Điện, điện tử - Phân hủy P - Nitrophenol bằng kỹ thuật fenton điện hóa sử dụng điện cực graphit dạng thanh

Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 27 
DOI:10.22144/jvn.2017.004 
PHÂN HỦY p-NITROPHENOL BẰNG KỸ THUẬT FENTON ĐIỆN HÓA 
SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC GRAPHIT DẠNG THANH 
Lâm Hoa Hùng1, Ngô Thanh An1, Đoàn Văn Hồng Thiện2 và Nguyễn Quang Long1 
1Khoa Kỹ Thuật Hóa Học, Trường Đại học Bách Khoa 
2Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ 
Thông tin chung: 
Ngày nhận: 09/09/2016 
Ngày chấp nhận: 28/04/2017 
Title: 
The removal of p-nitrophenol 
by an Electro-Fenton process 
using of graphite rod cathode 
Từ khóa: 
Xúc tác Electro-Fenton, xử lý 
nước thải, xử lý p-nitro 
phenol 
Keywords: 
Electro-Fenton, graphite 
cathode, treatment of p-
nitrophenol, water treatment 
ABSTRACT 
The available graphite rod was employed as a cathode for removing p-
nitrophenol in a cathode electro-Fenton process using a simple DC power 
supply. The effects of the operational parameters such as cell potential, 
electrolytic time and concentration of ferric ion were investigated. The 
results showed that the reduction of oxygen to H2O2 on the graphite 
cathode was initiated at the cell potential higher than 4.0 V. Additionally, 
the reduction of ferric ion to ferrous ion was much favorable when the 
applied cell potential was higher than 1.0 V. Increasing the surface area of 
the graphite cathode also enhanced the electro-chemical reduction of 
ferric ion. Removal rate of p-nitrophenol was greater than 90% after 120 
minutes at pH 3 using the undivided electrochemical cell. Therefore, the 
electro-Fenton is a promising process for the treatment of organic 
pollutants in water without using any harmful chemicals. 
TÓM TẮT 
Quá trình xử lý p-nitrophenol bằng phương pháp Fenton điện hóa đã được 
tiến hành nghiên cứu với việc sử dụng catod than chì (graphit) dạng thanh 
và nguồn điện thế một chiều đơn giản. Ảnh hưởng của các yếu tố như điện 
thế của nguồn một chiều, thời gian điện phân và nồng độ Fe3+ đã được 
nghiên cứu chi tiết. Các kết quả cho thấy quá trình khử oxy trên điện cực 
graphite tạo H2O2 diễn ra khi hiệu điện thế áp vào của nguồn một chiều 
lớn hơn 4,0 V. Trong khi đó, quá trình khử Fe3+ thành Fe2+ diễn ra dễ 
dàng hơn khi chỉ cần áp hiệu điện thế lớn hơn 1,0 V. Tăng diện tích catod 
đã làm tăng khả năng của phản ứng khử các ion Fe3+. Khi sử dụng mô 
hình điện phân không màng ngăn với quá trình Fenton điện hóa để phân 
hủy p-nitrophenol, 90% p-nitrophenol đã được loại bỏ sau 120 phút xử lý. 
Vì vậy, khả năng sử dụng kỹ thuật Fenton điện hóa trong xử lý các hợp 
chất phenol khó phân hủy sinh học trong môi trường nước là rất tiềm năng 
Trích dẫn: Lâm Hoa Hùng, Ngô Thanh An, Đoàn Văn Hồng Thiện và Nguyễn Quang Long, 2017. Phân hủy 
p-nitrophenol bằng kỹ thuật Fenton điện hóa sử dụng điện cực graphit dạng thanh. Tạp chí Khoa 
học Trường Đại học Cần Thơ. 49a: 27-33. 
