Nghiên cứu xử lí nước thải bằng TiO2 – Triển khai xử lí nước thải chợ, rỉ rác và chăn nuôi heo

TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN

Soá 10 - Thaùng 6/2012

NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG TiO2 –TRIỂN KHAI

XỬ LÍ NƯỚC THẢI CHỢ, RỈ RÁC VÀ CHĂN NUÔI HEO

PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN ^(*)

LÊ PHÚC NGUYÊN ^(**)

TÓM TẮT

Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu khả năng xử lí các hợp chất hữu cơ khó hoặc

không phân huỷ sinh học (POPs-Persistent Organic Pollutants) dựa vào chỉ tiêu nhu cầu

oxy hoá học (COD-Chemical Oxygen Demand) có trong các nguồn nước thải bằng hệ

quang xúc tác TiO₂. Các nghiên cứu được thực hiện trên hai nguồn nước thải là nguồn tự

tổng hợp và nguồn thải thật cùng năm loại TiO₂có cấu trúc anatase với nguồn gốc xuất xứ

khác nhau trong ba điều kiện chiếu xạ là UV, Vis và tối (không có chiếu xạ). Năm loại

nước thải tổng hợp được pha chế từ năm hợp chất hoá học tương ứng là kali hydrophtalat,

phenol, anilin, etanol và acid acetic. Ba đối tượng nước thải thật được chọn nghiên cứu là

ớc thải chợ đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác bãi rác Phước Hiệp

nư

ủ

– C

Chi và nước thải chăn nuôi heo. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi nồng độ COD của các

-4

ản

nguồn nước thải được giữ cố định ở 200 ppm (20010 %) thì thời gian tối ưu để ph

ão hoà

ứng quang xúc tác xảy ra đến giai đoạn b

là 3 giờ, hàm lượng xúc tác tối ưu là 2g

TiO₂/1lít dung dịch nghiên cứu, TiO₂của Merck cho hoạt tính tốt nhất và phản ứng quang

hoá cho hiệu quả xử lí tốt nhất trong điều kiện có chiếu xạ UV. Hiệu quả xử lí trên nguồn

nước thải thật cao hơn so với nguồn tổng hợp. Các hợp chất hữu cơ có vòng thơm được xử

lí dễ dàng hơn so với các hợp chất không vòng. Các hợp chất acid hữu cơ được xử lí tốt

hơn so với các hợp chất có tính bazơ.

ừ khoá:

T

ớc thải, hợp chất ô n

Nư

hiễm hữu cơ khó phân hủy và hệ quang xúc tác TiO₂.

ABSTRACT

The paper reports the research on using TiO₂photocatalytic system to treat persistent

organic pollutants (POPs) based on chemical oxygen demand (COD) in waste water. The

study was carried out on two kinds of wastewater sources, which were the synthetic

organic compounds (potassium hydrogen phtalate, phenol, aniline, ethanol and acetic

acid) and the actual wastewaters (market, rubbish and swine wastewaters) and five

different types of TiO₂in three radioactive conditions (UV, Vis and dark). The results

showed that TiO₂photocatalytic system was able to handle POPs in waste water (fixed

COD concentration, 200 ppm). Among UV, Vis and dark systems, the activity of TiO₂

catalyst in UV system was the best. The TiO₂catalyst concentration and reaction time met

the optimum condition at 2 g/l and 3 hours, respectively. The TiO₂Merck catalyst had the

highest activity among five different types of TiO₂catalyst. The aromatic organic

compounds were treated more easily than the non ones. The organic acid compound

treatment was better than the base substances.

Keywords: Waste water, persistent organic pollutants (POPs) and TiO₂photocatalytic

system.

^(*)TS, Trường Đại học Sài Gòn

^(**)TS, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển chế biến Dầu khí , Viện Dầu khí Việt Nam

LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN

1. MỞ ĐẦU

Công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã

ần nâng cao cuộc sống vật chất và

thế giới ngày nay trong quá trình xử lí

nước thải ^[1,5,6]. Trong giới hạn của bài báo

này, chúng tôi lựa chọn nghiên cứu khả

năng của hệ xúc tác quang TiO₂trong quá

trình xử lí POPs dựa vào chỉ tiêu nhu cầu

oxy hoá học (COD) có trong ba loại nước

thải chưa được nghiên cứu xử lí trước đây

là nước thải chợ đầu mối nông sản thực

phẩm Thủ Đức, nước rỉ rác tại bãi rác

Phước Hiệp – Củ Chi và nước thải chăn

nuôi heo. Nghiên cứu triển khai xử lí các

nguồn nước thải tổng hợp tự pha chế từ

một số hợp chất hữu cơ đại diện về cấu

trúc hoá học như hợp chất có tính acid,

bazơ, có và không có vòng thơm để so

sánh với khả năng xử lí trên nguồn nước

thải tự nhiên. Ngoài ra, nghiên cứu cũng

khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu

suất phản ứng quang hoá như thời gian tối

ưu, hàm lượng chất xúc tác, hoạt tính của

chất xúc tác, bước sóng và cường độ bức

xạ đồng thời cũng lưu ý đến các yếu tố

nhiệt độ, pH và tính chất hoá học của các

nguồn nước thải.

góp ph

ần của con người nhưng

tinh th

đồng thời

ộng đến toàn bộ môi trường tự

cũng tác đ

ủa hành tinh chúng ta

nhiên c

. Tài nguyên

ự phát

ớc đang bị tác động

nư

nặng nề do s

Chính vì th

ược đặt ra là cần có những công

ển kinh tế không bền vững.

tri

ế,

ấn đề đ

v

ệ hữu hiệu xử lí triệt để

ngh

ất ô

các ch

ước

ễm trong n

à các chất

ặc biệt l

thải, đ

nhi

ơ bền POPs

ễm hữu c

ô nhi

ể có thể thu hồi

đ

lại nước sạch từ các nguồn thải khác nhau

nhằm đảm bảo đủ nguồn nước cung cấp

cho sinh hoạt và sản xuất. Các quá trình

oxy hoá nâng cao (AOPs – Advanced

Oxidation Processes) là các quá trình phát

•

sinh các gốc tự do OH kém bền và có thế

oxy hoá rất cao (2,8V) để xử lí POPs trong

ớc ở nhiệt

nư

độ phòng. AOPs được xem là

những công nghệ nổi bật trong xử lí các

ất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải nhờ

ch

không gây ô nhi

phương pháp khác. Trong số các AOPs th

ễm thứ cấp như các

ì

ợc ứng

đang đư

quá trình xúc tác quang

2. THỰC NGHIỆM

ãi trong xử lí môi trư

ụng rộng r

d

ờng. Đặc

2.1. Nguồn nước thải

điểm nổi bật của quá trình xúc tác quang là

các chất hữu cơ có thể đạt đến mức vô cơ

hoá hoàn toàn, không phát sinh ra bùn bã

thải, chí phí đầu tư và vận hành thấp, thực

Nghiên cứu sử dụng hệ quang hoá xúc

tác TiO₂để xử lí POPs (dựa vào chỉ tiêu

COD) có trong hai nguồn nước thải là

nguồn tự tổng hợp và tự nhiên. Đối với

nguồn thải tự tổng hợp, năm hợp chất là

kali hydrophtalat (kí hiệu là KHP), phenol,

anilin, etanol và acid acetic (kí hiệu là

ện trong điều kiện nhiệt độ và áp suất

hi

ường, có thể sử dụng

bình th

ồn UV

ngu

ạo hoặc thiên nhiên và không cần

nhân t

ất cứ loại hoá chất oxy hoá nào

ên

Aacetic) được chọn nghiên cứu. Đầu ti

dùng thêm b

^[1-4]. Đối với quá trình quang xúc tác trên

nền TiO₂thì ngoài các ưu điểm giống như

tiến hành pha dung dịch, xác định COD

ầu của ịch này ến

ban đ , sau đó ti

các dung d

ột loại

hoá học

ịch thải

ồng độ COD

hành pha dung d có n

các AOPs khác, xúc tác TiO₂là m

ất phổ biến, không độc, bền

hoá ch

là 200 ppm (200×10^-4%). Đối với nguồn

thải tự nhiên, chúng tôi chọn nghiên cứu

trên ba đối tượng là nước thải chợ đầu mối

nông sản thực phẩm Thủ Đức (mẫu được

lấy tại bể điều hoà của trạm xử lí nước thải

với quá trình quang xúc tác, ít bị ảnh

[1,5]

hưởng bởi pH và có thể tái sử dụng

.

Quá trình quang xúc tác trên nền TiO₂đã

được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi trên

LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN

của chợ, kí hiệu là NTC), nước rỉ rác tại bãi

rác Phước Hiệp – Củ Chi (mẫu được lấy tại

hồ chứa nước rỉ rác, kí hiệu là NRR) và

nước thải chăn nuôi heo (mẫu được lấy sau

hệ thống xử lí USBF, kí hiệu là NTH). Các

mẫu nước thải được lọc để loại bỏ các chất

rắn lơ lửng rồi phân tích chỉ tiêu COD ban

Vis và hệ tối. Đối với hệ UV và Vis, mỗi

mô hình thí nghiệm gồm thùng xốp hình

chữ nhật với kích thước 70x50cm và đèn

UV (loại UV – A, bước sóng từ 320 -

380nm, công suất 15W) hoặc đèn Vis

(bước sóng từ 400 - 700nm, công suất

15W). Ngoài ra, mỗi thùng được dán giấy

bạc chắn sáng để loại bỏ các yếu tố ảnh

hưởng khác. Trên mỗi nắp thùng tiến hành

khoét hai lỗ, trong đó một lỗ để cánh khuấy

với tốc độ 500 vòng/phút và lỗ còn lại có

nắp đậy để rút mẫu tiến hành xác định

COD và quan sát xem cánh khuấy có hoạt

ành pha dung dịch thải

ầu ến h

đ , sau đó ti

có

ồng độ COD

n

là 200 ppm.

2.2. Hoá chất và dụng cụ

ạt tính quang hoá

Anatase là pha có ho

ạnh nhất trong ba dạng tồn tại của TiO

m

2

nên được chọn làm xúc tác. Năm loại TiO₂

với cấu trúc anatase có nguồn gốc khác

nhau được chọn khảo sát là TiO₂Trung

ộn

đ g bình thường hay không để kịp thời

điều chỉnh. Mỗi đèn được bố trí cố định

ngay phía trên becher đựng dung dịch thải

nhằm cung cấp photon cho quá trình quang

xúc tác. Đối với hệ tối (không có chiếu xạ)

thì mô hình thí nghiệm được bố trí tương

tự như hai hệ trên nhưng khác là không có

chiếu sáng. Mô hình thí nghiệm xử lí nước

thải bằng hệ quang xúc tác TiO₂trong ba

điều kiện chiếu UV, Vis và tối được trình

bày trong hình 1.

ốc (Ti

Merck bi

Qu

-T), TiO₂Merck (Ti-M), TiO₂

ến tính với KF (Ti

-MKF), TiO₂

Merck sốc nhiệt khoảng năm phút ở 500 và

950⁰C (Ti-M500 và Ti-M950). Phương

ốc nhiệt

pháp nung s

à 950⁰

ở 500 v

C bằng

máy carbolite. Các hoá chất và dụng cụ

dùng cho phân tích COD.

2.3. Mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thực hiện

trên ba hệ là hệ có chiếu UV, hệ có chiếu

Rút mẫu

Text

!

Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lí nước thải của ba hệ UV, Vis và tối

cùng một lúc trên ba hệ UV, Vis và tối

nhằm giảm bớt sai số từ mỗi lần pha dung

2.4. Phương pháp thực hiện

Mỗi lần chạy mô hình được tiến hành

NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯỚC THẢI BẰNG TiO₂…

dịch. Dung dịch thải (250ml, nồng độ COD

là 200 ppm) và TiO₂cần dùng được cho

vào 3 becher, khuấy đều. Đặt 3 becher vào

ba mô hình tương ứng cho ba hệ UV, Vis

và tối. Trong quá trình chạy mô hình, định

kỳ sau một giờ là lấy 10 ml mẫu đem phân

tích thông số COD để tính toán hiệu suất

phản ứng. Phương pháp lấy mẫu và phân

thải được giữ cố định ở 200 ppm thì thời

gian tối ưu để phản ứng quang xúc tác xảy

ra đến giai đoạn bão hoà là 3 giờ, hàm

lượng xúc tác tối ưu là 2g TiO₂/1lít dung

dịch nghiên cứu, TiO₂của Merck cho hiệu

quả xử lí tốt nhất và các nguồn nước thải

được xử lí hiệu quả nhất trong điều kiện

chiếu xạ UV.

