Báo cáo " Phân hủy toluen trong dung dịch bằng phương pháp siêu âm kết hợp với H2O2 "

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này toluen được phân hủy bằng phương pháp siêu âm kết hợp với H2O2. Các thông số tối ưu và hiệu quả của quá trình xử lý được đánh giá. Thí nghiệm được tiến hành với máy siêu âm Bandelin Sonorex ở tần số 35 kHz với nồng độ toluen ban đầu 41ppm. Lượng H2O2 thêm vào tương ứng là 0; 34; 85; 170; 238; 340 và 510ppm. Ảnh hưởng của pH dung dịch được khảo sát với các giá trị 3; 6 và 10. Kết quả cho thấy sự phân hủy toluen đạt hiệu quả cao...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo " Phân hủy toluen trong dung dịch bằng phương pháp siêu âm kết hợp với H2O2 "

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 Phân h y toluen trong dung d ch b ng phương pháp siêu âm k t h p v i H2O2 Nguy n Th Hà1,*, Lưu Minh Loan1, Nguy n Quang Trung2, Ngô Vân Anh1 1 Khoa Môi trư ng, Trư ng Đ i h c Khoa h c T nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguy n Trãi, Hà N i, Vi t Nam 2 Vi n Công ngh Môi trư ng, Vi n Khoa h c và Công ngh Vi t Nam, 18 Hoàng Qu c Vi t, Hà N i, Vi t Nam Nh n ngày 21 tháng 4 năm 2009 Tóm t t. Trong nghiên c u này toluen ñư c phân h y b ng phương pháp siêu âm k t h p v i H2O2. Các thông s t i ưu và hi u qu c a quá trình x lý ñư c ñánh giá. Thí nghi m ñư c ti n hành v i máy siêu âm Bandelin Sonorex t n s 35 kHz v i n ng ñ toluen ban ñ u 41ppm. Lư ng H2O2 thêm vào tương ng là 0; 34; 85; 170; 238; 340 và 510ppm. nh hư ng c a pH dung d ch ñư c kh o sát v i các giá tr 3; 6 và 10. K t qu cho th y s phân h y toluen ñ t hi u qu cao hơn khi tăng lư ng H2O2 pH t i ưu 6. Sau 120 phút ph n ng, hi u qu phân h y toluen ñ t 45,1% ng v i hàm lư ng H2O2 170ppm, cao hơn so v i khi không có m t H2O2 (ch ñ t 27,6%). Các k t qu nghiên c u ñ ng h c cho th y s phân h y toluen tuân theo phương trình ñ ng h c b c 1. 1. M ñ u∗ năng lư ng. Phương pháp h p ph c n v n ñ u tư l n, chi phí v n hành cao và v n có th gây Toluen là m t trong các VOCs ñư c s ra ô nhi m. Phương pháp h p th và ngưng t gi i h n x lý các VOCs n ng ñ th p. Do d ng ph bi n trong nhi u ngành công nghi p như hóa ch t, hóa d u, sơn, v.v. S có m t c a v y vi c tìm ra m t phương pháp hi u qu ñ toluen trong môi trư ng do các ngu n phát th i phân h y h p ch t này là r t c n thi t. Các phương pháp oxy hóa tiên ti n (AOPs) ñã ñư c s gây ô nhi m cho ngu n ti p nh n và nh hư ng ñ n s c kh e con ngư i khi b phơi s d ng ñ oxy hóa các h p ch t h u cơ b n nhi m do ñ c tính và s b n v ng c a toluen v ng trong môi trư ng. Các phương pháp này trong môi trư ng. liên quan ñ n s t o thành các g c t do ñóng vai trò như m t ch t oxy hóa m nh. M t s Các phương pháp lo i b toluen truy n phương pháp oxy hóa tiên ti n ñã ñư c s d ng th ng là thiêu ñ t, h p ph , h p th và ngưng là phương pháp oxy hóa ñi n hóa, s d ng O3, t . Tuy nhiên các phương pháp này có nhi u ph n ng quang Fenton và phương pháp siêu như c ñi m. Phương pháp thiêu ñ t ph i ñư c âm [4-6]. Trong nghiên c u này toluen ñư c th c hi n nhi t ñ cao, do ñó ñòi h i nhi u phân h y b ng phương pháp siêu âm k t h p _______ v i H2O2. Ưu ñi m c a phương pháp này là kh ∗ Tác gi liên h . ĐT: 84-4-35583306. năng lo i b toluen cao, không nh hư ng ñ n E-mail: nguyenthiha@hus.edu.vn 147
