P ISSN 1859 3585 E ISSN 2615 9619 SCIENCE TECHNOLOGY Website https //tapchikhcn haui edu vn Vol 57 No 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 143 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO TỔNG HỢP TiO2[.]
SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO TỔNG HỢP TiO2/ZrO2 XÚC TÁC QUÁ TRÌNH ƠXY HĨA TIÊN TIẾN ƠZƠN ĐỂ XỬ LÝ AXIT ORANGE STUDY ON USING SYTHETIC CATALYTIC NANOMATERIAL OF TiO2/ZrO2 IN THE ADVANCED OXIDATION PROCESS OF OZONATION FOR REMOVING ACID ORANGE Đặng Thị Thơm1,2,*, Đỗ Văn Mạnh1,2, Nguyễn Thành Đồng3, Đào Trọng Hiền , Trần Mạnh Hải1, Nguyễn Hoài Châu1,2, Trịnh Văn Tuyên1,2 TÓM TẮT Cùng với phát triển cơng nghiệp hóa, nhiễm mơi trường ngày gia tăng đặc biệt phải kể đến vấn đề nhiễm nước thải Trong đó, nước thải chứa chất hữu khó phân hủy sinh học đặc biệt chất nhuộm màu ngày quan tâm chúng hầu hết chất hữu độc hại, bền môi trường nước sử dụng với số lượng lớn khối ngành công nghiệp dệt nhuộm Cơng nghệ ơxy hóa tiên tiến đánh giá cao khả oxy hóa mạnh chất nhuộm màu Bằng trình oxy hóa tiên tiến sử dụng O3 vật liệu nano tổng hợp TiO2/ZrO2 để xử lý chất nhuộm màu axit orange 7, bước đầu thu hiệu suất xử lý cao Kết rằng, sử dụng vật liệu nano tổng hợp TiO2/ZrO2 nồng độ 200ppm, pH cho hiệu suất xử lý tốt cụ thể là, hiệu suất xử lý AO7 đạt 95% sau 15 phút thí nghiệm với nồng độ chất màu axit orange (AO7) ban đầu khoảng 175ppm, với nồng độ ban đầu AO7 350ppm đạt 99% sau 18 phút, với chất màu AO7 550ppm đạt 95% với thời gian xử lý sau 30 phút liên tục tiếp xúc với dịng O3 với tốc độ dịng khí cấp O2 tinh khiết 0,5L/phút với thí nghiệm Bên cạnh đó, điều kiện pH 7, pH 10 với nồng độ ban đầu chất màu AO7 khác (175ppm, 350ppm, 550ppm), hiệu xử lý AO7 theo thời gian đánh giá khả xử lý q trình oxy hóa tiên tiến sử dụng O3 vật liệu nano tổng hợp TiO2/ZrO2 nồng độ ban đầu khác Các kết thu ghi nhận động học xử lý chất màu AO7 thí nghiệm theo phản ứng bậc với độ tin cậy cao Từ khóa: Ơxy hóa tiên tiến, ôzôn, nano TiO2/ZrO2, axit orange (AO7), hiệu suất xử lý ABSTRACT According to the industrialized development, environmental pollution is increased day by day especially wastewater pollution problems In there, wastewater companied to dis-biodegradable organic compounds such as dyes is interested due to they are toxic and persistent organic compounds in water environment and used with the amount of dyes in textile industry The advanced oxidation technology has been appreciated by powerful oxidation capacity for dyes The advanced oxidation process of ozonation and synthetic nanomaterial TiO2/ZrO2 for removing acid orange (AO7) obtained preliminary high efficiency Results showed that using synthetic nanomaterial of TiO2/ZrO2 at 200ppm, pH get the best for removal efficiency, detailed as, removal efficiency of AO7 got 95% after 15 minutes of experiments with initial AO7 concentration of 175ppm, with initial AO7 concentration of 350ppm get 99% of removal efficiency after 18 minutes, with initial AO7 concentration of 550ppm get 95% after 30 minutes of experiments with continuous stream mode and initial