tích chỉ tiêu COD dựa trên phương pháp

Thời gian tối ưu để phản ứng quang

xúc tác xảy ra đến giai đoạn bão hoà được

chọn lựa khảo sát vì khi xác định được

ào để quá trình quang

ảng thời gian n

kho

xúc tác xảy ra tối ưu thì sẽ giảm thời gian

ử lí và điện năng, góp phần làm giảm chi

x

[7]

ẫu TiO

chuẩn . Các m

được biến tính

2

bằng phương pháp sốc nhiệt ở 2 nhiệt độ là

950 và 500°C. Nguyên tắc của phương

pháp này rất đơn giản, mẫu được lưu trong

ời gian

th

rất ngắn (5 phút) ở nhiệt độ cao,

ử lí nước nhiễm bẩn.

Nhằm khảo sát

sau đó mẫu được rút ra khỏi lò nung và sẽ

hạ nhiệt độ rất nhanh khi tiếp xúc với nhiệt

độ phòng để có thể tạo ra được sự tương

tác nhanh với bề mặt và tạo ra các khuyết

tật bề mặt. Với thời gian lưu mẫu rất ngắn,

phí x

thời gian tối ưu của phản ứng, chúng tôi

tiến hành thực hiện phản ứng quang hoá

trên nước thải tự tổng hợp KHP (COD là

200 ppm) với các hàm lượng xúc tác thay

ển pha từ anatase sang rutile

quá trình chuy

ổi từ 0,5

đ -1,5 gam TiO₂Merck /250ml

ỉ có thể xảy ra với một hàm lượng rất

ch

ỏ trên bề mặt. Một số kết quả cho thấy

nh

trong 4 giờ đồng thời trên ba hệ UV, Vis và

tối. Kết quả cho thấy với hàm lượng xúc

tác 0,5gam TiO₂Merck /250ml trong 3 giờ

đầu thì chỉ tiêu COD giảm đáng kể và

trong giờ thứ 4 thì hầu như không giảm

nữa. Lập lại mô hình thí nghiệm với hàm

ệc hiện diện đồng thời cả hai pha anatase

vi

và rutile (hàm lượng thấp) có thể cho hoạt

ới chỉ có

tính quang xúc tác cao hơn so v

ột pha

ại cho

anatase, xúc tác thương m

m

à

ên gấp đôi (

ấp ba

(1,5 gam TiO₂

ạt tính quang xúc tác rất cao hiện nay l

P25 c

ợng xúc tác tăng l

ho

lư

Merck /250ml) và g

1 gam TiO₂

ũng bao gồm hỗn hợp 2 pha anatase

ết quả

(70-80%) và rutile (20-30%). K

Merck /250ml) kết quả vẫn cho thấy điểm

tối ưu tương ứng với 3 giờ. Như vậy, quá

trình quang xúc tác xảy ra mạnh trong 3

giờ đầu và gần như đã đạt được hiệu suất

oxy hoá các chất hữu cơ tối đa. Đồ thị biểu

diễn sự thay đổi nồng độ COD theo thời

gian phản ứng của mẫu KHP với 0,5 gam

Ti-M được trình bày trong hình 2. Thời

nghiên cứu cũng cho thấy điều kiện sốc

ệt ở 950°C có thể đã tạo được các

ết tật trên bề mặt hoặc ạo được hỗn

ợp anatase/rutile trên bề mặt phù hợp cho

nhi

khuy

t

h

ơn việc sốc nhiệt

quá trình xúc tác quang h

ở 500°C ^[8].

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

ờ có thể xem là khoảng thời gian

gian 3 gi

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lí

POPs-dựa vào chỉ tiêu COD-có trong hai

nguồn nước thải là nguồn tự tổng hợp và

nguồn nước thải thật bằng hệ quang xúc tác

TiO₂cho thấy khi nồng độ COD của nước

ối ưu cho quá trình quang xúc tác,

t

do đó

trong các phần nghiên cứu còn lại chúng

ến hành chạy mô hình trong 3 giờ.

tôi ti

4

LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN

Nồng độ COD (ppm)!

(ppm)!

250!

200

200!

150

150!

Tối!

Vis!

UV!

100

100!

5⁵0^0!

0!

Te

0!

30!

60!

90!

120!

150!

180!

210!

240!

Thời gian (phút)!

