Tối ưu hóa quá trình phân hủy 4-chlorophenol bằng H2O2 kích hoạt oxit sắt từ tính xúc tác trên chất mang than hoạt tính
144 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.97.2024.96-104Từ khóa:
Than hoạt tính từ tính; 4-chlorophenol; Oxy hóa bậc cao.Tóm tắt
Nước thải tại các nhà máy hóa chất sản xuất thuốc trừ sâu luôn mang theo một lượng lớn chất hữu cơ khó phân hủy. Một trong số đó là hợp chất 4-chlorophenol có đặc tính khó phân hủy, bền trong môi trường và còn được liệt vào nhóm chất có khả năng gây ung thư cho con người. Trong nghiên cứu này, hợp chất 4-chlorophenol được xử lý bởi phương pháp fenton dị thể với H2O2 hoạt hóa bằng các hạt nano oxit sắt từ trên than hoạt tính. Kết quả chỉ ra rằng, đã tổng hợp thành công hạt nano oxit sắt từ gắn trên than hoạt tính có kích thước 10-15 nm với các thông số hình thái bề mặt vật liệu như diện tích bề mặt riêng 330,28 cm2/g; tổng thể tích lỗ rỗng 0,16 cm3/g; độ từ hóa 8,19 emu/g. Việc tối ưu hóa phản ứng phân hủy 4-chlororphenol với các thông số pH, hàm lượng chất xúc tác, nồng độ ban đầu của 4-chlorophenol được thực hiện bằng kế hoạch Box-Behnken. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ 4-chlorophenol đạt 96,5% với thông số tối ưu pH 2,9; nồng độ xúc tác 0,32 g/L; nồng độ ban đầu 4-chlorophenol 92,3 mg/L. Kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu quả phân hủy hợp chất hữu cơ bằng than hoạt tính từ tính.
Tài liệu tham khảo
[1]. Dong W, Yifan W, Xiaodong W, Mengting L, Fei H, Luyu J, Ge Z, Li S, Kai L, and Bingfeng W, “Toxicity assessment of 4-chlorophenol to aerobic granular sludge and its interaction with extracellular polymeric substances”, Journal of Hazardous Materials, vol 289, pp. 101-107, (2015).
[2]. Saravanan A, Deivayanai.V.C, Kumar.P.S, Rangasamy G, Hemavathy.R.V, Harshana T, Gayathri N, and Krishnapandi A, “A detailed review on advanced oxidation process in treatment of wastewater: Mechanism, challenges and future outlook”, Chemosphere, vol 308(3), pp. 136524, (2022).
[3]. Rong C, Guan-qing L, Can C, Lei S, Xiang Z, and Zhong M, “Catalytic oxidation of 4-chlorophenol with magnetic Fe3O4 nanoparticles: mechanisms and particle transformation”, RSC advances, vol 5(82), pp. 66927-66933, (2015).
[4]. Quan G, Huijie H, Sha L, Jingjing Q, Shuangyi T, Liang Y, Wenbo Y, Keke X, Bingchuan L, and Jingping H, “Sludge-derived biochar with multivalent iron as an efficient Fenton catalyst for degradation of 4-Chlorophenol”, Science of The Total Environment, vol 725, pp. 138299, (2020).
[5]. Yijia C, Qin Q, Shuming X, Changsheng N, Jinghong H, and Mei L, “Optimization of the electrochemical treatment of 4-chlorophenol wastewater using response surface method”, Electrochemistry, vol 88(4), pp. 282-289, (2020).
[6]. Sima M, Fatemeh.Z.S, Mussa.F.S, Mehdi.S.G, and Abolfazl A, “Current methods for synthesis of magnetic nanoparticles”, Artificial cells, nanomedicine, biotechnology, vol 44(2), pp. 722-734, (2016).
[7]. Chinedum A, Mohd.A.N.A, Abdul.M.Z, Adibah Y, and Jafariah J, “Synthesis and characterization of magnetic activated carbon developed from palm kernel shells”, Nanotechnology for Environmental Engineering, vol 2, pp. 1-25, (2017).
[8]. Yanqiong W, Hongwu W, Lei W, Boqiao C, and Hongbin C, “Removal of high-concentration 4-Chlorophenol (4-CP) in wastewater using carbon-based heterogeneous catalytic oxidation: Performance and mechanism”, Journal of Cleaner Production, vol 346, pp. 131176, (2022).
[9]. Sultan I, Bualkar A, and Dahlang T, “X-ray diffraction analysis of nanocomposite Fe3O4/activated carbon by Williamson–Hall and size-strain plot methods”, Nano-Structures & Nano-Objects, vol 20, pp. 100396, (2019).
[10]. Shams K, Sidqi.A.A, Shahzad.K.M, and Shirish P, “Surfactant adsorption isotherms: A review”, ACS omega, vol 6(48), pp. 32342-32348, (2021).
[11] . Zhihui D, Wanhui Z, Muwen L, Zhiwei S, Weilin H, Jing L, Yanan L, Juncheng M, Yongtao L, and Chengyu C, “Magnetic Fe3O4/activated carbon for combined adsorption and Fenton oxidation of 4-chlorophenol”, Carbon, vol 167, pp. 351-363, (2020).
[12] . Fangshu X, Ying G, Jingbin Z, Huiling B, Jianfeng Z, Zhihua L, and Weihuang Z, “A novel bifunctional cathode for the generation and activation of H2O2 in electro-Fenton: Characteristics and mechanism”, Electrochimica Acta, vol 430, pp. 141099, (2022).
[13] . Million E, Perumal A, and Esayas A, “Development of electrocoagulation process for wastewater treatment: optimization by response surface methodology”, Heliyon, vol 8(5), (2022).
[14] . Hussaini.J.A, Mohamed.K.S.R, Mu N, Mohammed.L.I, Azmatullah N, Chioma.A.A, Haruna.B.A, Sule A, Bala.S.U, and Joshua.A.K, “Removal of nutrients from pulp and paper biorefinery effluent: Operation, kinetic modelling and optimization by response surface methodology”, Environmental research, vol 214, pp. 114091, (2022).
[15] . Sara Z, Ali A, Maryam D, and Saeid A, “Response surface modeling for the treatment of methylene blue from aqueous media using electro-Fenton process before determination by UV-VIS spectrometer: Kinetic and degradation mechanism”, Analytical Methods in Environmental Chemistry Journal, vol 5(2), pp. 39-50, (2022).
[16]. The High Score suite, T. Degen, M. Sadki, E. Bron, U. König, G. Nénert; Powder Diffraction / Volume 29 / Supplement S2, pp S13-S18, (2014).
[17]. Design Expert, “Version 11. Stat-Ease,” Design Expert Inc., Minneapolis, (2018).
[18]. Tabasum A, Zahid M, Bhatti H.N, Asghar M, “Fe3O4-GO composite as efficient heterogeneous photo-Fenton’s catalyst to degrade pesticides”, Materials Research Express, 6(1), 015608, (2018).
[19]. Yang D, Gong X, Peng L, Yang D, Liu Y, “Zn-CNTs-Fe3O4 catalytic in situ generation of H2O2 for heterogeneous Fenton degradation of 4-chlorophenol”, Chemosphere, 208, 665-673, (2018).
[20]. Huang Z, Chen Z, Chen Y, Hu Y, “Synergistic effects in iron-copper bimetal doped mesoporous γ-Al2O3 for Fenton-like oxidation of 4-chlorophenol: Structure, composition, electrochemical behaviours and catalytic performance”, Chemosphere, 203, 442-449, (2018).
