuy vậy, việc ứng dụng trong thực tiễn
gặp khó khăn do chi phí hóa chất cao, ban đầu cần chỉnh xuống pH tối ƣu sau đó phản
ứng cần thêm giai đoạn trung hòa bằng kiềm. Hơn nữa, quá trình cũng tạo ra một
lƣợng lớn chất thải là bùn sắt hydroxit.

17


Hệ TiO2/UV
Hệ xúc tác rắn này hoạt động theo nguyên lý khi TiO2 đƣợc chiếu bởi ánh sáng có
bƣớc sóng nhỏ hơn 380 nm, các electron hóa trị đƣợc kích thích lên vùng dẫn để tạo lỗ
trống. Hai dạng sản phẩm này sẽ tạo H2O2 theo cơ chế nhƣ sau:
- Electron vùng dẫn kết hợp với O2 hòa tan để tạo ra H2O2: O2 + 2H+ + 2e-CB → H2O2
- Lỗ trống oxi hóa nƣớc để tạo H2O2: 2H2O + 2hVB+ → H2O2 + 2H+
Bƣớc tiếp theo là H2O2 sinh ra hấp thụ tia UV để tạo ra gốc tự do giống nhƣ hệ
H2O2/UV ở trên. Ngoài cơ chế này, gốc OH• có thể đƣợc hình thành theo các cơ chế
nhƣ sau:
H2O2 + e-CB → OH- + OH•
OH- + h+VB → OH•
Các nghiên cứu trƣớc đây đã chỉ ra rằng, hệ phản ứng này chịu ảnh hƣởng bởi nhiều
yếu tố nhƣ pH, sự có mặt của các ion ức chế trong môi trƣờng. Do điểm đẳng điện của

bình phản ứng hoặc trên bề mặt xúc tác trong điều kiện nhiệt độ cao.
H2O2 + M → 2OH•
H2 O2 → H2 O + ½ O 2
Sau khi đƣợc hình thành, các gốc tự do tiếp tục tham gia phản ứng dây chuyền để oxi
hóa các hợp chất hữu cơ:
RH + HO• → R• + H2O
R• + O2 → ROO•
ROO• → R‘• + CO2 (R‘ ít hơn R một C)
ROO• + RH → ROOH + R•
Phản ứng ôxi hóa tiếp diễn cho đến khi tạo thành axit axetic và axit formic –
hai axit bền, khó bị oxi hóa trong điều kiện phản ứng. Trong những điều kiện nhất
định (có mặt xúc tác, nhiệt độ cao) những axit có mạch cacbon ngắn này có thể oxi
hóa tiếp tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nƣớc. Hiệu quả của WAO đƣợc tăng
cƣờng khi sử dụng các chất xúc tác.

19


Lọc màng
Công nghệ lọc màng là phƣơng pháp tiên tiến và đa năng nhất trong số các phƣơng
pháp xử lý nƣớc. Tùy theo đối tƣợng cần xử lý mà chúng ta có thể lựa chọn màng phù
hợp từ lọc cặn thô (sử dụng màng MF), lọc vi khuẩn (sử dụng màng UF) đến lọc các
hợp chất tan (sử dụng màng NF, RO). Đối với nƣớc thải chứa các hợp chất màu, hai
loại màng NF và RO có thể đƣợc sử dụng. Tuy hiện nay, chi phí cho công nghệ lọc
màng cao hơn so với các công nghệ truyền thông khác. Nhƣng trong tƣơng lai gần nhu
cầu tuần hoàn nƣớc tăng cao, chi phí màng hạ thấp, việc ứng dụng công nghệ màng là
điều khả thi. Các kết quả nghiên cứu xử lý bằng RO cho thấy loại màng này xử lý trên
90 % các loại ion hòa tan. Trong đó, các chất màu có thể đƣợc loại 95 - 100 %[27].
màng NF cho hiệu quả thấp hơn một chút 92 - 99 % với các chất màu có khối lƣợng
phân tử lớn hơn 780 đvC. màng UF cũng đã đƣợc thử nghiệm, tuy nhiên hiệu quả xử

nhóm của các tác giả Qimeng Li [33], Naser Ghasemzadeh[22], Seung Won
Nahm[39]. Một số các tác nhân khác cũng đƣợc sử dụng nhƣ chất hoạt động bề
mặt[43], hydroperoxit[19]. Hiệu quả tái sinh của các nghiên cứu này đạt đƣợc trong
khoảng 50 đến 86 %. So với phƣơng pháp nhiệt, thì phƣơng pháp này có ƣu điểm là có
thể thực hiện tại chỗ mà không cần chuyển than ra ngoài, không mất nhiều than do
quá trình tái sinh. Nhƣng nhƣợc điểm là sử dụng hóa chất và có nguy cơ gây ô nhiễm
môi trƣờng do chất thải sau tái sinh.
Phƣơng pháp ôxi hóa pha lỏng
Phƣơng pháp ôxi hóa pha lỏng sử dụng ôxy không khí để ôxi hóa các chất bị hấp phụ
trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Tổng quan của Sufnarski cho thấy, một số tác
giả đã thử nghiệm phƣơng pháp này, tuy nhiên hiệu quả hấp phụ sau tái sinh giảm
xuống do sự hình thành các chất mới liên kết trên bề mặt[46].
Phƣơng pháp dung môi
Bản chất của phƣơng pháp này là quá trình chiết các chất đã bị hấp phụ trên than khi
cho dung môi đi qua than. Hai loại dung môi đƣợc nghiên cứu là nƣớc và CO2 gần
điểm tới hạn. Đối với nƣớc, khi gần điểm tới hạn các tính chất của nƣớc nhƣ liên kết
hydro, sự phân cực, độ nhớt, hằng số điện môi thay đổi rất khác so với nƣớc thông
thƣờng. Các tính chất này làm cho nƣớc có khả năng khuếch tán nhanh và có khả năng

21


hòa tan tốt các chất không phân cực. Do vậy có khả năng chiết các chất hấp phụ trên
than và tách pha rất tốt.

Hình 1.2. Giản đồ pha của nƣớc
(nguồn: />Khi sử dụng H2O ở áp suất 12,2 MPa để tái sinh than đã bão hòa phenol, màu dệt
nhuộm và thuốc trừ sâu, các tác giả Salvador và Sanchez cho thấy quá trình giải hấp
đƣợc thực hiện ở khoảng 100 oC với thuốc trừ sâu, 155 oC với phenol, 263 oC với chất
màu. Tuy nhiên cần phải đạt 325 oC để có thể tái sinh hoàn toàn. Trong một số trƣờng