1 GIỚI THIỆU 
Hiện nay, sự phát triển công nghiệp đã đưa đến 
một hiện trạng đáng lo ngại về vấn đề ô nhiễm 
nguồn nước. Trong đó, các chất thải hữu cơ khó 
phân hủy sinh học luôn là một vấn đề đáng quan 
tâm. Để xử lý các chất thải này, người ta thường sử 
dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao như 
Fenton hóa học, quá trình xử lý bằng ozone, quang 
hóa xúc tác (Ganiyu et al., 2015). Đặc điểm 
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 28 
chung của nhóm phương pháp này là tạo ra gốc tự 
do OH* có hoạt tính oxy hóa cao nhằm phân hủy và 
vô cơ hóa (khoáng hóa) hoàn toàn các chất hữu cơ 
khó phân hủy. Việc nghiên cứu và ứng dụng các 
quá trình này đã đưa đến một hướng giải quyết khá 
hiệu quả nhưng vẫn còn một vài nhược điểm chính 
như chi phí xử lý cao, hóa chất độc hại (H2O2 và 
ozone) nếu vẫn còn trong nước thải sẽ làm cho 
nguồn nước trở nên có độc tính với các loại thủy 
sinh. Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng những 
phương pháp xử lý không sử dụng tới các hóa chất 
đưa thêm vào mà vẫn tạo ra gốc tự do OH* là điều 
mà hiện nay rất được quan tâm, đặc biệt là các 
phương pháp sử dụng kỹ thuật điện hóa. 
Các nghiên cứu về phản ứng điện cực cho thấy 
rằng, H2O2 có thể được tạo thành bởi quá trình khử 
oxy hòa tan trên nền điện cực cacbon như graphit 
(than chì) và kim cương. Trên cơ sở đó, phương 
pháp Fenton điện hóa đã được phát hiện và ứng 
dụng (Brillas et al., 2009). Nếu như Fenton hóa 
học sử dụng H2O2 cung cấp từ hóa chất bên ngoài 
thì Fenton điện hóa sử dụng quá trình tạo H2O2 
ngay trong quá trình xử lý từ quá trình khử oxy hòa 
tan trên bề mặt điện cực cacbon. Sự tương tác của 
H2O2 với Fe2+ sẽ tạo ra gốc tự do OH* để cung cấp 
cho quá trình xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy. 
Nói cách khác, quá trình Fenton điện hóa sử dụng 
dòng điện để tạo tác nhân Fenton ngay trong quá 
trình xử lý. Điều này có ưu điểm hơn so với quá 
trình Fenton hóa học vì loại bỏ việc sử dụng H2O2 
ở dạng dung dịch 30% rất kém bền khi bảo quản. 
Hơn nữa, việc khống chế lượng thừa H2O2 trong 
quá trình xử lý cũng khá dễ dàng bằng cách điều 
khiển các thông số của quá trình điện phân. Lượng 
tồn dư H2O2 sau xử lý là rất bé và dễ dàng loại trừ 
bởi sự có mặt của xúc tác là các ion Fe2+. Vì thế, 
quá trình Fenton điện hóa đã được nghiên cứu và 
ứng dụng trong xử lý các phẩm màu (Yu et al., 
2013), các hợp chất phenol (Oturan et al., 2000), 
các phthalate (Liu et al., 2007), cũng như các loại 
nước thải thực tế. 
Ở Việt Nam, các hướng nghiên cứu về ứng 
dụng Fenton điện hóa là rất ít. Một số bài báo và 
luận văn nghiên cứu sinh làm về điện cực cho quá 
trình Fenton điện hóa nhằm khoáng hóa các chất 
màu (Nguyễn Thị Lê Hiền và Hoàng Thị Mỹ Hạnh, 
2010; Nguyễn Thị Lê Hiền và Trần Thị Tươi, 
2012) đã được tiến hành. Dù vậy, các nghiên cứu 
này chủ yếu làm ở phạm vi chế tạo điện cực với 
việc sử dụng hệ máy đo điện hóa đa năng khá phức 
tạp nên chủ yếu mang tính học thuật và khó áp 
dụng ngoài thực tế xử lý. Việc áp dụng quá trình 
Fenton điện hóa trong điều kiện thực tế của nước ta 
đòi hỏi sử dụng các điện cực có sẵn và các nguồn 
một chiều đơn giản. Do đó, nhóm nghiên cứu thực 
hiện việc khảo sát quá trình Fenton điện hóa với 
nguồn một chiều và các điện cực dễ kiếm là than 
chì dạng thanh và Pt/Ti. 