ưu của mẫu KHP với 0,5g Ti

ảo sát thời gian phản ứng tối

Hình 2: Kh

-M

Trong quá trình quang xúc tác dị thể,

trong các nguồn nước thải với các hàm

ợng chất xúc

ột trong những

tác là m

ữa 0,5g, 1g và 1,5g

lượng xúc tác TiO₂gi

hàm lư

thông s

phân h

ố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ

ủy quang hoá. Để nghiên cứu ảnh

ịch l

TiO₂/250ml dung d

à không lớn (khoảng

ứu chúng

5-7%), do đó trong các nghiên c

ởng của hàm lượng xúc tá

hư

ờng chọn 2g TiO

tôi thư ₂/lít dung dịch.

c đối với quá

ớc sóng và cường độ bức xạ có ảnh

trình quang phân hủy các hợp chất hữu cơ

chúng tôi tiến hành thực hiện phản ứng

quang hoá trên các loại nước thải với các

Bư

ình

hưởng rất lớn đến động học quá tr

quang xúc tác trên TiO₂. Hiệu suất phản

ứng trong điều kiện chiếu xạ UV là cao

nhất. Kết quả ở hình 3 cho thấy sự chênh

lệch hiệu suất phản ứng quang hoá của hai

hệ UV và Vis vào khoảng 15%. Điều này

mở ra một triển vọng là sử dụng năng

à 1,5g

ợng xúc tác thay đổi 0,5g, 1g v

hàm lư

TiO₂Merck /250ml dung dịch trong 3 giờ

đồng thời trên ba hệ UV, Vis và tối. Kết quả

thí nghiệm cho thấy khi tăng hàm lượng xúc

tác thì hiệu suất quang phân hủy các hợp

chất hữu cơ đều tăng nhưng chỉ đến một

giới hạn nhất định. Điều này có thể giải

ợng mặt trời, nguồn năng lượng sạch và

lư

vô t

ận, cho quá trình xúc tác quang hoá

để

ựa vào tâm hoạt động trên bề mặt

thích d

xử lí nước thải, đặc biệt là dùng để xử lí

POPs. Ánh sáng mặt trời vừa có ánh sáng

khả kiến và cả ánh sáng chứa tia cực tím

nên nếu sử dụng nguồn năng lượng sạch

này thì quá trình xử lí sẽ xảy ra đồng thời

cả hai quá trình là quá trình quang xúc tác

ả năng truyền

TiO₂và kh

sáng vào dung

dịch. Khi hàm lượng xúc tác tăng sẽ làm

cho tâm hoạt động tham gia phản ứng tăng

nhưng khi đã đủ tâm hoạt động thì hiệu suất

phân huỷ không tăng lên nữa. Mặt khác,

TiO₂rất dễ kết tụ lại sẽ làm cho một phần

ủy cảm

(UV/TiO₂) và quá trình phân h

ề mặt TiO

b

ể

không th hấp thụ ánh sáng

quang (Vis/TiO₂). Do đó, hiệu suất phản

2

cũng như hấp phụ các chất hữu cơ dẫn đến

hiệu suất phản ứng cũng giảm đi. Sự chênh

lệch hiệu suất phân hủy các hợp chất hữu cơ

ứng sẽ đáng kể khi sử dụng nguồn bức xạ

ừ ánh sáng mặt trời.

t

LÊ PHÚC NGUYÊN – PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN

80%

60%

40%

20%

0%

UV

Vis

Tối

KHP Phenol Anilin Etanol Aacetic NRR NTC NTH

ệu suất phản ứng giữa các nguồn nước thải khác nhau

Hình 3: So sánh hi

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy với

cùng nồng độ COD ban đầu nhưng hiệu

quả xử lí của các nguồn thải tự nhiên cao

hơn nhiều so với nguồn tự tổng hợp, điều

này mở ra triển vọng ứng dụng cao vào

thực tế. Các hợp chất có vòng cho hiệu quả

xử lí cao hơn so với các hợp chất không

vòng. Các hợp chất có tính acid sẽ được xử

lí hiệu quả hơn các hợp chất có tính bazơ.

Như vậy, các nguồn thải khác nhau dù

cùng nồng độ nhưng có ảnh hưởng khác

nhau lên hiệu suất phản ứng, điều này cho

thấy chính thành phần và tính chất hoá học

khác nhau của các nguồn nước thải đã ảnh

hưởng lên hiệu suất phản ứng. Mức độ ảnh

hưởng của thành phần và tính chất hoá học

của các nguồn nước thải lên hiệu suất phản

ứng cũng được trình bày ở hình 3.