148 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 môi trư ng và chi phí th p hơn so v i các dung d ch H2O230%, d=1,11g/ml. Axit phương pháp khác [2]. Các y u t nh hư ng photphoric H3PO4, HClO4 ñ ch nh pH và t o ñ n hi u qu lo i b toluen b ng phương pháp môi trư ng axít cho pha ñ ng máy HPLC, dung siêu âm k t h p v i H2O2 như n ng ñ ban ñ u d ch NaOH; KOH 20% ñ ch nh pH. c a toluen, giá tr pH và lư ng H2O2 b sung H thí nghi m phân h y toluene (hình 1): cũng ñư c nghiên c u. Đ ng h c c a ph n ng N ng ñ ban ñ u c a dung d ch toluen nghiên phân h y ñư c kh o sát v i h th ng quy mô c u 41ppm v i th tích dung d ch là 200ml. B phòng thí nghi m. sung H2O230% ñ có n ng ñ H2O2 tương ng trong dung d ch là 0; 34; 85; 170; 238; 340 và 510ppm. Sau ñó dung d ch ñư c ñưa vào máy 2. Phương pháp nghiên c u siêu âm t n s 35 kHz. pH kh o sát v i các giá tr 3, 6 và 10 (ñi u ch nh b ng dung d ch Hóa ch t, thi t b : Dung d ch toluen 41ppm HClO4 và NaOH). (trong nư c c t), axetonitril: Merck 99.9%, Máy Bình ph n ng siêu âm Dung d ch toluen, H 2O 2 Hình 1. Mô hình h thí nghi m x lý toluen. l nh trong h bơm m u: 40C; Th i gian lưu: 11 Phân tích toluene: Toluen ñư c phân tích b ng máy s c ký l ng hi u nâng cao Shimadzu- phút. 10ADvp (model 2010) v i m t Detector SPD - M10Avp (Detector UV-Vis): S d ng c t 3. K t qu và th o lu n Supelco LC 18 ; h n h p pha ñ ng: Axetonitril/Nư c: 50/50 (v/v) + 0,1% HClO4 + nh hư ng c a pH: Thí nghi m kh o sát 0,0 5% H3PO4; t c ñ dòng: 1mL/phút; Bư c nh hư ng c a pH ñ n quá trình phân h y sóng h p th c c ñ i: 260nm; Nhi t ñ lò c t: toluen (C0=41 ppm) trong kho ng th i gian 120 33oC; Th tích m u bơm: 10µL; Nhi t ñ làm phút v i các giá tr pH 3; 6 và 10 (xem hình 2, 3).
149 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 Th i g ian (phút) 0 50 0 30 60 90 120 45 -0.1 lu n ) H u qu p â h y to e (% 40 lu n ) ([to e ]t/[to e ]0 -0.2 35 30 -0.3 25 ln lu n hn pH 3 -0.4 20 pH 6 -0.5 15 pH 3 pH 10 10 pH 6 -0.6 i pH 10 5 - 0.7 0 0 30 60 90 120 Th i g ian (phút) Hình 2. Hi u qu phân h y toluen t i các giá tr pH khác nhau. K t qu hình 2, 3 cho th y trong ñi u ki n 6.0E-03 thí nghi m hi u qu ñ t cao nh t giá tr pH b ng 6. Đi u này có th ñư c gi i thích pH 5.0E-03 =6, toluen t n t i dư i d ng phân t , ngư c l i k kh ki n ( 1/phút) trong ñi u ki n axít ho c ki m toluen thư ng 4.0E-03 t n t i dư i d ng ion (C6H5CH2+) [3]. Khi ñó trong môi trư ng axit, các ion (C6H5CH2+) 3.0E-03 không bay hơi vào kho ng không gian bên 2.0E-03 trong c a b t khí và ch bám vào bên ngoài xung quanh các b t và tham gia ph n ng khi 1.0E-03 các g c t do (●OH) t n công. Trong khi ñó pH = 6 các phân t toluen l i d dàng phân tán 0.0E+00 vào các khoang ch a b t và ph n ng c bên 0 2 4 6 8 10 12 pH trong b ng ph n ng nhi t phân (nhi t sinh ra Hình 3. S bi n thiên h s ph n ng k theo t quá trình siêu âm) và bên ngoài v i các g c các giá tr pH khác nhau. ● OH như m t ph n ng oxy hóa. Do ñó hi u qu phân h y ñ t cao hơn. Đi u này cũng phù ñư c l y liên t c theo th i gian thu ñư c k t h p v i các công trình nghiên c u trư c ñây [2- qu như sau (hình 4, 5). 