Khảo sát đặc điểm của plasma lạnh và khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp quốc phòng

Bài viết này trình bày kết quả khảo sát sự hình thành plasma lạnh từ phóng điện màn chắn (DBD) và kết quả minh chứng sự xuất hiện của các tác nhân oxi hóa trong pha lỏng. Ngoài ra, các kết quả áp dụng thử công nghệ này để xử lý nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ có chứa 2,4,6-trinitroresocxin (TNR) đã cho thấy đây thực sự là hướng đi mới, có nhiều triển vọng trong việc xử lý nước thải độc hại ở các nhà máy quốc phòng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát đặc điểm của plasma lạnh và khả năng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp quốc phòngNghiên cứu khoa học công nghệ KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM CỦA PLASMA LẠNH VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP QUỐC PHÒNG Nguyễn Cao Tuấn1*, Nguyễn Văn Hoàng1, Đặng Kim Chi2, Nguyễn Thị Dung1 Tóm tắt: Ứng dụng công nghệ plasma lạnh để xử lý nước thải bị ô nhiễm hợp chất khó phân hủy là một hướng đi mới, đang rất được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. Công nghệ này có nhiều ưu điểm so với các công nghệ truyền thống khác do quá trình hình thành plasma tạo ra các tác nhân ôxi hóa ngay tại chỗ -“in situ” trong quá trình xử lý như: bức xạ tử ngoại (UV), gốc hydroxyl (OH), ozone (O3) và hydro peroxit (H2O2) [1-2]. Bài báo này trình bày kết quả khảo sát sự hình thành plasma lạnh từ phóng điện màn chắn (DBD) và kết quả minh chứng sự xuất hiện của các tác nhân oxi hóa trong pha lỏng. Ngoài ra, các kết quả áp dụng thử công nghệ này để xử lý nước thải dây chuyền sản xuất thuốc gợi nổ có chứa 2,4,6-trinitroresocxin (TNR) đã cho thấy đây thực sự là hướng đi mới, có nhiều triển vọng trong việc xử lý nước thải độc hại ở các nhà máy quốc phòng.Từ khóa: Plasma lạnh; Gốc hydroxyl; TNR; Phóng điện màn chắn (DBD); Tia UV; Nước thải. 1. MỞ ĐẦU Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh để xử lý nướcthải. Các mô hình phóng điện màn chắn điện môi được thiết lập phần lớn có hai dạng: tuầnhoàn nước trong mô hình điện cực đồng trục hình trụ, điện cực cao áp được bọc bên ngoàiống thạch anh cách điện [3-5] và tuần hoàn nước qua bề mặt điện cực nối đất, điện cực caoáp được đặt cách khỏi mặt nước và thông qua màn chắn cách điện [6-7]. Tùy thuộc vàoquá trình xử lý để chọn mô hình phù hợp. Nghiên cứu này lựa chọn loại mô hình điện cựcđồng trục hình trụ cho các khảo sát (hình 1). Khi đặt vào 2 cực một dòng điện cao áp đủ lớn, plasma lạnh sẽ hình thành, cùng với đólà sự hình thành ozone (O3), tia UV và oxy nguyên tử cũng được tạo ra (1,2). Sau khi hấpthụ vào nước, O3 tác động với các ion hydroxide (OH-) và các phân tử nước để tạo thànhhydroxyl tự do (•OH) (3,4,5). Nước trên bề mặt bị bay hơi tạo thành các phân tử hơi nước,dưới tác động va đập của các điện tử năng lượng cao được sinh ra từ quá trình ion hóakhông khí cũng như phản ứng của các ôxy nguyên tử (O) lên phân tử hơi nước sẽ tạo rathêm •OH (6,7). Khi plasma hình thành cả trong pha lỏng và pha khí sẽ làm xuất hiện hai thành phầnôxy hóa rất mạnh đó là O3 và •OH trong môi trường nước theo các quá trình [2]: - Quá trình hình thành ozone dưới tác động của tia lửa điện: O2 + h  O + O (1) O + O2  O3 (2) - Quá trình hình thành hydroxyl tự do khi ozone hòa tan trong nước: O3 + OH-  O3 - + OH (3) - - O3  O + O2 (4) O - + H2O  OH + OH- (5) - Quá trình hình thành hydroxyl tự do khi các điện tử năng lượng va đập vào phân tử hơi nước: e- + H2O  OH + H + e- (6) - Quá trình hình thành hydroxyl tự do khi các ôxy nguyên tử phản ứng với phân tử hơi nước:Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 127 Hóa học & Kỹ thuật môi trường O + H2O  OH + OH (7) Tác động của các điện tử năng lượng cao của quá trình hóa học plasma và ozone đếncác phân tử nước sẽ tạo ra thêm OH, H và H2O2 [2], [8-9]:  OH + OH → H2O2 (8)  OH + O3 → HO2 + O2 (9)  H + O3 → OH + O2 (10)  HO2+ O3 → OH + 2O2 (11)  HO2 + H → H2O2 (12) Các tác nhân oxi hóa hình thành từ quá trình plasma lạnh thuộc 2 nhóm: nhóm tác nhântồn tại trong thời gian khá dài như O3, H2O2, ánh sáng UV và nhóm tác nhân tồn tại trongthời gian cực ngắn bao gồm gốc OH, H, HO2,...[10]. Việc xác định được hàm lượngcũng như chứng minh sự xuất hiện của một số tác nhân oxi hóa này có ý nghĩa quan trọngt ...