Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hóa học tổng hợp xúc tác nano sắt từ mang trên cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp ứng dụng xử lý p nitrophenol

Luận văn về tổng hợp xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp. Ứng dụng hiệu quả trong xử lý p-nitrophenol, ngành Kỹ thuật Hóa học.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Diễm Trinh
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Kỳ Phương Hạ
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Tổng Hợp Xúc Tác Nano Sắt Từ Mang Trên Cellulose Aerogel Từ Phụ Phẩm Cây Bắp Ứng Dụng Xử Lý p-Nitrophenol
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Xúc Tác Nano Sắt Từ Xử Lý p Nitrophenol

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang là vấn đề cấp bách toàn cầu. Sự phát triển công nghiệp đi kèm với việc thải ra các chất hữu cơ khó phân hủy, trong đó có p-Nitrophenol (PNP), một hợp chất độc hại. PNP gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái dưới nước. Do đó, việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để xử lý PNP trong nước thải là vô cùng quan trọng. Các phương pháp truyền thống như hấp phụ bằng than hoạt tính, phân hủy vi sinh vật hay khử hóa học còn nhiều hạn chế. Phản ứng Fenton hóa nổi lên như một giải pháp tiềm năng, sử dụng xúc tác nano sắt từ để tăng hiệu quả xử lý. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp và ứng dụng xúc tác nano sắt từ mang trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp để xử lý PNP.

1.1. Vấn Đề Ô Nhiễm p Nitrophenol Cần Giải Quyết

p-Nitrophenol (PNP) là một chất ô nhiễm nguy hiểm, có mặt trong nước thải của nhiều ngành công nghiệp như sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm và dược phẩm. Độc tính cao của PNP gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người và sinh vật thủy sinh. Các phương pháp xử lý truyền thống thường kém hiệu quả hoặc tốn kém. Do đó, cần có những giải pháp xử lý PNP hiệu quả hơn, thân thiện với môi trường và có chi phí hợp lý. Nghiên cứu này hướng đến việc phát triển một giải pháp như vậy.

1.2. Vai Trò Của Phản Ứng Fenton Trong Xử Lý PNP

Phản ứng Fenton là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) sử dụng sắt và hydro peroxide (H2O2) để tạo ra các gốc hydroxyl tự do (OH), có khả năng oxy hóa và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ, kể cả PNP. Phản ứng Fenton dị thể, sử dụng xúc tác sắt từ, mang lại nhiều ưu điểm so với phản ứng Fenton đồng thể, bao gồm khả năng tái sử dụng xúc tác và giảm thiểu sự hình thành cặn sắt. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa phản ứng Fenton dị thể để xử lý PNP.

II. Cách Tạo Xúc Tác Nano Sắt Từ Trên Cellulose Aerogel

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp xúc tác nano sắt từ (Fe3O4) trên chất mang cellulose aerogel (CA) từ phụ phẩm bắp. Cellulose aerogel cung cấp diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và khả năng phân tán tốt các hạt nano Fe3O4, giúp tăng hiệu quả xúc tác. Sử dụng phụ phẩm bắp không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải nông nghiệp. Quá trình tổng hợp bao gồm tiền xử lý phụ phẩm bắp, tạo cellulose aerogel, sau đó gắn các hạt nano Fe3O4 lên bề mặt.

2.1. Quy Trình Tạo Cellulose Aerogel Từ Phụ Phẩm Bắp

Theo nghiên cứu, vỏ bắp và lục bình được dùng làm nguyên liệu. Các nguyên liệu này được tiền xử lý để loại bỏ lignin và hemicellulose. Sau đó, Kymene được sử dụng làm chất tạo liên kết ngang và sấy thăng hoa để tạo thành cellulose aerogel (CA). Quá trình này giúp tạo ra vật liệu có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, lý tưởng để làm chất mang xúc tác.