Đối tượng lựa chọn xử lý là p-nitrophenol, một 
hợp chất thuộc họ phenol và khó phân hủy sinh 
học. P-nitrophenol là một trong các chất phenol 
thường được phát hiện trong môi trường nước do 
sự ô nhiễm nguồn nước bởi thuốc bảo vệ thực vật 
như Parathion, Dinoseb vì các chất này khi phân 
hủy sẽ tạo ra nitrophenol (Michałowicz et al., 
2006). Với tình hình sử dụng thuốc trừ sâu tùy tiện 
và tồn tại một lượng lớn các loại thuốc trừ sâu quá 
hạn sử dụng như parathion luôn là nguồn nguy cơ 
lớn gây ra ô nhiễm nitrophenol cho môi trường 
nước ở nước ta. Vì vậy, việc sử dụng phương pháp 
Fenton điện hóa sẽ mở ra một hướng xử lý điện 
hóa mới khá độc đáo và có thể ứng dụng thực tế 
trong tương lai nhằm loại bỏ các chất hữu cơ độc 
hại như phenol hay nitrophenol. 
2 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 
NGHIÊN CỨU 
2.1 Nguyên vật liệu 
Catod sử dụng là loại que thổi than với cấu tạo 
là thanh graphit với đường kính 9,5 mm (điện trở 
nhỏ hơn 19μΩm, tỷ trọng > 1,6 g/cm3, tro < 0,5%). 
Điện cực anod là lưới Pt/Ti (6 cm x10 cm). Nguồn 
một chiều DC PS3005 (0-30 V/0~5 A) được sử 
dụng trong thực nghiệm để tạo điện thế cố định. 
Các hóa chất p-nitrophenol (Merck, 99%), 1,10 
– phenanthroline monohydrate (Merck – 99%), 
acid citric (Merck – 99%), titanyl sulfate (Himedia 
- Ấn Độ), KF.2H2O, HCl, H2SO4, Fe2(SO4)3.xH2O, 
NaCl, Na2SO4, HNO3, NaOH xuất xứ từ Trung 
Quốc được sử dụng đều là hóa chất hạng tinh khiết 
phân tích không cần tinh chế lại. Các dung dịch 
chuẩn gốc p – nitrophenol 1000 mg/L được pha từ 
lượng cân chính xác. Dung dịch chuẩn này được 
chỉnh tới pH 3 và bảo quản lạnh ở 4oC để đảm bảo 
dung dịch bền. Các dung dịch p-nitrophenol nồng 
độ thấp được pha ngay trước khi tiến hành thực 
nghiệm bằng cách pha loãng chính xác từ dung 
dịch chuẩn gốc 1000 mg/L. 
2.2 Cách tiến hành 
2.2.1 Khảo sát các quá trình khử Fe3+ và khử 
oxy tạo H2O2 trên điện cực graphit 
Mô hình thí nghiệm được thể hiện trong Hình 
1. Các thực nghiệm khảo sát về thông số các quá 
trình khử trên điện cực than chì được tiến hành 
theo mô hình điện phân có ngăn cách bằng cầu 
muối Na2SO4 1,0 M nhằm loại trừ ảnh hưởng của 
anod lên các sản phẩm của quá trình khử. Hai quá 
trình khảo sát trên catod là quá trình khử Fe3+ tạo 
Fe2+ và quá trình khử oxy tạo H2O2. Khi khảo sát 
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 29 
quá trình khử Fe3+ thì dung dịch Fe2(SO4)3 0,001 M 
cùng chất điện ly trơ Na2SO4 0,05 M được cho vào 
cốc chứa catod. Khi nghiên cứu quá trình khử oxy 
tạo H2O2, dung dịch chứa chất điện ly trơ Na2SO4 
0,05 M được cho tiếp xúc catod và oxy không khí 
được sục qua liên tục nhằm đảm bảo điều kiện bão 
hòa O2. Các yếu tố khảo sát là hiệu điện thế áp DC 
áp vào, diện tích điện cực graphit và nồng độ của 
Fe2+ và H2O2 tạo thành theo thời gian áp đặt thế. 