O2 flow rate of 0.5L/minute for experiments Besides, conditions at pH 7, pH 10 and different AO7 concentration (175ppm, 350ppm, 550ppm), removal efficiency of AO7 versus by time has been evaluated the removal capacity by the advanced oxidation process using O3 and synthetic nanomaterial of TiO2/ZrO2 with different initial concentration The obtained results recorded that treatment kinetics of AO7 in experiments followed by the pseudo first order reaction with high reliability Keywords: Advanced oxidation, ozonation, nano TiO2/ZrO2, acid orange (AO7), removal efficiency Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trung tâm Giáo dục Nghiên cứu Unipetrol, Czech Republic * Email: thomiet@gmail.com Ngày nhận bài: 20/3/2021 Ngày nhận sửa sau phản biện: 10/6/2021 Ngày chấp nhận đăng: 25/6/2021 GIỚI THIỆU Với phát triển khoa học công nghệ nay, công nghệ ơzơn hóa xúc tác (nano-catazone) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn quan tâm phát triển, ứng dụng thực tế xử lý môi trường chất hữu khó phân hủy sinh học Với ưu điểm xử lý nước thải khả ôxy Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 143 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ hóa cao ơzơn có mặt xúc tác đặc biệt xúc tác kích thước nano dạng kim loại oxit kim loại tạo trình ưu việt việc nghiên cứu xử lý chất hữu khó phân hủy sinh học đặc biệt chất nhuộm màu Enling Hu cộng nghiên cứu loại bỏ thuốc nhuộm hoạt tính phương pháp ơzơn hóa xúc tác [1] Nghiên cứu so sánh hiệu xử lý nước thải từ trình rửa có chứa thuốc nhuộm hoạt tính hai q trình: q trình sử dụng ơzơn q trình kết hợp ơzơn với chất xúc tác MnFe2O4 Trong thí nghiệm loại bỏ màu, ban đầu nước thải có màu xanh đậm có diện thuốc nhuộm RB19 (Remazol breliant blue), sau 10 phút, nước thải xử lý catazon màu hoàn toàn Sau 60 phút, độ hấp phụ không thay đổi, cho thấy thuốc nhuộm bị giữ chất xúc tác So sánh với sử dụng ôzôn mang lại hiệu cao Điều thấy xúc tác MnFe2O4 trình catazon thúc đẩy tạo OH° mạnh so với ôzôn oxi hóa chất hữu Với thí nghiệm loại bỏ COD, kết cho thấy hiệu loại bỏ COD sau 60 phút q trình ơzơn 60%, sử dụng thêm xúc tác MnFe2O4 hiệu tăng lên 75% Chung-Hsin Wu cộng nghiên cứu loại bỏ thuốc nhuộm azo RR2 (Red reactive 2) AO6 (Acid orange 6) trình catazon xúc tác MnO2 [2] Kết khử màu cho thấy, sau 120 phút, hiệu suất khử màu RR2 O3, O3/MnO2 (1g), O3/MnO2 (2g), O3/MnO2 (3g) 83%, 92%, 95% 95%, với AO6 67%, 91%, 90% 93% Cả hai thuốc nhuộm RR2 AO6 có hiệu suất khử màu lớn 90% sử dụng thêm chất xúc tác MnO2 sau 120 phút xử lý Đặc biệt hơn, cơng nghệ nano đóng vai trị việc phát triển phương pháp tiêu thụ lượng, vật liệu giảm tác hại đến môi trường xử lý chất gây ô nhiễm mơi trường Các vật liệu nano có kích thước từ đến 100nm, số có đặc tính xúc tác, hấp phụ độ phản ứng cao có điện tích bề mặt riêng cao, vật liệu có tiềm ứng dụng xử lý môi trường, đặc biệt xử lý màu ô nhiễm Các vật liệu nano sử dụng làm chất xúc tác q trình ơzơn hóa xử lý chất hữu nước Nhiều vật liệu nano nghiên cứu, bao gồm oxit kim loại (TiO2, ZnO, MgO,…) kim loại (Fe, Zn) kim loại oxit kim loại Vật liệu nano có diện tích bề mặt lớn cho tỷ lệ thể tích/khối lượng vật liệu nano tăng giúp tăng cường tính hấp phụ vật liệu Các nghiên cứu gần xử lý nước thải công nghệ nano sử dụng nhiều loại vật liệu bao gồm chất bán dẫn, nano khoáng sét, chất xúc tác nano, hạt nano, vật liệu tổng hợp nano chủ yếu TiO2, paladi, Fe3O4, ceri oxit, chitosan từ tính Các hạt nano oxit kim loại TiO2, ZnO CeO2 sử dụng rộng rãi cho xử lý chất ô nhiễm nước Do điện tích bề mặt cao, tính chất quang điện, hạt nano oxit kim loại coi chất xúc tác quang tốt cho trình làm nước Các hạt MgO Mg sử dụng để phá 144 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 hủy/hấp phụ chất diệt khuẩn chống lại vi khuẩn gram dương gram âm Escherichia coli Bacillus megaterium bào tử vi khuẩn [3] S.M Tabatabaei cộng nghiên cứu tăng cường q trình ơzơn hóa 4-Nitrophenol (4NP) nước xúc tác nano ZnO Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm so sánh hiệu xử lý 4NP ôzôn ôzôn kết hợp với chất xúc tác ZnO Khoảng 93% 4NP loại bỏ phút sử dụng nano ZnO Trong đó, sử dụng micro ZnO có 70% 4NP loại bỏ Điều cho thấy vật liệu nano giúp tăng cường trình xử lý chất ô nhiễm nước Cụ thể nồng tăng nồng độ ZnO ban đầu tăng từ 100mg/L đến 300mg/L hàm lượng 4NP bị phân hủy tăng lên từ 69% đến 93% (trong phút đầu) Nồng độ 4NP ban đầu 10, 12, 14 16mg/L hiệu phân hủy tương ứng 63%, 68%, 75% 93% Với trình phân hủy 4NP nồng độ 16mg/L q trình catazon xúc tác ZnO nồng độ 300mg/L, ơzơn 5,64mg/L đạt hiệu tốt pH = [4] Như vậy, sử dụng xúc tác nano oxit kim loại để tăng cường q trình oxy hóa tiên tiến việc xử lý nước thải đặc biệt nước thải cơng nghiệp có hàm lượng chất hữu cao, khó phân hủy sinh học chất nhuộm màu tiềm đánh giá cao Vì vậy, nghiên cứu nhằm đánh giá hiệu xử lý sơ việc sử dụng trình ôzôn hóa với có mặt vật liệu nano tổng hợp TiO2/ZrO2 để xử lý chất nhuộm màu axit orange (AO7) ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Thuốc nhuộm axit orange (AO7) C16H11N2NaO4S loại thuốc nhuộm azo có xuất xứ Aladdin - Trung Quốc để đánh giá nghiên cứu Hình Hình ảnh TEM cuả xúc tác TiO2/ZrO2 Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X TiO2/ZrO2 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Xúc tác nano TiO2/ZrO2 chế tạo từ vật liệu: TiOSO4 ZrCl2 trộn theo tỷ lệ mol 2:1, khuấy bình 1L NaOH 1M thêm vào hỗn hợp pH đạt 11,5 Hỗn hợp dung dịch màu trắng xanh được khuấy tiếp 12 giờ, để lắng tiếp tục lọc, rửa nước cất Kết tủa rắn thu đem sấy 50oC 12h Kết chế tạo vật liệu TiO2/ZrO2 xác định đặc trưng xúc tác nano TiO2/ZrO2 qua ảnh TEM chụp nhiễu xạ tia X Phịng thí nghiệm vật liệu kỹ thuật tiên tiến - Trung tâm Giáo dục Nghiên cứu Unipetrol - Cộng hòa Séc Kết hình minh họa vật liệu nano TiO2/ZrO2 cho thấy kích thước nhỏ từ - 3nm đo kính hiển vi điện tử truyền qua (Transition Electron Microscopy (TEM)) kết phân tích TEM đồng với kết XRD cấu trúc hạt vật liệu Hơn nữa, vật liệu nano TiO2/ZrO2 phân tích theo lý thuyết phiếm hàm mật độ (NLDFT nonlocal density functional theory) Phịng thí nghiệm vật liệu kỹ thuật tiên tiến - Trung tâm Giáo dục Nghiên cứu Unipetrol – Cộng hòa Séc tính tốn