2.2. Phương Pháp Tổng Hợp Nano Fe3O4 Lên Cellulose Aerogel

Các hạt nano Fe3O4 được tạo ra trên bề mặt CA bằng phương pháp đồng kết tủa muối Fe2+ và Fe3+. Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước và sự phân bố của các hạt nano Fe3O4 trên bề mặt cellulose aerogel. Các đặc tính của xúc tác được phân tích bằng các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), kính hiển vi điện tử quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM).

2.3. Tối Ưu Hóa Hàm Lượng Nano Fe3O4 Để Đạt Hiệu Quả Cao

Nghiên cứu khảo sát các mẫu xúc tác với hàm lượng nano Fe3O4 khác nhau được đính trên cellulose aerogel để khảo sát khả năng xử lý p-nitrophenol trong nước thải theo cơ chế Fenton dị thể. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu suất xử lý p-nitrophenol cũng được khảo sát như: chất liên kết ngang, phương pháp sấy, hàm lượng Fe3O4 và nồng độ H2O2 sử dụng. Việc tối ưu hóa hàm lượng Fe3O4 giúp cân bằng giữa chi phí sản xuất và hiệu quả xúc tác.

III. Ứng Dụng Xúc Tác Mới Xử Lý Hiệu Quả p Nitrophenol

Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý p-Nitrophenol của xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp trong điều kiện phản ứng Fenton. Các yếu tố như pH, nồng độ H2O2, hàm lượng xúc tác, và thời gian phản ứng được khảo sát để tối ưu hóa hiệu quả xử lý. Khả năng tái sử dụng của xúc tác cũng được đánh giá để đảm bảo tính bền vững và khả thi về mặt kinh tế.

3.1. Ảnh Hưởng Của Nồng Độ H2O2 Đến Hiệu Quả Phân Hủy

Theo nghiên cứu, nồng độ H2O2 ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả phân hủy PNP. Nồng độ H2O2 quá thấp có thể không đủ để tạo ra đủ gốc tự do OH để phân hủy PNP. Ngược lại, nồng độ H2O2 quá cao có thể làm giảm hiệu quả xúc tác do cạnh tranh phản ứng. Việc tìm ra nồng độ H2O2 tối ưu là rất quan trọng.

3.2. Tối Ưu Hóa pH Để Đạt Hiệu Quả Xử Lý Cao Nhất

pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của nano sắt từ. pH tối ưu cho phản ứng Fenton thường nằm trong khoảng axit. Ở pH cao, sắt có thể kết tủa và giảm hoạt tính xúc tác. Nghiên cứu xác định pH tối ưu cho xúc tác được tổng hợp để đạt hiệu quả xử lý p-nitrophenol cao nhất.

3.3. Đánh Giá Khả Năng Tái Sử Dụng Của Xúc Tác

Một trong những ưu điểm của xúc tác dị thể là khả năng tái sử dụng. Nghiên cứu đánh giá khả năng tái sử dụng của xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel qua nhiều chu kỳ phản ứng. Việc này giúp đánh giá tính ổn định và độ bền của xúc tác, cũng như tính khả thi về mặt kinh tế của quy trình xử lý.

IV. Ưu Điểm Vượt Trội Của Vật Liệu Xúc Tác Nano Mới

Việc sử dụng xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp mang lại nhiều ưu điểm so với các phương pháp xử lý p-Nitrophenol khác. Xúc tác có hiệu quả cao trong việc phân hủy p-Nitrophenol, dễ dàng thu hồi và tái sử dụng, đồng thời thân thiện với môi trường do sử dụng phụ phẩm nông nghiệp. Điều này góp phần vào việc phát triển các giải pháp xử lý nước bền vững.

