NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DUNG DỊCH FERRATE (FeO42-) BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HOÁ VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Hóa lý thuyết và hóa lý
Luận án này tập trung vào nghiên cứu tổng hợp dung dịch ferrate (FeO42-) bằng phương pháp điện hóa và ứng dụng của nó trong xử lý nước thải, đặc biệt là các chất màu azo. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do nước thải ngành dệt may chứa thuốc nhuộm hữu cơ độc hại, đặc biệt là thuốc nhuộm azo chiếm tới hai phần ba tổng lượng. Ferrate(VI) được đánh giá là một chất oxy hóa mạnh (thế khử 2,2 V trong môi trường axit) với nhiều ưu điểm như hiệu quả xử lý vượt trội so với các phương pháp khác (ozone, NaClO, Fenton), là chất oxy hóa xanh tạo ra Fe(OH)3 thân thiện với môi trường, và có khả năng đa chức năng như chất oxy hóa, khử trùng, khử màu và keo tụ. Trong các phương pháp tổng hợp ferrate, phương pháp điện hóa nổi bật nhờ sự đơn giản, không sử dụng hóa chất độc hại, chi phí thấp và khả năng tổng hợp tại chỗ.
Mục tiêu của luận án là tìm ra điều kiện tối ưu để tổng hợp dung dịch ferrate bằng phương pháp điện hóa, xác định độ bền của dung dịch ferrate đã tổng hợp và ứng dụng nó để xử lý chất màu azo. Các nghiên cứu đã khảo sát điều kiện ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp ferrate bằng phương pháp điện hóa, bao gồm lựa chọn vật liệu anot (gang cầu, gang xám, thép CT3), chất điện ly, thời gian điện phân, mật độ dòng điện và nhiệt độ. Đồng thời, luận án cũng nghiên cứu sự hình thành lớp thụ động trên bề mặt anot, các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền và động học quá trình phân hủy ferrate, cũng như hiệu quả xử lý các chất màu azo reactive red 195 (RR195) và methyl da cam (MO).
Kết quả cho thấy, dung dịch ferrate đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp điện hóa sử dụng anot gang cầu với hiệu suất cao (74% tại 40 °C). Điều kiện tối ưu bao gồm dung dịch điện phân NaOH 14 M, mật độ dòng điện 40 mA/cm², nhiệt độ 30 – 40 °C và tỷ lệ S/V 0,08 cm-1. Luận án cũng làm rõ cơ chế hình thành lớp thụ động trên bề mặt anot gang cầu, với thành phần chính là Fe3O4, gây suy giảm hiệu suất tổng hợp ferrate sau 6 giờ hoạt động. Độ bền của dung dịch ferrate phụ thuộc vào nhiệt độ (tối ưu 4 °C), nồng độ NaOH (tối ưu 14-16 M) và nồng độ ferrate ban đầu. Trong ứng dụng xử lý nước thải, quá trình xử lý MO và RR195 bằng ferrate diễn ra nhanh chóng (3-5 phút đầu tiên), với hiệu suất cao (99,3% cho MO và 93% cho RR195) tại pH tối ưu là 3. So với các phương pháp khác, ferrate(VI) cho thấy hiệu quả xử lý tốt hơn trong thời gian ngắn, đồng thời là một chất oxy hóa xanh, dễ tổng hợp và chi phí thấp, trở thành lựa chọn khả thi cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm.