Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu sự hình thành các gốc hydroxyl, carbonate trong hệ peroxymonocarbonate và ứng dụng trong xử lí Alizarin Red S, Crystal Violet

Ô nhiễm nguồn nước mặt bởi các hợp chất hữu cơ bền vững là một thách thức môi trường toàn cầu, đòi hỏi các giải pháp xử lí hiệu quả hơn phương pháp truyền thống. Trong bối cảnh đó, các hệ oxi hóa tiên tiến (AOPs) nổi lên như giải pháp tiềm năng. Luận án này tập trung nghiên cứu hệ peroxymonocarbonate (PMC), một AOP thân thiện với môi trường, có khả năng hoạt động hiệu quả trong khoảng pH rộng. PMC tạo ra các gốc oxi hóa mạnh như hydroxyl và carbonate, đóng vai trò then chốt trong phân hủy chất ô nhiễm. Nghiên cứu này nhằm làm sáng tỏ cơ chế hình thành và định lượng chính xác các gốc này, đồng thời ứng dụng hệ PMC để xử lí hiệu quả các chất màu hữu cơ phổ biến như Alizarin Red S và Crystal Violet.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư môi trường, hóa học phân tích, hóa học xanh và sinh viên sau đại học quan tâm đến các quá trình oxi hóa nâng cao và xử lí nước thải.

Luận án trình bày nghiên cứu chuyên sâu về sự hình thành và định lượng các gốc hydroxyl (OH) và carbonate (CO3-) trong hệ peroxymonocarbonate (PMC), đồng thời ứng dụng hệ này trong xử lí hai chất màu hữu cơ đại diện là Alizarin Red S (ARS) và Crystal Violet (CV). Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu cấp thiết về xử lí nước ô nhiễm chứa các hợp chất hữu cơ bền vững mà các phương pháp truyền thống kém hiệu quả. Hệ PMC được đánh giá là một công nghệ oxi hóa tiên tiến (AOPs) đầy hứa hẹn nhờ tính thân thiện với môi trường, khả năng hoạt động ổn định trong dải pH rộng (trung tính đến kiềm nhẹ) và khả năng tăng cường hoạt tính bởi ion kim loại chuyển tiếp như Co2+.
Về phương pháp luận, nghiên cứu tập trung vào việc phát triển và áp dụng phương pháp huỳnh quang sử dụng các chất bắt gốc đặc hiệu: axit terephthalic (TA) để định lượng gốc OH (tạo ra hTA phát huỳnh quang) và N,N-dimethylaniline (DMA) để định lượng gốc CO3- (sản phẩm không phát huỳnh quang). Cách tiếp cận này cho phép định lượng gián tiếp các gốc tự do có tính phản ứng cao và thời gian tồn tại ngắn. Luận án đã xây dựng quy trình định lượng cho cả hai gốc, làm sáng tỏ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành và nồng độ của chúng, bao gồm nồng độ chất oxi hóa và xúc tác. Các mô hình động học cũng được sử dụng để đánh giá đóng góp của từng gốc.
Trong phần ứng dụng, hệ PMC được đánh giá hiệu quả trong việc khử màu ARS và CV. Nghiên cứu cũng khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng như pH, nồng độ chất oxi hóa, xúc tác, anion vô cơ và chiếu xạ UV đến hiệu suất xử lí. Kết quả cung cấp dữ liệu định lượng quan trọng, góp phần làm sâu sắc hiểu biết về cơ chế oxi hóa của hệ PMC, bao gồm cả cơ chế tấn công nucleophile của HCO4-, và chứng minh tiềm năng của hệ này trong xử lí nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là khả năng hoạt động hiệu quả ở pH tự nhiên mà không cần điều chỉnh, qua đó giảm chi phí và tác động môi trường.