Ảnh hưởng của hoạt tính của các loại

TiO₂đến hiệu suất phản ứng quang hoá

được thực hiện trên các loại nước thải

(COD là 200 ppm) với các hàm lượng xúc

tác là 2g TiO₂/1lít dung dịch trong 3 giờ

đồng thời trên ba hệ UV, Vis và tối. TiO₂

được thay đổi lần lượt bằng 5 loại TiO₂có

xuất xứ khác nhau. Tổng thể so sánh hiệu

nhiên, kết quả nghiên cứu cụ thể trên các

loại nước thải khác nhau cho thấy thứ tự

ảnh hưởng của hoạt tính TiO₂có khác nhau

ại TiO

trên hai lo

là Ti-M500 và Ti-MKF.

2

ước thải chợ đầu mối nông sản

ối với n

Đ

ì hiệu suất giảm dần

ực phẩm Thủ Đức th

th

theo thứ tự là Ti-M; Ti-M950; Ti-M500;

Ti-MKF, Ti-T trong khi đó đối với nước rỉ

ệu suất suất giảm dần theo thứ tự

rác thì hi

dùng TiO₂là Ti-M; Ti-M950; Ti-MKF; Ti-

ều này chứng tỏ không phải

M500, Ti-T. Đi

loại TiO₂nào cũng cho hiệu suất xử lí cao

ống n

gi

hau đối với các loại nước thải khác

nhau. Do đó, khi áp dụng vào thực tế

chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu để

ại TiO

xem lo

nào mang lại hiệu quả xử lí

2

phù hợp nhất.

Quá trình quang xúc tác không đ

ưu trong

òi hỏi

ấp nhiệt, nhiệt độ tối

cung c

-80⁰C^[2,6]. Giá trị pH của dung

ảng 20

kho

dịch trong quá trình quang xúc tác TiO₂

không đòi hỏi quá khắt khe như quá trình

quang fenton (pH<4) mà là một dải pH

rộng. Đây được xem là ưu điểm của hệ xúc

tác quang TiO₂so với các AOPs khác vì

ần đi

không c

ều chỉnh pH, tránh được lượng

ất xử lí giữa các loại TiO

su

loại nước thải thì Ti-M cho hiệu quả xử lí

tốt nhất, tiếp theo đó là Ti-M950. Tuy

đối với các

hoá chất phải sử dụng để điều chỉnh pH sau

đó lại thải vào môi trường. Nồng độ oxy

trong nước cũng ảnh hưởng rất lớn đến tốc

2

NGHIÊN CỨU XỬ LÍ NƯƠĆ THẢI BẰNG TiO2 …

độ và hiệu quả của quá trình quang xúc tác

TiO₂. Trong thực nghiệm, oxy nằm dưới

phản ứng quang hoá cho hiệu quả xử lí tốt

nhất trong điều kiện có chiếu xạ UV và

nguồn nước thải thật cho hiệu quả xử lí cao

hơn so với nguồn tổng hợp. Các hợp chất

hữu cơ có vòng thơm được xử lí dễ dàng

hơn so với các hợp chất không vòng. Các

hợp chất acid hữu cơ được xử lí tốt hơn so

với các hợp chất có tính bazơ. Khi nồng độ

các chất cố định COD 200 ppm, thời gian

phản ứng quang xúc tác xảy ra đến giai

đoạn bão hoà là 3 giờ, hàm lượng xúc tác

tối ưu là 2g TiO₂/1lít dung dịch nghiên

cứu. Trong năm loại xúc tác TiO₂anatase

sử dụng trong nghiên cứu là TiO₂Trung

ạng hoà ta

d

n trong nước và nồng độ oxy là

tương đối đủ nên không cần phải cung cấp

thêm oxy để góp phần ngăn chặn sự tái hợp

giữa electron và lỗ trống tạo thành tác nhân

oxy hoá là anion peroxyt. Chính vì thế,

nồng độ oxy được xem như là không ảnh

ình

ởng quá lớn ến hiệu quả quá tr

hư

quang xúc tác TiO₂.

ử dụng lại xúc tác l

đ

à một trong yếu

Tái s

ố nổi bật nhằm nâng cao tính khả thi của

t

việc áp dụng quá trình quang xúc tác TiO₂.