Fe2+ tạo thành từ phản ứng điện cực được phân tích 
bằng phương pháp 1,10 – phenanthroline còn H2O2 
được phân tích theo phương pháp titan sunphat. 
Hình 1: Mô hình thì nghiệm khử Fe3+ (A) và khử oxy (B) trên điện cực graphit: (1) Máy khuấy từ, (2) 
Catod (điện cực graphit), (3) Cốc chứa dung dịch, (4) Cầu muối, (5) Nguồn, (6) Anod (điện cực Pt/Ti), 
(7) cá từ, (8) ống sục không khí 
2.2.2 Thực nghiệm phân hủy p-nitrophenol 
bằng phương pháp Fenton điện hóa 
Quá trình phân hủy p-nitrophenol bằng Fenton 
điện hóa được tiến hành theo mô hình điện phân 
không màng ngăn như trong Hình 2. Theo đó, dung 
dịch p-nitrophenol có nồng độ 5,0 mg/L và Na2SO4 
0,05 M ở pH khảo sát (pH 1 tới 4) được cho vào 
cốc chứa cả anod và catod. Áp điện thế từ nguồn 
một chiều 7,0 V để đảm bảo quá trình tạo H2O2. 
Trước khi điện phân, một lượng chính xác 
Fe2(SO4)3 được cho vào để đạt nồng độ cần khảo 
sát ([Fe3+] = 5x10-4 M – 4x10-3 M). Khi áp điện thế 
một chiều vào thì Fe2+ và H2O2 tạo thành đồng thời 
trên catod sẽ tương tác với nhau theo quá trình 
Fenton tạo OH* để phân hủy p-nitrophenol. Hàm 
lượng p – nitrophenol còn lại được phân tích theo 
phương pháp quang phổ UV – Vis trong môi 
trường kiềm ở bước sóng 410 nm. Các yếu tố khảo 
sát trong phần phân hủy này là nồng độ Fe3+ và pH 
của dung dịch p-nitrophenol. 
Hình 2: Mô hình bể điện phân không ngăn cách nhằm phân hủy p – nitrophenol: (1) Cốc chứa dung 
dịch, (2) Catod (điện cực graphit), (3) Anod (điện cực Pt/Ti), (4) Cá từ, (5) Máy khuấy từ, (6) nguồn 
điện một chiều, (7) ống sục không khí
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 30 
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1 Quá trình khử Fe3+ trên điện cực 
graphit 
Quá trình khử Fe3+ trên điện cực graphit là khá 
dễ dàng. Theo kết quả Hình 3a, có thể thấy rằng, 
khi hiệu điện thế áp ( U) vào giữa catod và anod là 
lớn hơn 1,0 V thì quá trình khử Fe3+ bắt đầu xảy ra 
với tốc độ nhanh đáng kể. Quá thế trên điện cực 
graphit dạng thanh là nguyên nhân cản trở quá 
trình khử Fe3+ khi thế áp vào nhỏ hơn 1,0 V. Khi 
 U vượt quá giá trị 1,5 V thì lượng Fe2+ tạo thành 
tăng mạnh chứng tỏ tốc độ phản ứng tăng theo điện 
thế áp vào. Dù vậy khi U vượt quá 3 V thì tốc độ 
của phản ứng điện cực đi dần tới giá trị cân bằng. 
Điều này là do tốc độ của phản ứng điện cực bị 
giới hạn bởi diện tích bề mặt của điện cực. Khi gia 
tăng bề mặt điện cực, tốc độ phản ứng khử Fe3+ 
trên điện cực gia tăng tương ứng (Hình 3b). Như 
vậy, muốn quá trình điện cực được tốt, cần thiết 
phải gia tăng diện tích bề mặt của điện cực để gia 
tăng tốc độ phản ứng. 