cụ thể đặc trưng cấu trúc vật liệu thể bảng Bảng Đặc trưng vật liệu nano TiO2/ZrO2 Thông số NLDFT analysis Diện tích bề mặt (Surface area) Dung tích lỗ rỗng (Pore volume) Dung tích lỗ xốp (Micropore volume) Dung tích mao quản trung bình (Mesopore volume) Đơn vị Kết m2/g cm3/g cm3/g cm3/g 530,4 0,370 0,036 0,330 Phương pháp nghiên cứu: Nồng độ chất màu AO7 xác định phương pháp trắc quang so màu UV Vis UH5300 Hitachi Nhật Bản bước sóng 481nm Nồng độ ôzôn xác định phương pháp Indigo Carmin bước sóng 595nm máy so màu UV Vis UH5300 Hitachi Nhật Bản Giá trị pH thí nghiệm đo máy Hanna HI2211-02 Rumani ảnh hưởng đến phản ứng O3 trình Đồng thời, chất màu chuẩn bị sẵn bể phản ứng với điều kiện thí nghiệm ứng với nồng độ đánh giá 175ppm; 350ppm 550ppm Mỗi thí nghiệm tiến hành khoảng 15 - 60 phút tùy thuộc vào phản ứng, nồng độ chất màu AO7, nồng độ xúc tác nano đầu vào nồng độ chất màu đánh giá theo thời gian phản ứng Các mẫu phân tích lấy từ bình phản ứng syringe 10ml đảm bảo độ xác cao để tiến hành phân tích đánh giá số liệu thu Hiệu suất xử lý chất màu q trình tính tốn theo cơng thức sau: H(%) (Co C f ) 100 Co Trong đó: H hiệu suất xử lý trình (%); Co nồng độ chất màu AO7 (ppm) thời điểm ban đầu thí nghiệm; Cf nồng độ chất màu AO7 (ppm) thời điểm kết thúc trình xử lý KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng nồng độ chất xúc tác ban đầu đến hiệu xử lý chất nhuộm màu AO7 theo pH khác Thí nghiệm sử dụng nano TiO2/ZrO2 100ppm (100ppm CAT) Nồng độ ban đầu AO7 thí nghiệm bố trí 175ppm với xúc tác nano TiO2/ZrO2 100ppm thí nghiệm pH 3, 10 O3 cấp liên tục với tốc độ dịng khí O2 0,5L/phút Kết nghiên cứu hiệu xử lý AO7 minh họa hình Q trình tạo ơzơn thiết kế thí nghiệm Ôzôn sinh từ oxy tinh khiết (99%) cung cấp từ bình chứa oxy 40L với lưu lượng khí điều chỉnh 0.5 L/phút vào máy tạo ôzôn D - 10S (công suất 10g O3/h) qua van điều chỉnh lưu lượng dẫn tới bể phản ứng khí lỏng 0,6L Khí ơzơn cung cấp, phân phối sủi bọt mịn để tăng khả chuyển hóa ơzơn từ pha khí sang pha lỏng suốt q trình thí nghiệm Máy khuấy từ sử dụng để tăng cường trình trộn mẫu đồng bể phản ứng pha lỏng Khí ơzơn dư qua khử khí có chứa KI trước xả ngồi mơi trường Đường ống cung cấp khí O3 vào O3 khỏi bình phản ứng có lắp đặt van chiều Hệ thống thiết kế hệ kín, thí nghiệm tính tốn hiệu xử lý bình phản ứng 0,6L Với lượng xúc tác nano TiO2/ZrO2 khác (100ppm 200ppm - 300ppm) cho vào từ ban đầu bể phản ứng với điều chỉnh pH ban đầu cố định pH 3, 10, sử dụng nước cất siêu đảm bảo khơng yếu tố Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Hình Nồng độ AO7 theo thời gian với 100ppm xúc tác nano TiO2/ZrO2 pH khác Hiệu suất xử lý chất mầu AO7 tính tốn từ phân tích nồng độ AO7 ban đầu nồng độ AO7 thời điểm kết thúc trình xử lý Kết cho thấy, sau 16 phút (994s) xử lý, hiệu xuất xử lý AO7 pH 10 đạt 99,3% Hiệu suất xử lý AO7 đạt 99,3% pH sau 12 phút (751s) 99% pH sau 10 phút (672s) nồng độ chất màu AO7 giảm tuyến tính theo thời gian với điều kiện ban đầu thí nghiệm (hình 3) Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 145 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 