Nghiên cứu động học quá trình phân hủy 2,4,6 -Triclophenol (TCP) trong nước bằng hệ xúc tác Fe(III) -TAML/H2O2

Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu đặc điểm động học quá trình phân hủy 2,4,6-triclophenol (TCP) trong nước bằng hệ xúc tác Fe-TAML/H2O2, trong đó có xét tới sự ảnh hưởng của nồng độ H2O2, tỷ lệ nồng độ Fe(III)- TAML/TCP và nhiệt độ đến đặc điểm động học của phản ứng. Ngoài ra, bài báo đã tính toán một số thông số động học như hằng số tốc độ k, năng lượng hoạt hóa trong khoảng nhiệt độ từ 25 o C÷60 o C.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu động học quá trình phân hủy 2,4,6 -Triclophenol (TCP) trong nước bằng hệ xúc tác Fe(III) -TAML/H2O2Hóa học & Kỹ thuật môi trường NGHIªN cøU ®éng häc QU¸ TR×NH PH©N HñY 2,4,6 –TRICLOPHENOL (TCP) TRONG Níc B»NG HÖ XóC T¸C Fe(III) -TAML/H2O2 ĐÀO THẾ HỮU**, ĐINH NGỌC TẤN*, NGUYỄN HÙNG PHONG** Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu đặc điểm động học quá trình phân hủy 2,4,6-triclophenol (TCP) trong nước bằng hệ xúc tác Fe-TAML/H2O2, trong đó có xét tới sự ảnh hưởng của nồng độ H2O2, tỷ lệ nồng độ Fe(III)- TAML/TCP và nhiệt độ đến đặc điểm động học của phản ứng. Ngoài ra, bài báo đã tính toán một số thông số động học như hằng số tốc độ k, năng lượng hoạt hóa trong khoảng nhiệt độ từ 25 oC÷60 oC.Từ khóa: Xúc tác Fe(III)-TAML, 2,4,6-triclophenol, Động học. 1. MỞ ĐẦU Xúc tác Fe(III)-TAML là một dạng xúc tác oxy hóa tiên tiến, thân thiện vớimôi trường và có hoạt tính xúc tác oxy hóa cao đối với nhiều dạng chất ô nhiễmkhác nhau như: các hợp chất clo hữu cơ, các hợp chất màu, các hợp chất hữu cơchứa lưu huỳnh [7]... Về mặt cơ chế quá trình oxi hóa chất ô nhiễm bằng hệ xúc tácFe-TAML/H2O2, xúc tác Fe(III)- TAML hoạt động không giống cơ chế của phảnứng Fenton.Gốc tự do OH* được tạo ra ở phản ứng Fenton có thể có hoạt tính caovà có khả năng làm sạch nhiều chất hữu cơ nhưng nó lại không có tính chọn lọccao, độ bền thấp, thời gian sống không dài. Trong cơ chế phản ứng của xúc tácFe(III)- TAML, thay vì tạo ra gốc tự do OH*, xúc tác sẽ được hoạt hóa bởi cácchất oxy hóa hữu cơ hay hydroperoxittạo ra các hợp chất trung gian hoạt động làdạng Fe-oxo hay Fe-per oxo của phức sắt với số oxy hóa của nguyên tử Fe là +IVhay +V [1,3,8]. Chính dạng chất trung gian này mới là các tác nhân oxy hóa chínhtrong quá trình phân hủy các hợp chất ô nhiễm [1,3,8]. Để hoàn thiện quá trìnhnghiên cứu xúc tác Fe(III)-TAML, tiến tới đưa xúc tác này vào ứng dụng thực tếnhóm tác giả của giáo sư Terrence J.Collins đã tiến hành nghiên cứu về sự hìnhthành các sản phẩm trung gian hoạt động của hệ xúc tác Fe(III)-TAML/H2O2, cũngnhư cơ chế của quá trình phản ứng của hệ xúc tác Fe(III)-TAML/H2O2 với một sốchất hữu cơ ô nhiễm điển hình [1,8]. 