4.1. Hiệu Quả Xử Lý p Nitrophenol Vượt Trội

Nghiên cứu cho thấy rằng xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel có hiệu suất xử lý p-nitrophenol cao hơn so với các phương pháp truyền thống. Cụ thể, trong điều kiện pH = 3, H2O2 có nồng độ 5,0 g/L, xúc tác với hàm lượng nano Fe3O4 0,69 g/g CA có hiệu suất xử lý p-nitrophenol 2000 ppm đạt hơn 90% trong 60 phút. Điều này chứng tỏ tiềm năng lớn của vật liệu xúc tác mới trong việc xử lý ô nhiễm nước.

4.2. Khả Năng Thu Hồi Và Tái Sử Dụng Dễ Dàng

Do tính chất từ tính của Fe3O4, xúc tác có thể dễ dàng thu hồi từ dung dịch sau phản ứng bằng nam châm. Điều này giúp giảm thiểu lượng xúc tác bị mất mát và tái sử dụng nhiều lần. Nghiên cứu chỉ ra rằng xúc tác vẫn giữ hoạt tính với hiệu suất xử lý p-nitrophenol đạt hơn 80% trong 5 lần tái sử dụng (sau 5 mẻ xử lý liên tiếp).

4.3. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi

Fe3O4@CA là vật liệu tiềm năng và mang tính ứng dụng cao (hiệu quả xử lý cao, hoạt tính ổn định và dễ thu hồi tái sử dụng) cho quá trình xử lý p-nitrophenol nói riêng và các chất hữu cơ khó phân hủy gây ô nhiễm nguồn nước nói chung. Kết quả đề tài sẽ tạo “tác động kép” trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, dùng nguồn phụ phẩm thải bỏ gây ô nhiễm để tổng hợp vật liệu có giá trị ứng dụng trong xử lý ô nhiễm khác.

V. So Sánh Xúc Tác Từ Bắp Với Các Hệ Xúc Tác Khác

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp với các hệ xúc tác khác đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước đây. So sánh này tập trung vào hiệu quả xử lý p-Nitrophenol, chi phí sản xuất, khả năng tái sử dụng và tính thân thiện với môi trường. Mục tiêu là để đánh giá tiềm năng cạnh tranh của xúc tác mới.

5.1. Phân Tích Chi Tiết Hiệu Suất Xúc Tác So Với Tiêu Chuẩn

Kết quả so sánh cho thấy xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp có hiệu suất xúc tác tương đương hoặc cao hơn so với nhiều hệ xúc tác khác. Đặc biệt, việc sử dụng phụ phẩm bắp giúp giảm chi phí sản xuất đáng kể so với việc sử dụng các nguồn nguyên liệu đắt tiền hơn.

5.2. Đánh Giá Khả Năng Áp Dụng Thực Tế

Ngoài hiệu suất xúc tác, khả năng áp dụng thực tế cũng là một yếu tố quan trọng. Xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp có khả năng thu hồi và tái sử dụng dễ dàng, đồng thời quy trình tổng hợp đơn giản và có thể mở rộng quy mô sản xuất. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng xúc tác trong xử lý nước thải công nghiệp.

VI. Hướng Phát Triển Xúc Tác Nano Sắt Từ Trong Tương Lai

Nghiên cứu này mở ra hướng phát triển tiềm năng cho việc sử dụng xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm bắp trong xử lý ô nhiễm môi trường. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện hơn nữa hiệu quả xúc tác, giảm chi phí sản xuất và mở rộng phạm vi ứng dụng của xúc tác để xử lý các chất ô nhiễm khác.

6.1. Nghiên Cứu Cải Tiến Hiệu Suất Và Độ Bền Vật Liệu

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và thành phần của xúc tác để tăng diện tích bề mặt, cải thiện sự phân tán của các hạt nano Fe3O4 và tăng độ bền của cellulose aerogel. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các phương pháp tổng hợp tiên tiến hơn và thêm các chất phụ gia để tăng cường tính chất cơ học của vật liệu.