4] v ñ ng h c ph n ng phân h y. pH trung tính, h ng s t c ñ k c a ph n ng phân h y Hình 4 và 5 cho th y m c ñ phân h y toluen b ng g c ●OH là 5,1 × 109 (L mol−1 s−1), toluen ph thu c rõ r t vào n ng ñ toluen ban trong khi pH=3 ch là k=3,0×109 (L mol−1 s−1). ñ u. Đ th cũng ch ra hi u qu phân h y toluen gi m khi n ng ñ ñ u vào tăng, ñ ng nh hư ng c a n ng ñ toluen (C0): Thí th i kho ng th i gian ñ u c a ph n ng (60 nghi m nghiên c u nh hư ng c a n ng ñ ban phút ñ u) n ng ñ toluen gi m ñáng k và hi u ñ u c a toluen (thay ñ i trong kho ng 11; 21; qu phân h y tăng nhanh ñ t kho ng 70% v i 27; 41; 54 và 94 ppm) ñ n quá trình phân h y n ng ñ ban ñ u 11ppm. Quá trình này tuân toluen trong h siêu âm trong th i gian 120 theo phương trình ñ ng h c b c 1. phút, n ng ñ H2O2 là 170ppm, pH = 6. M u
150 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 Th i g ian (phút) 0 100 0 30 60 90 120 11 ppm 90 -0.1 21 ppm 80 % o e b p â h y ttt -0.2 ln([toluen]t/[toluen]0) 27 ppm 70 41 ppm -0.3 hn 54 ppm 60 -0.4 94 ppm 50 t lu n -0.5 40 -0.6 30 -0.7 20 11 ppm 21 ppm 27 ppm -0.8 10 41 ppm 54 ppm 94 ppm -0.9 0 0 30 60 90 120 Th i gian (phút) Hình 4. Hi u qu phân h y toluen theo s thay ñ i n ng ñ ban ñ u. 0.4 0.35 0.3 12 V0 (mg/l.phút) 0.25 1/V0 (L .phú t/m g ) 10 y = 89.321x + 1.6324 8 0.2 6 0.15 4 2 0.1 0 0.05 0 0.05 0.1 1/C0 (L/m g) 0 0 20 40 60 80 100 120 140 N ng ñ toluen ban ñ u (ppm) Hình 5. S bi n thiên t c ñ ph n ng V0 theo s thay ñ i n ng ñ toluen ban ñ u. T c ñ ph n ng, V0 ñư c xác ñ nh nh hư ng c a n ng ñ H2O2: Thí nghi m cho th y m i tương quan v i n ng ñ toluen nghiên c u nh hư ng c a n ng ñ H2O2 (trong ban ñ u và cũng tuân theo phương trình ñ ng kho ng 0-510ppm) ñ n s phân h y toluen hc Langmuir-Hinshelwood (LH) v i các h s kLH trong h siêu âm trong th i gian 120 phút, n ng ñ toluen ban ñ u là 41ppm, pH c a dung d ch = 0,61 mg/L.phút và KLH = 0,018 L/mg.
151 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 qu x lý l i gi m d n. H s t c ñ kh ki n k = 6. L y m u liên t c theo các kho ng th i gian, thu ñư c k t qu hình 6, 7. ñ t giá tr t i ưu t i n ng ñ ch t oxy hóa H2O2 là 170ppm. Khi thêm H2O2 có th tăng cư ng Hình 6 và 7 cho th y t c ñ phân h y toluen ph n ng nh kh năng gi electron và t o ra tăng theo lư ng H2O2 m t cách rõ r t khi tăng các g c hydroxyl nh t o l h ng theo các n ng ñ H2O2 trong kho ng 34 ñ n 170ppm. phương trình dư i ñây: Sau ñó khi ti p t c tăng n ng ñ H2O2 thì hi u Th i gian (phút) 50 0 0 ppm 34 ppm 0 30 60 90 120 45 H i u q u p h ân h y t o lu en (% ) -0.1 85 ppm 170 ppm 40 ln ([to lu en ]t/[to lu en ]0) 238 ppm 340 ppm -0.2 35 510 ppm 30 -0.3 25 -0.4 20 15 0 ppm 34 ppm -0.5 85 ppm 170 ppm 10 238 ppm 340 ppm -0.6 5 510 ppm 0 -0.7 0 30 60 90 120 Th i gian (phút) Hình 6. Hi u qu phân h y toluen trên h siêu âm có m t H2O2. 6.0E-03 H s k k n(1 h t) 5.0E-03 /p ú 4.0E-03 3.0E-03 hi 2.0E-03 1.0E-03 0.0E+00 0 200 400 600 N ng ñ H2O2 (ppm ) Hình 7. S bi n thiên h s kh ki n k theo s thay ñ i n n g ñ H 2O 2 .