Hình 3: Ảnh hưởng của hiệu điện thế áp vào (Hình 3A) và diện tích catod (Hình 3B) lên quá trình khử 
Fe3+ thành Fe2+ (Vdd = 200 mL, [Na2SO4] = 0,05 M, [Fe3+] = 0,001 M, thời gian áp thế 30 phút) 
Hình 4: Nồng độ Fe2+ tạo thành theo thời gian 
khi áp thế (Vdd = 200 mL, [Na2SO4] = 0,050 M, 
[Fe3+] = 0,0010 M, U = 3,0 V, Sđiện cực = 15,4 
cm2) 
Động học của quá trình khử Fe3+ được thể hiện 
trong Hình 4. Tốc độ phản ứng điện cực giảm dần 
theo thời gian và sau 75 phút, [Fe2+] gần như đạt 
đến nồng độ ổn định. Sau 90 phút áp thế vào, chỉ 
có khoảng gần 30% Fe3+ bị khử. Điều này cho thấy 
tốc độ phản ứng chậm dần theo thời gian do phản 
ứng điện hóa đang tiến hành dưới chế độ đẳng thế. 
Khi điện thế không đổi, cường độ dòng qua điện 
cực giảm dần theo thời gian vì thế cân bằng tại bề 
mặt điện cực sẽ càng ngày càng giảm (do nồng độ 
Fe3+ giảm dần còn nồng độ Fe2+ tăng dần nên theo 
phương trình Nerst thì thế sẽ giảm dần). Điều đó 
dẫn tới chênh lệch thế gây ra bởi nguồn và bề mặt 
điện cực là càng ngày càng nhỏ theo thời gian phản 
ứng. Điều đó dẫn tới phản ứng gần như dừng lại 
sau một khoảng thời gian áp đẳng điện thế. Đây là 
một nhược điểm của quá trình đẳng thế. Dù sao, 
nồng độ Fe2+ tích lũy đạt được sau 15 phút là 
1,05x10-4 M và sau 75 phút là 2,74x10-4 M. 
Ngưỡng nồng độ Fe2+ này đã đủ để tham gia phản 
ứng Fenton điện hóa. Thực tế trong thiết bị phản 
ứng Fenton điện hóa, tốc độ khử Fe3+ có thể sẽ 
không bị ảnh hưởng tiêu cực bởi quá trình đẳng áp 
vì lượng Fe2+ sinh ra luôn tham gia phản ứng với 
H2O2 nên sẽ có một cân bằng động được thiết lập 
và tốc độ sẽ giữ không đổi trong phản ứng Fenton 
điện hóa. 
3.2 Quá trình khử oxy tạo H2O2 trên điện 
cực graphit 
Khác với quá trình khử Fe3+ ở phần trên, quá 
trình khử oxy tạo H2O2 trên graphit xảy ra khó 
khăn hơn nhiều vì hoạt tính của điện cực graphit là 
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
1
2
3
4
5
6
7
(A)
[F
e2
+ ]
x1
05
 M
Hieäu ñieän theá (V)
2 4 6 8 10 12 14 16
4
6
8
10
12
14
16
18
[F
e2
+ ]
x1
05
 M
Dieän tích ñieän cöïc (cm2)
(B)
0 20 40 60 80 100
0
5
10
15
20
25
30
[Fe
2+ ]
 x1
05 
M
Thôøi gian (phuùt)
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 31 
khá thấp. Hình 5A cho thấy hiệu điện thế có ảnh 
hưởng rất lớn đến sự tạo thành H2O2. Cụ thể, trong 
khoảng điện áp U dưới 4 V thì lượng H2O2 hầu 
như không được tạo thành. Chỉ khi U > 4 V thì 
quá trình khử oxy tạo H2O2 mới diễn ra một cách 
đáng kể. Trong khoảng U từ 4 – 7 V thì nồng độ 
H2O2 tạo thành tăng liên tục theo điện thế áp vào. 
Nhưng sau khi vượt quá 7 V thì lượng H2O2 không 
còn tăng nữa mà hầu như không tăng khi gia tăng 
 U. Kết quả này khá phù hợp vì theo tài liệu tham 
khảo (Yu et al., 2013), khi điện thế U áp vào 
khoảng 5 V thì điện thế tại catod là -0,55 V vs 
(SCE) và thế này đủ để khử oxy tạo H2O2 theo 
phương trình. 