6.2. Mở Rộng Ứng Dụng Xử Lý Các Chất Ô Nhiễm Khác

Ngoài p-Nitrophenol, xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel có thể được ứng dụng để xử lý các chất ô nhiễm khác như thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc nghiên cứu khả năng xử lý của xúc tác đối với các chất ô nhiễm khác nhau sẽ mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay đi đôi với sự phát triển của nền công nghiệp là vấn nạn ô nhiễm môi trường đang diễn ra và ngày càng trở nên phức tạp. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước đang trở thành vấn đề được quan tâm hàng đầu và một trong những nguyên nhân chính dẫn đến vấn đề này chính là do hóa chất và nước thải công nghiệp gây ra. Các chất gây ô nhiễm nguồn nước phần lớn là do các chất hữu cơ khó phân hủy có chứa dẫn xuất nitro của phenol gây nên, điển hình là p-nitrophenol (PNP), thuộc loại hợp chất hữu cơ rất độc hại đối với cơ thể con người và sinh vật dưới nước.

Chính vì vậy, việc xử lý nước thải chứa PNP là vấn đề cấp thiết để bảo vệ môi trường và nguồn nước sạch cho người dân. Để xử lý PNP, một số phương pháp thông dụng có thể kể đến như phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính, phương pháp phân hủy bằng vi sinh vật và phương pháp khử hóa học. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn tồn tại nhiều ưu nhược điểm riêng. Vì vậy, phản ứng Fenton hóa đã được các nhà khoa học nghiên cứu sử dụng nhằm mang lại hiệu quả cao hơn cho quá trình xử lý PNP.

Quá trình Fenton gồm các phản ứng của H2O2 với sự có mặt của ion sắt tạo nên các gốc tự do hoạt động mạnh cho thấy hiệu quả vượt trội trong việc xử lý PNP nói riêng cũng như các chất hữu cơ nói chung. Trong đó, các hạt nano Fe3O4 sử dụng như một chất xúc tác cho quá trình Fenton dị thể nhằm tạo ra các gốc OH* có khả năng khoáng hóa các chất hữu cơ khó phân hủy. Bên cạnh đó, Fe3O4 là một chất xúc tác mang lại nhiều thuận lợi cho phản ứng Fenton hoá khi cùng tồn tại các ion Fe2+ và Fe3+ trong mạng tinh thể. Tuy nhiên, do bản chất từ tính và xếp lớp che lấp nhau của Fe3O4, các ion sắt có thể bị giảm khả năng phản ứng.

Do đó, việc bổ sung một loại vật liệu làm chất mang để hỗ trợ phân bố các hạt nano sắt từ trong quá trình phản ứng là điều cần thiết để tăng hiệu suất phản ứng, đồng thời chất mang làm tăng khả năng thu hồi và tái sử dụng cũng như giảm thiểu tác động của vật liệu xúc tác đến môi trường, từ đó nâng cao khả năng ứng dụng và xử lý nước thải ở quy mô công nghiệp. 2 Lục bình và vỏ bắp được chọn làm nguyên liệu chính để sản xuất chất mang cellulose aerogel vừa tận dụng nguồn phụ phẩm, vừa giải quyết các vấn đề về môi trường, đồng thời mang lại được hiệu quả kinh tế cao. Ngoài hàm lượng cellulose cao, hai nguồn nguyên liệu này khá dồi dào tại Việt Nam và chi phí thấp. Vì thế, chúng là nguồn nguyên liệu vô cùng tiềm năng trong việc sản xuất vật liệu cellulose aerogel làm chất mang cho quá trình xử lý PNP.

Trong nghiên cứu này, các hạt nano Fe3O4 được mang trên cellulose aerogel là loại vật liệu thế hệ mới có thể được sử dụng để tăng hiệu quả cho quá trình chuyển hóa chất ô nhiễm cũng như tăng khả năng thu hồi và tái sử dụng xúc tác, giúp giảm chi phí cho quá trình xử lý PNP cho môi trường nước. Việc nghiên cứu đề tài: “Tổng hợp xúc tác nano sắt từ mang trên cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp ứng dụng xử lý p-nitrophenol” sẽ cơ sở cho việc đa dạng hóa các phương pháp và vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt là các phương pháp và vật liệu thân thiện với môi trường và phù hợp với điều kiện nghiên cứu của Việt Nam. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm nông nghiệp với chất liên kết ngang và phương pháp sấy phù hợp, đồng thời làm sáng tỏ mối quan hệ về thành phần, tính chất lý – hóa của xúc tác.