ứu về khả năng tái sử dụng

Các nghiên c

ủa TiO

ốc, Merck, Merck biến tính với KF,

Qu

Merck nung s

TiO₂của Merck cho hoạt tính tốt nhất.

c

cho thấy không có sự suy giảm

2

ề

ạt tính xúc tác TiO

ốc nhiệt ở 500 và 950⁰

C thì

nào v ho

P-25 sau 14

2

lần được sử dụng trong quá trình quang

phân hủy acid 2,4,5- trichlorophenoxyacetic

hay không suy giảm hoạt tính sau 10 chu

trình liên tiếp được sử dụng trong phản ứng

ủy 4

Hạn chế của nghiên cứu này là chỉ

khảo sát khả năng của hệ quang xúc tác

TiO₂xử lí các nguồn nước thải trong điều

kiện cố định thông số COD ở 200 ppm nên

cần phải có các khảo sát tiếp theo về ảnh

hưởng của nồng độ các chất đối với hiệu

suất phản ứng cũng như độ bền và khả

năng tái sử dụng của xúc tác TiO₂. Nghiên

cứu tiếp theo cũng cần quan tâm đến việc

sử dụng TiO₂có kích thước nano để xử lí

nước thải. Hiệu quả xử lí nếu dùng đèn UV

nhân tạo và ánh sáng mặt trời trên mỗi loại

nước thải cụ thể cũng cần phải được khảo

sát sâu hơn.

phân h

ột triển

-chlorophenol^[9,10]. Đây cũng là

vọng vì có thể tái sử dụng lại chất

m

xúc tác để giảm chi phí xử lí và thân thiện

với môi trường.

4. KẾT LUẬN

Các kết quả nghiên cứu bước đầu cho

thấy hệ quang xúc tác TiO₂có khả năng xử

lí các hợp chất hữu cơ khó hoặc không

ớc thải chợ

phân huỷ sinh học có trong nư

đầu mối nông sản thực phẩm Thủ Đức,

ớc rỉ rác bãi rác Phước Hiệp

ớc thải chăn nuôi heo

ủ Chi và

– C

. Kết quả cho thấy

nư

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R. (1999), Advanced Oxidation

Processes (AOPs) for water furication and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59.

2. Rein M. (2001), Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects,

Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 50 (2), 59–80.

ần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2005),

3. Tr

ử

Các quá trình oxi hoá nâng cao trong x

lí nước và nước thải , Nxb Khoa học và Kĩ thuật.

4. Nguyễn Văn Phước (2007), Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lí COD khó phân

hủy sinh học trong nước rác bằng phản ứng Fenton, Tạp Chí phát triển Khoa học

và Công nghệ, 10 (1), 23-26.

5. Daneshvar N., Rabbani M., Modirshahla N., Behnajady M.A. (2004), Kinetic

modeling of photocatalytic degradation of Acid Red 27 in UV/TiO₂process, J.

Photochem. Photobiol. A: Chem., 168, 39–45.

6. Zhang T., Oyama T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N. (2001),

Photooxidative N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO₂dispersions

under UV irradiation, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry,

140, 163-172.

7. Lenore S. Clescerl, Arnold E. Greenberg, Andrew D. Eaton (1999), Standard

methods for the examination of water and wastewater, APHA.

8. Tien Khoa Le, Delphine Flahaut, Dominique Foix, Sylvie Blanc, Huu Khanh Hung

Nguyen, Thi Kieu Xuan Huynh, Hervé Martinez (2012), Study of surface

fluorination of photocatalytic TiO₂by thermal shock method, Journal of Solid State

Chemistry, 187, 300-308.

9. Sakthivel S., Neppolian B., Shankar M.V., Arabindoo B., Palanichamy M.,

Murugesan V. (2003), Solar photocatalytic degradation of azo dye: comparison of

photocatalytic efficiency of ZnO and TiO₂, Solar Energy Materials & Solar Cells,

77, 65–82.

10. Soo-Keun Lee, Andrew Mills, (2004), Detoxification of water by semiconductor

photocatalysis, J. Ind. Eng. Chem, 10 (2), 173-187.

ận bài ngày 10/4/2012. Sữa chữa xong 25/5/2012. Duyệt đăng 12/6/2012.

* Nh

8