Phương pháp oxy hóa khử

1Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ 2 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ GIỚI THIỆU Là phản ứng dịch chuyển điện tử, hệ phải chứa đồng thời chất cho điện tử (chất khử) và chất nhận điện tử (chất oxy hoá). Chất oxy hoá thường sử dụng để xử lý nước thải: O3, H2O2, Cl2, KMNO4,… 3 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ MỤC ĐÍCH Xử lý chất vô cơ, các chất độc hại,… Chuyển chúng thành những chất ít độc hại hơn và tách ra khỏi nước. Tăng khả năng dễ phân hủy sinh học của các chất ban đầu. Thường áp dụng cho xử lý bậc cao và khá tốn kém. 4 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ CƠ CHẾ OXY HOÁ – KHỬ Phản ứng quan trọng là sự tạo thành oxy nguyên tử từ: Chất oxy hoá O2 ® 2O* MnO4- + H2O ® 2MnO2 + 3O* + 2OH- Từ tác nhân oxy hoá của chất khử CaHbOc + dO*à aCO2 + (b/2)H2O 5Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ HOẠT ĐỘ ELECTRON Hoạt độ electron p đặc trưng cho khả năng dịch chuyển điện tử của hệ. Hệ có pε càng cao thì có tính khử lớn, khả năng nhường điện tử tốt. Hoạt độ electron p đặc trưng cho khả năng dịch chuyển điện tử của hệ. Hệ có pε càng cao thì có tính khử lớn, khả năng nhường điện tử tốt. 6 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ Hoạt độ electron Hoạt độ electron pε đặc trưng cho khả năng dịch chuyển điện tử của hệ. Hệ có pε càng cao thì dd có tính khử lớn, khả năng nhường điện tử tốt. pε0 = log K/n K – hằng số cân bằng của phản ứng khử n – số lượng electron tham gia phản ứng. Õ Õ+e=e i n i n 0 i i ]kh[ ]ox[ lg n 1pp 7 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ Thế năng phản ứng E Thế năng phản ứng E được xác định qua phương trình Nernst – Peters: E0 là thế năng chuẩn. Õ Õ+= i n i n 0 i i ]kh[ ]ox[ lg nF Rt3,2EE 8 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ OXY HÓA BẰNG CLO Cl2 + H2O = HCl + HOCl HOCl ⇌ OCl- + H+ CN- + 2OH- + Cl2 ® CNO- + 2Cl- + H2O 2CNO- + 4OH- + 3Cl2 ® CO2 + 6Cl­ + N2 + 2H2O Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O 2NaOH + Cl2 ⇌ NaOCl + NaCl + H2O 9Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ OXY HÓA BẰNG H2O2 Trong môi trường axit: (chức năng oxy hóa) H+ + H2O2 + 2e → 2H2O Trong môi trường kiềm: (chức năng khử) 2OH- + H2O2 – 2e → 2H2O + 2O2- 10 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ CÁC CHẤT KHÁC Oxy không khí Pyroluzit – MnO2 Ozon hóa 11 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ 12 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ GIỚI THIỆU Nguồn gốc – Các nhà máy hóa chất – Mạ crom – Làm giàu quặng Nồng độ cho phép – Crôm 6: 0,1 mg/l – Crôm 3: 0,5 mg/l 13 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ XỬ LÝ CRÔM Nguyên tắc – Chuyển Cr6+ thành Cr3+ – Tách Cr3+ dưới dạng hydroxyt kết tủa Hóa chất – Na2S – Na2SO3 – NaHSO3 – Polisunfit – FeSO4 – SO2 14 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ MỘT SỐ PHẢN ỨNG Natri sunfua Cr2O72- + 3S2- + 14H+ → 2Cr3+ + 3S0 + 7H2O Natri sunfua trong nước bị thủy phân rất mạnh và tạo thành Crom hydroxyt kết tủa, do đó không cần thêm vôi. S2- + 2H2O ⇌ H2S + 2OH- 15 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ MỘT SỐ PHẢN ỨNG Natri bisunfit Cr2O72- + 3HSO3- + 15H+ → 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O Sắt sunfat Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O Nếu dùng natri bisunfit hoặc sắt sunfat phải cho thêm vôi sữa hoặc dung dịch kiềm để Cr3+ có thể lắng được. Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3 ↓ 16 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ ĐIỀU KIỆN PHẢN ỨNG Để khử Cr6+ thành Cr3+ phải trong môi trường axit. pH = 2 – 4 pH tạo tủa = 9 Lượng hóa chất sử dụng – Na2S: 3(23 ×2 + 32)/52×2 = 2,24 – NaHSO3: 3(23+1+32+16×3)/52×2 = 3,0 – FeSO4.7H2O : 6(56+32+16×4+14+16×7)/52×2 = 16 Thực tế nếu dùng Na2S và FeSO4.7H2O dùng gấp 1,25 lần và nếu dùng NaHSO3 thì dùng gấp 1,75 lần 17 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ LƯU Ý Khi dùng vôi, ngòai Cr(OH)3 còn có CaSO4, Ca(OH)2, CaO, CaCO3,… Muốn dùng Cr(OH)3 làm chất màu xanh nên dùng kiềm Natri hoặc Kali, tuy nhiên khả năng lắng của cặn sẽ kém. Dung tích và tính chất cặn lắng tùy thuộc vào thành phần, tính chất nước thải, nồng độc crôm, liều lượng và lọai kiềm sử dụng. 18 Saturday, 19 June, 2010 TRẦN THỊ NGỌC DIỆU OXY HÓA KHỬ LƯU Ý Chất khử được pha ở nồng độ khỏang 10%, thời gian khuấy trộn để phản ứng xảy ra 30 phút. Sau khi phản ứng kết thúc cho vôi sữa vào, nồng độ vôi sữa 2,5% theo hoạt tính CaO, thời gian khuấy trộn khỏang 3 – 5 phút. Nước thải đưa sang bể lắng, thời gian lắng không quá 2h.