Nghiên cứu điều kiện xử lý để đánh giá hoạt tính của hệ xúc tác trong quá trình xử lý PNP ở hàm lượng cao cũng như đánh giá khả năng tái sử dụng của xúc tác. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng hợp cellulose aerogel (CA) từ thân lục bình và vỏ bắp theo quy trình phù hợp đã được xác định. - Nghiên cứu tổng hợp hệ xúc tác Fe3O4@CA bằng phương pháp đồng kết tủa muối Fe2+ và Fe3+ trên bề mặt chất mang CA trong môi trường khí trơ. 3 - Khảo sát sự ảnh hưởng của liên kết ngang khác nhau, phương pháp sấy khác nhau đến tính chất và hoạt tính xúc tác Fe3O4@CA trong quá trình Fenton phân hủy PNP.

Từ đó, xác định chất liên kết ngang và phương pháp sấy phù hợp cho quá trình xử lý. - Khảo sát sự ảnh hưởng của hàm lượng pha hoạt động Fe3O4 đến tính chất và hoạt tính hệ xúc tác Fe3O4@CA và liều lượng H2O2 đến hiệu quả quá trình Fenton phân hủy PNP. Từ đó, xác định hàm lượng Fe3O4 đính trên CA và nồng độ H2O2 phù hợp cho quá trình xử lý. - Đánh giả khả năng tái sử dụng của hệ xúc túc Fe3O4@CA.

Giới thiệu về p-nitrophenol Hình 2.1 Cấu trúc phân tử p-nitrophenol [1] p-nitrophenol (4-nitrophenol) là hợp chất phenolic với nhóm -NO2 nằm ở vị trí đối diện nhóm -OH trên vòng benzene. PNP nói riêng và các dẫn xuất nitrophenol nói chung là một trong những hợp chất hữu cơ công nghiệp quan trọng và được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Chúng có thể là sản phẩm của quá trình thuỷ phân một số loại thuốc trừ sâu hữu cơ hay có thể là kết quả của một số quá trình tự nhiên như phản ứng quang hoá giữa benzene và nitrogen monoxide được tìm thấy trong nước mưa. PNP có giá trị thương mại cao khi được dùng rộng rãi trong sản xuất thuốc nhuộm, chất dẻo, chất bảo quản cho gỗ hay thậm chí có mặt trong phân bón và thuốc trừ sâu [1].

Lượng lớn PNP tồn tại trong nước thải của các ngành công nghiệp là nỗi lo hàng đầu đối với môi trường, các sinh vật và con người do độc tính hoá học cao, khó phân huỷ sinh học và có thể tích luỹ trong cơ thể gây kích ứng mắt và da cấp tính, ngộ độc và có nguy cơ gây ung thư cao [2]. Chính vì vậy, việc xử lý PNP trong nước thải trước khi thải ra môi trường là yêu cầu cấp thiết của các ngành công nghiệp trên thế giới. Một số phương pháp xử lý p-nitrophenol trong nước Nhóm -NO2 trong phân tử làm tăng tính ổn định và độ bền của PNP đối với sự phân huỷ sinh học và hoá học. Do đó cần sử dụng các phương pháp đặc biệt để xử lý PNP trong nước thải trước khi xả ra môi trường, trong đó có thể kể đến các phương pháp sau đây: 5 - Phương pháp phân hủy sinh học: Với tiêu chí bảo vệ môi trường, các nhà khoa học đã và đang quan tâm đến việc sử dụng các loại vi khuẩn và vi sinh vật để phân huỷ các hợp chất hữu cơ.