Hình 5: Ảnh hưởng của hiệu điện thế áp vào (Hình 5A) và thời gian (Hình 5B) lên quá trình khử oxy 
tạo H2O2 trên điện cực graphit (Vdd = 200 mL, [Na2SO4] = 0,050 M, sục không khí liên tục, Sđiện cực = 
15,4 cm2, U = 7,0 V) 
Hình 5B thể hiện ảnh hưởng của thời gian áp 
thế lên quá trình hình thành H2O2. Kết quả cho thấy 
nồng độ H2O2 dao động trong khoảng 9,5.10-5 – 
11.10-5 M và ổn định trong khoảng thời gian dài từ 
30 – 120 phút. Khi sục không khí liên tục thì H2O2 
luôn được tạo thành nhưng lượng H2O2 tích lũy 
trong quá trình điện phân lại có thể bị phân hủy 
dưới tác dụng của dòng điện hay bị phân hủy tự 
nhiên theo các phản ứng sau đây: 
Do đó, cần duy trì sục không khí liên tục để 
đảm bảo có mặt oxy tại bề mặt điện cực nhằm 
tránh phản ứng khử tiếp H2O2 tạo H2O. Sự thiếu 
oxy tại bề mặt điện cực sẽ dẫn đến hàm lượng 
H2O2 giảm dần do quá trình khử sẽ xảy ra trên 
chính H2O2 tạo thành. Ở hiệu điện thế áp vào là 7 
V, nồng độ H2O2 tạo thành bằng phản ứng khử oxy 
trên điện cực graphit ổn định ở mức 1.10-4 M và 
ngưỡng nồng độ này đủ để xử lý các dung dịch p – 
nitrophenol khoảng 5 mg/L. Với 200 ml dung dịch 
có nồng độ 5 mg/L p-nitrophenol, tính toán lý 
thuyết cho thấy quá trình fenton ở nồng độ H2O2 ở 
trên có thể vô cơ hóa được khoảng 80% lượng 
COD và hiệu suất phân hủy p-nitrophenol có thể 
đạt hơn 90% sau 120 phút xử lý. Tuy nhiên, nếu 
muốn xử lý các dung dịch có nồng độ cao hơn (20 
– 100 mg/L nitrophenol) thì cần nồng độ H2O2 cao 
hơn. Điều này đòi hỏi phải biến tính điện cực để 
tăng cường hiệu quả quá trình tạo H2O2 cho điện 
cực graphit. 
3.3 Xử lý p-nitrophenol bằng Fenton điện 
hóa 
Các kết quả ở phần trên đã khẳng định, quá 
trình điện phân tại catod graphite tạo ra lượng H2O2 
đủ để xử lý p-nitrophenol ở nồng độ thấp. Do đó, 
kỹ thuật Fenton điện hóa catod với mô hình điện 
phân không màng ngăn được sử dụng để xử lý. Với 
hiệu điện thế áp vào 7 V và hàm lượng p – 
nitrophenol 5 mg/L, hiệu suất xử lý phụ thuộc rất 
nhiều vào nồng độ Fe3+ đưa vào (Hình 6) và yếu tố 
pH. 