152 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 H2O2 + hν → 2 •OH Tài li u tham kh o hv (siêu âm) • • ↔ H2O2 + HO2 OH + H2O + O2 [1] A. Maleki, A. H. Mahvi, F. Vaezi, R. Nabizadeh, H2O2 → H + HO2 + - Ultrasonic degradation of phenol and determination of the oxidation by-products H2O2 + H• → H2O + •OH toxicity, Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng, V. 2, 2H2O2 → 2H2O + O2 No. 3 (2005), pp. 201-206. [2] Jih-Gaw Lin, Cheng-Nan Chang, Jer-Ren Wu, Tuy nhiên n u lư ng H2O2 dư, nó s ho t Decomposition of 2-Chlorophenol in aqueous solution by ultrasound/H2O2 process, Wat. Sci. ñ ng như m t l h ng ho c gi g c hydroxyl Tech. V. 33, No. 6 (1996), pp. 75-81. và c ch s phân h y toluen. H2O2 cũng có th [3] Jih-Gaw Lin, Cheng-Nan Chang, Jer-Ren Wu ph n ng v i g c hydroxyl ñ t o thành g c and Ying-Shih Ma. Enhancement of pehydroxyl, m t ch t oxy hóa y u hơn theo decomposition of 2-Chlorophenol with ultrasound/H2O2 process, Wat. Sci. Tech. V. 34, phương trình sau: No. 9 (1996), pp. 41-48. • HO2• + H2O → [4] Nguy n Quang Trung, Nguy n Th Đ ng, OH + H2O2 Nguy n Th Hà, Đ Th C m Vân. Phân h y diclofenac b ng xúc tác quang hóa k t h p v i K t qu thu ñư c hoàn toàn phù h p v i các siêu âm, T p chí Khoa h c ĐHQGHN, Khoa h c nghiên c u trư c ñây và có th ñư c gi i thích T nhiên và Công ngh , V.24, No.1S (2008), pp b ng các cơ ch ph n ng g c [1, 7, 8]. 197-203. [5] Parag R. Gogate, “Treatment of wastewater streams containing phenolic compounds using hybrid techniques based on cavitation: A review K t lu n of the current status and the way forward”, Ultrasonics Sonochemistry, (2008), pp. 1-15. T các k t qu nghiên c u thu ñư c có th [6] Praveena Juliya Dorathi. Ranjit, Kandasany ñưa ra m t s k t lu n sau: Palanivelu, and Chang-Soo Lee, “Degradation of 2,4-dichlorophenol in aqueous solution by sono- pH t i ưu cho s phân h y toluen là pH 6 Fenton method”, Korean J. Chem. Eng., V. 25, v i hi u su t ñ t 45,1%, n ng ñ toluen gi m t No.1 (2008), pp. 112-117. [7] Sadao Matsuzawa, Jun Tanaka, Shinya Sato, 41ppm xu ng còn 22,5ppm sau 120 phút khi Takashi Ibusuki, “Photocatalytic oxidation of k t h p s d ng H2O2 v i siêu âm. dibenzothiophenes in acetonitrile using TiO2: nh hư ng c a n ng ñ toluen ban ñ u ñ n effect of hydrogen peroxide and ultrasound irradiation”, Journal of Photochemistry and s phân h y toluen r t rõ r t 60 phút ñ u c a Photobiology A: Chemistry V.149, No.1-3 ph n ng. Đ ng h c quá trình phân h y toluen (2001), pp. 183-189. tuân theo phương trình ñ ng h c b c 1. [8] Yakov Yasman, Valery Bulatov, Vladimir N ng ñ H2O2 t i ưu cho h ph n ng là V.Gridin, Sabina Agur, Noah Galil, Robert Armon, Israel Schechter, “A new sono- 170ppm. Khi tăng n ng ñ H2O2 >170 ppm electrochemical method for enhanced hi u qu phân h y toluen s gi m. K t qu này deoxification of hydrophilic chloroorganic hoàn toàn phù h p v i cơ ch lý thuy t và các pollutants in water”, Ultrasonics Sonochemistry, V.11, No.6 (2004) , pp. 365-372. công trình ñã công b .
153 N.T. Hà và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 26 (2010) 147-153 Degradation of toluene in aqueous solution by ultrasound/H2O2 process Nguyen Thi Ha1, Luu Minh Loan1, Nguyen Quang Trung2, Ngo Van Anh1 1 Department of Environmental Science, Hanoi University of Science, VNU 334 Nguyen Trai, Hanoi, Vietnam 2 Institute of Environmental Technology, Vietnamese Academy of Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, Hanoi, Vietnam In this study, toluene was degraded by ultrasound in the presence of hydro peroxide (H2O2). The optimal conditions for experiment were investigated in the Bandelin Sonorex ultrasound meter with the frequency of 35kHz, the initial concentration of toluene 41ppm. The content of H2O2 (30% initial solution) added was 0; 34; 85; 170; 238; 340 and 510ppm, respectively. The influence of pH was studied with the values of 3; 6 and 10. The findings showed that, degradation of toluene increased with the increasing of H2O2 contents at pH value of 6. After 120 minutes the degradation efficiency reached 45.1% with the H2O2 content of 170ppm. This efficiency was significant greater than that in the absent of H2O2 (27.6%). The results of kinetic study found the toluene degradation process was followed the 1st kinetic.