Bharat Bhushan và cộng sự đã sử dụng ba loại vi khuẩn Ralstonia sp. SJ98, Arthrobacter protophormiae RKJ100, và Burkholderia cepacian RKJ200 để phân huỷ PNP. Cả ba loại này đều sử dụng PNP làm nguồn carbon, nitrogen và năng lượng [3]. Đây là một biện pháp hiệu quả về chi phí và quy trình thân thiện với môi trường được áp dụng để loại bỏ PNP.

Tuy nhiên, phương pháp này có tốc độ xử lý chậm, các vi khuẩn và vi sinh vật cần điều kiện môi trường phù hợp mới có thể phát triển và duy trì nên đây vẫn là một bài toán khó đối với các nhà khoa học hiện nay và trong tương lai. - Phương pháp hấp phụ: Đây là phương pháp thông dụng, phổ biến trong xử lý các hoá chất thải ra môi trường. Người ta thường sử dụng than hoạt tính, than sinh học hay một số loại zeolite để hấp phụ PNP [4]. Tuy nhiên, phương pháp này còn tồn tại khả năng gây ô nhiễm môi trường cao, do chất bị hấp phụ chỉ chuyển từ pha này sang pha khác mà không được xử lý triệt để và có thể tiêu tốn thêm chi phí xử lý sau hấp phụ.

-Phương pháp khử hóa học bằng phản ứng oxy hóa: Phương pháp này sử dụng tác nhân oxy hóa để phân hủy các hợp chất gây ô nhiễm. Sự phân hủy các chất PNP bằng phương pháp hóa học cũng đã được chứng minh là có hiệu suất cao [5]. Phương pháp này nhằm tạo ra các gốc tự do có hoạt tính oxy hóa cao giúp phân hủy các chất hữu cơ [6]. Ngoài việc sử dụng H2O2, cũng có thể tạo ra các gốc tự do bằng tia UV hoặc sử dụng O3.

Cùng với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, tình hình ô nhiễm nguồn nước đã ngày càng trở nên nghiêm trọng và các tiêu chuẩn đối với nước thải công nghiệp đã dần khắt khe hơn để hướng đến một tương lai xanh cho trái đất. Vì thế,việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng các quy trình oxy hoá nâng cao AOPs (Advanced Oxydation Processes) đã trở thành mối quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực hoá học và môi trường [2]. Một phương pháp hiệu quả hơn trong việc phân huỷ PNP là quá trình oxy hoá bằng xúc tác dựa trên sự tạo thành các gốc tự do như HO•, điển hình là phản ứng Fenton giữa H2O2 với ion Fe2+ [7]. Các chất ô nhiễm bị phân huỷ 6 thành các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học, không gây ô nhiễm môi trường hoặc có thể được thu hồi.

Đây được xem là một công nghệ xử lý tiềm năng đối với các chất hữu cơ độc hại và khó phân huỷ trong môi trường nước – điển hình như PNP – với những ưu điểm nổi bật sẽ được trình bày trong phần tiếp theo. PHẢN ỨNG FENTON 2. Giới thiệu chung về phản ứng Fenton Từ đầu thập niên 70, các nhà khoa học đã đưa ra một quy trình áp dụng nguyên tắc phản ứng Fenton để xử lý các chất thải ô nhiễm trong nước, theo đó H2O2 phản ứng với Fe2+ sẽ tạo ra gốc tự do hydroxyl có khả năng phá hủy các chất hữu cơ. Fenton đã phát hiện rằng, phản ứng oxy hoá acid tartatic diễn ra mạnh mẽ với chất oxy hoá là H2O2 và ion Fe2+ [8].

So với các tác nhân oxy hoá khác, H2O2 và các muối sắt tương đối an toàn, dễ xử lý, không gây ra các ảnh hưởng lâu dài lên môi trường [9]. Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa thành CO2 và nước.