3 4 5 6 7 8
0
2
4
6
8
10
Hieäu ñieän theá (V)
[H
2O
2]x
10
5 M
(A)
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 32 
Hình 6: Ảnh hưởng của [Fe3+] ban đầu (hình A) và pH (hình B) lên quá trình phân hủy p – 
nitrophenol bằng Fenton điện hóa (Vdd = 200 ml p-nitrophenol 5 mg/L, [Na2SO4] = 0,050 M, sục không 
khí liên tục, Sđiện cực = 15,4 cm2, pH = 3 trong Hình A) 
Khi hàm lượng [Fe3+] ban đầu quá cao hay quá 
thấp thì hiệu suất xử lý đều kém. Điều này là do 
phản ứng khử Fe3+ thành Fe2+ diễn ra dễ dàng hơn 
so với phản ứng khử điện hóa oxy trên catod nên 
nếu nồng độ Fe3+ quá cao thì Fe3+ sẽ ưu tiên phóng 
điện trước và cản trở hoàn toàn phản ứng khử oxy 
tạo H2O2 trên catod. Ngược lại, nếu [Fe3+] quá thấp 
thì lượng Fe2+ tạo thành quá ít nên không đủ để tạo 
gốc tự do OH* theo phương trình: 
Điều này cũng dẫn đến hiệu quả xử lý kém. Do 
vậy, cần có một nồng độ thích hợp Fe3+ đủ để tạo 
ra lượng Fe2+ đủ để tương tác với H2O2 mà không 
gây cản trở đáng kể lên quá trình tạo H2O2 ở catod. 
Trong điều kiện thực nghiệm, [Fe3+] ban đầu thích 
hợp là 0,001 M và được cố định trong thí nghiệm 
khảo sát ảnh hưởng của pH. 
Mặt khác, ảnh hưởng của yếu tố pH lên quá 
trình phân hủy p-nitrophenol tương tự như trong 
quá trình Fenton hóa học. Phản ứng tạo gốc tự do 
OH* diễn ra thuận lợi nhất ở pH 3 vì ở pH này 
phản ứng giữa Fe2+ và H2O2 là tốt nhất nên các quá 
trình Fenton hóa học đều có khoảng pH tối ưu là 3 
– 4. Kết quả thực nghiệm ở Hình 6B cho thấy quá 
trình Fenton điện hóa trên graphit cũng diễn ra 
thuận lợi nhất ở pH 3. Điều này có thể giải thích là 
nếu ở pH < 3 thì quá trình khử H+ trên catod sẽ bắt 
đầu cạnh tranh còn khi pH > 3,5 thì Fe3+ bắt đầu 
kết tủa ở dạng Fe(OH)3. Điều này dẫn đến khoảng 
phạm vi pH thích hợp nằm trong khoảng 3. Kết quả 
này cũng phù hợp với nghiên cứu của Brillas et al. 
(2009) và He et al. (2014), khi thực hiện quá trình 
Fenton điện hóa trên catod là carbon felt. 
Xét về hiệu quả xử lý, ở điều kiện tối ưu, quá 
trình Fenton điện hóa có thể xử lý hơn 90% lượng 
p-nitrophenol có trong dung dịch. Đường động học 
phân hủy có dạng biểu kiến bậc 1. Tuy nhiên, việc 
kiểm tra khả năng khoáng hóa còn chưa được tiến 
hành do nồng độ p-nitrophenol xử lý còn quá nhỏ 
nên không thể kiểm tra bằng chỉ tiêu khoáng hóa 
như COD hay TOC. Dù vậy, các kết quả hiện có 
cũng chứng tỏ được khả năng xử lý của Fenton 
điện hóa khi sử dụng các điện cực đơn giản như 
graphit dạng thanh. Điều này cho thấy khả năng áp 
dụng vào thực tiễn xử lý nước thải. Dù vậy, vấn đề 
đặt ra là cần phải cải thiện được hoạt tính điện hóa 
của điện cực graphit để có thể xử lý được hiệu quả 
hơn nữa. 
4 KẾT LUẬN 
Với việc sử dụng điện cực đơn giản và rẻ tiền là 
graphit dạng thanh và Pt/Ti, nhóm nghiên cứu đã 
khảo sát khả năng sử dụng quá trình Fenton điện 
hóa nhằm xử lý p-nitrophenol. Các kết quả thực 
nghiệm từ mô hình điện phân không màng ngăn 
khẳng định H2O2 được tạo thành trên catod graphit 
khi hiệu điện thế DC áp vào hai cực lớn hơn 4,0 V 
còn Fe3+ dễ dàng bị khử khi V lớn hơn 1,0 V. 
Nồng độ H2O2 tạo thành ổn định khoảng 10-4 M khi 
áp thế V cố định ở 7,0 V sau 30 phút điện phân. 