2,4,6 – triclophenol (TCP) là một chất gây ô nhiễm môi trường thường phát thải từcác quá trình như: tẩy trắng giấy, xử lý, bảo quản gỗ và sản xuất thuốc trừ sâu... Dophân tử có cấu tạo đối xứng và chứa các nguyên tử clo nên TCP có độc tính cao vàkhá bền hóa học [2,6]. Mặc dù vậy, trong các nghiên cứu thời gian gần đây cho thấyhệ xúc tác Fe(III)-TAML(B*)/H2O2 có khả năng oxi hóa mạnh đối với TCP [10]. Đểhoàn thiện các nghiên cứu này, thì việc nghiên cứu cơ chế động học của phản ứng làrất quan trọng, góp phần làm rõ đặc điểm của xúc tác Fe(III)-TAML cũng như khảnăng ứng dụng của nó trong quá trình xử lý TCP ô nhiễm nói riêng, các hợp chất clohữu cơ ô nhiễm nói chung.138 Đ. T. Hữu, Đ. N. Tấn, N. H. Phong, “Nghiên cứu động học… FE(III)-TAML/ H2O2.”Nghiên cứu khoa học công nghệ 2. PHẦN THỰC NGHIỆM2.1. Hoá chất, thiết bị2.1.1. Hóa chất thí nghiệm: - Xúc tác Fe(III)-TAML (B*): Tổng hợp - 2,4,6-Triclophenol (2,4,6 – TCP) (Meck) : 98% - Hydroperoxit (Sigma): 30% - n- Hexan(Meck) :độ tinh khiết phân tích - Các hóa chất khác: Na2SO4, axit Photphoric… là các hóa chất hãngMerck, độ tinh khiết phân tích (PA).2.1.2. Thiết bị thí nghiệm - Máy sắc kí khí HP 6890 - Cân điện tử Toledo, độ chính xác 10-4gam (Thụy Sỹ) - Các thiết bị thí nghiệm thông dụng khác: pipet bán tự động, bình định mức,ống nghiệm chịu nhiệt...2.2. Phương pháp tạo mẫu phản ứng oxi hóa Dung dịch mẫu được cố định pH bằng dung dịch đệm, đặt trong nồi ổn nhiệtvà được điều chỉnh về nhiệt độ phản ứng, sau đó thêm vào dung dịch Fe(III)-TAML,tiếp theo thêm H2O2 vào để thực hiện phản ứng phân hủy. Theo thời gian, lấy mỗi lần5ml mẫu đem đem xử lý mẫu và phân tích xác định lượng TCP còn lại.2.3. Phương pháp phân tích2.3.1. Phương pháp phân tích xác định nồng độ TCP Hàm lượng TCP trong mẫu được xác định bằng phương pháp phân tích sắckí khí như sau: 5ml dung dịch mẫu được chiết bằng 2ml n-hexan/ 2 lần, mẫu sau khiđược làm khô bằng Na2SO4 khan, sẽ được cô cạn đến còn 1ml bằng cách sục khí N2.Sau đó mẫu được bơm vào máy sắc khí khí HP 6890 với đầu đo ECD, cột: HP-1(30m x 0,32mm x 0,25µm) và chương trình nhiệt độ: nhiệt độ đầu: 70oC, tốc độ gianhiệt: 10oC/phút, nhiệt độ kết thúc: 270oC, nhiệt độ inlet là 250 oC, nhiệt độ buồngđo 300 oC. Nồng độ TCP trong mẫu được xác định căn cứ vào đường chuẩn. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1. Quá trình động học phản ứng oxi hóa TCP trong nước bằng hệ xúc tácFe(III)-TAML/H2O2 Cơ chế động học của quá trình phản ứng oxi hóa TCP trong nước bằng hệ xúctác Fe(III)-TAML/H2O2 được biểu diễn theo sơ đồ h ...