Ngưỡng nồng độ này cho phép áp dụng quá trình 
Fenton hóa học để xử lý các dung dịch p – 
nitrophenol ở ngưỡng nồng độ 5 – 10 mg/L. Khi áp 
dụng xử lý p-nitrophenol ở nồng độ 5 mg/L bằng 
mô hình không màng ngăn, nồng độ Fe3+ ban đầu 
thích hợp là 0,001 M và pH thích hợp nhất là tại 3. 
Ở các điều kiện khảo sát, hơn 90% p – nitrophenol 
bị phân hủy bởi quá trình Fenton điện hóa sau 120 
0 20 40 60 80 100 120
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
N
oàn
g 
ño
ä p
-n
itr
op
he
no
l (
m
g/
L)
 0.0005 M
 0.001 M
 0.002 M
 0.004 M
Thôøi gian (phuùt)
(A)
0 20 40 60 80 100 120
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
Thôøi gian (phuùt)
N
oàn
g 
ño
ä p
-n
itr
op
he
no
l (
m
g/
L)
 pH = 1
 pH = 2
 pH = 3
 pH = 4
[Fe3+]o: 0.001 M
(B)
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 49, Phần A (2017): 27-33 
 33 
phút điện phân. Triển vọng ứng dụng của phương 
pháp Fenton điện hóa là khá tốt nhưng cần phải 
nghiên cứu chi tiết hơn về quá trình khoáng hóa và 
xử lý ở các nồng độ cao hơn. 
LỜI CẢM TẠ 
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại 
học Bách Khoa – ĐHQG-HCM trong khuôn khổ 
đề tài mã số T- KTHH - 2016-40. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Brillas, E., Sirés, I., Oturan, M.A., 2009. Electro-
Fenton process and related electrochemical 
technologies based on Fenton’s reaction 
chemistry. Chemical Reviews. 109: 6570-6631. 
Ganiyu, S.O., Hullebusch, E.D.V., Cretin, M., 
Esposito, G., 2015. Coupling of membrane 
filtration and advanced oxidation processes for 
removal of pharmaceutical residues: a critical 
review. Separation and Purification Technology. 
156: 891-914. 
He, Z., Gao, C., Qian, M., Shi, Y., 2014. Electro-Fenton 
process catalyzed by Fe3O4 magnetic nanoparticles 
for degradation of CI Reactive Blue 19 in aqueous 
solution: operating conditions, influence, and 
mechanism. Industrial & Engineering Chemistry 
Research. 53(9): 3435-3447. 
Liu, H., Wang, C., Li, Xuan, X., Jiang, J., Cui, H., 
2007. A novel electro-Fenton process for water 
treatment: reaction-controlled pH adjustment and 
performance assessment. Environmental science 
& technology. 41(8): 2937-2942. 
Oturan, M.A., Peiroten, J., Chartrin, P., Acher, A.J., 
2000. Complete destruction of p-nitrophenol in 
aqueous medium by electro-Fenton method. 
Environmental Science & Technology. 34(16): 
3474-3479. 
Nguyễn Thị Lê Hiền, Hoàng Thị Mỹ Hạnh, 2010. 
Khoáng hóa metyl da cam bằng hiệu ứng Fenton 
điện hóa sử dụng catôt composit polypyrrol/oxit. 
Tap̣ chı ́Khoa hoc̣ và Công Nghê ̣(Viện Hàn lâm 
KH&CN). 48(1): 105-112. 
Nguyễn Thị Lê Hiền, Trần Thị Tươi, 2012. Khoáng 
hóa metyl đỏ bằng phương pháp Fenton điện 
hóa. Tap̣ chı ́Hóa Hoc̣. 47(2): 207 - 212. 
Michałowicz, J., Duda, W., 2007. Phenols – Sources 
and Toxicity. Polish Journal of Environmental 
Studies. 16(3): 347 - 362. 
Yu, R.F., Lin, C.H., Chen, H.W., Cheng, W.P., 2013. 
Possible control approaches of the Electro-
Fenton process for textile wastewater treatment 
using on-line monitoring of DO and ORP. 
Chemical engineering journal. 218: 341-349.