Tại pH 10, nồng độ ôzôn sinh tiêu thụ nhanh để chuyển hóa, hình thành gốc OH° q trình thúc đẩy ơxy hóa chất màu AO7 Tuy nhiên, so sánh điều kiện pH pH pH 10 nồng độ AO7 xử lý chậm (hình 3) Tại thí nghiệm pH pH 7, nồng độ ơzơn hịa tan lớn suốt trình xử lý, nồng độ O3 10,46ppm 9,42ppm (hình 4) pH pH q trình xử lý diễn nhanh, hiệu q trình ơzơn trực tiếp Điều đó, chứng tỏ rằng, chế trực tiếp ơzơn hiệu ứng xúc tác nano TiO2/ZrO2 điều kiện pH chiếm ưu xử lý chất màu AO7 Để thấy nồng độ ôzôn sinh chế ôzôn phân hủy dung dịch phản ứng, thí nghiệm hình minh chứng nồng độ ôzôn dung dịch phản ứng với có mặt xúc tác nano TiO2/ZrO2 100ppm pH khác 3, 10 với chất màu AO7 bể phản ứng Hình Nồng độ chất màu AO7 theo thời gian với xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm pH khác Tương tự thí nghiệm với nồng độ chất xúc tác 100ppm, có mặt nồng độ 200ppm chất xúc tác nano TiO2/ZrO2, pH 3, pH pH 10 có giảm nồng độ chất màu cách tuyến tính theo thời gian Kết thí nghiệm cho thấy, hiệu suất xử lý AO7 đạt 95% sau 15 phút thí nghiệm điều kiện thí nghiệm pH 3, với có mặt xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm điều kiện tốt thực để xử lý chất màu AO7 (hình 5) Với kết thí nghiệm tính tốn, động học xử lý chất màu AO7 thể theo phản ứng bậc với hệ số phản ứng k pH 3, 10 7.10-3; 5.10-3 5.10-3s-1 Kết minh họa hình với sai số R2 có độ tin cao, 0,88; 0,98 0,98 pH 3, pH pH 10 Thí nghiệm sử dụng xúc tác nano TiO2/ZrO2 300ppm Hình Nồng độ ơzơn theo thời gian giá trị pH khác Nồng độ ơzơn hịa tan tăng mạnh phút pH Tại pH nồng độ ôzôn tăng từ 3,93ppm lên 10,17ppm sau đạt trạng thái bão hịa với nồng độ ơzơn trung bình 10.46ppm bình phản ứng không cho chất màu AO7 Tương tự pH 7, nồng độ ôzôn tăng mạnh từ 5ppm lên 8,26ppm sau đạt trạng thái bão hịa với nồng độ ơzơn trung bình 9,42ppm Tại pH 10, nồng độ ôzôn sinh bị tiêu thụ cịn khoảng 0,2ppm khơng biến động nhiều theo thời gian môi trường kiềm pH 10, nồng độ ôzôn phản ứng nhanh chuỗi phản ứng để sinh gốc tự đặc biệt gốc OH° linh động [5, 6] Vì vậy, kết đánh giá ban đầu ghi nhận động học xử lý chất màu AO7 thí nghiệm theo phản ứng giả bậc với số động học (k, s-1) phụ thuộc vào thời gian phản ứng điều kiện thí nghiệm Hằng số động học phản ứng thí nghiệm pH cho kết lớn k = 8.10-3s-1, 7.10-3s-1 pH 6.10-3 pH 10 (hình 3) Thí nghiệm sử dụng nano TiO2/ZrO2 200ppm (200ppm CAT) Thí nghiệm tương tự thực với điểu kiện nồng độ màu AO7 ban đầu 175ppm, với 200ppm xúc tác nano TiO2/ZrO2 bể phản ứng 0,6L pH 3, 10 Với dòng O3 liên tục cấp vào bể phản ứng với tốc độ dòng O2 đầu vào 0,5L/phút, kết xử lý chất màu AO7 minh họa hình 146 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) Tương tự hai hệ thí nghiệm trên, thí nghiệm bố trí với nồng độ chất xúc tác nano ban đầu nano TiO2/ZrO2 300ppm với nồng độ chất màu AO7 khoảng 175ppm Kết xử lý chất màu AO7 bể phản ứng 0,6L với dòng O3 liên tục cấp vào bể phản ứng với tốc độ dòng O2 đầu vào 0,5L/phút pH 3, 10 minh họa hình Hình Nồng độ AO7 theo thời gian với xúc tác nano TiO2/ZrO2 300ppm pH khác Kết thí nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý AO7 sau 20 phút đạt 98,65% pH 7, 98,49% pH 10 Kết xử lý AO7 pH 98,57% sau gần 15 phút xử lý Với pH 7, với xúc tác nano TiO2/ZrO2 300ppm, nồng độ chất màu AO7 có xu hướng giảm chậm so với pH 10 suốt trình xử lý Đây điểm khác biệt so với sử dụng xúc tác nano TiO2/ZrO2 100ppm 200ppm cho kết tốc độ xử lý AO7 chậm pH 10 Do vậy, Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 thí nghiệm với pH 10 với xúc tác TiO2/ZrO2 300ppm, khả sản sinh gốc OH° dung dịch phản ứng mạnh để tác động mạnh với chất màu AO7 điều kiện pH7 Tuy nhiên, điều kiện pH 3, tốc độ xử lý chất màu AO7 tốt với có mặt chất xúc tác nano TiO2/ZrO2 300ppm, chứng tỏ chế trực tiếp hiệu ứng xúc tác bề mặt kết hợp nano đóng góp xử lý chất màu AO7 suốt q trình thí nghiệm Từ thí nghiệm thay đổi nồng độ xúc tác khảo sát với điều kiện ban đầu pH 3, 7, 10 cho thấy thí nghiệm pH cho kết nồng độ ơzơn hịa tan dung dịch phản ứng tốt hiệu xử lý chất màu tốt ổn định với có mặt nano TiO2/ZrO2 Điều phù hợp với lý thuyết phân hủy ôzôn môi trường axit so sánh với môi trường kiềm [5, 6] Nano TiO2/ZrO2 đóng góp quan trọng việc xúc tiến trình xử lý, chế thúc đẩy q trình ơzơn hóa có mặt xúc tác nano tác giả cộng đánh giá [7] Các kết đánh giá cho thấy chế xử lý chất màu azo AO7 hiệu đường xử lý trực tiếp ôzôn chế gián tiếp gốc OH°.Cơ chế q trình ơzơn có mặt xúc tác nano TiO2/ZrO2 để xử lý chất màu AO7 giải thích sau: Trên bề mặt chất xúc tác nano TiO2/ZrO2 + Ơxy hóa xúc tác gốc linh động TiO2/ZrO2 -s +O3 TiO2/ZrO2 – sO=O-O TiO2/ZrO2 – sO=O-O TiO2/ZrO2 – sO° + O2 TiO2/ZrO2 – sO° + AO7 CO2 + H2O + chất trung gian + Ôxy hóa trực tiếp ơzơn TiO2/ZrO2 O3 + AO7 CO2 + H2O + chất trung gian TiO2/ZrO2 –AO7 + O3 CO2 + H2O + chất trung gian Trong dung dịch phản ứng + Ơxy hóa trực tiếp với O3 O3 + AO7 CO2 + H2O + chất trung gian Từ kết nghiên cứu cho thấy, sử dụng xúc tác nano TiO2/ZrO2 nồng độ 200ppm vừa đảm bảo tiết kiệm nguyên vật liệu sử dụng mà mang lại hiệu cao xử lý chất màu AO7 Vì vậy, nồng độ xúc tác nanoTiO2/ZrO2 200ppm sử dụng nghiên cứu thí nghiệm 3.2 Ảnh hưởng nồng độ chất màu AO7 đến hiệu xử lý theo pH khác Các thí nghiệm tiến hành với lưu lượng dịng khí cấp vào đồng O2 0,5L/phút tạo ôzôn với cơng suất 10g O3/h để chuyển hóa ơzơn từ khí sang lỏng bể phản ứng 0,6L với điều kiện bố trí nồng độ chất màu ban đầu AO7 cao 350ppm, 550ppm điều kiện thí nghiệm pH 3, 10 Các kết nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ chất màu AO7 đến hiệu xử lý minh họa hình Thí nghiệm với nồng độ chất màu AO7 ban đầu 350ppm Kết thí nghiệm cho thấy với nồng độ chất màu 350 ppm đầu vào, thời gian xử lý tăng lên nồng độ chất Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn màu ban đầu bố trí cao nồng độ chất màu giảm tuyến tính theo thời gian xử lý thí nghiệm nghiên cứu Thí nghiệm phút từ nồng độ màu AO7 ban đầu 350ppm, pH 3, nồng độ chất màu AO7 giảm nhanh, giảm xuống 102,9ppm, đạt hiệu suất xử lý 69,87% Tại thí nghiệm pH nồng độ chất AO7 giảm xuống 212,47ppm, đạt hiệu suất 38,4% phút đầu Ở thí nghiệm pH 10, sau phút xử lý, nồng độ chất màu AO7 giảm xuống cịn 206,24ppm đạt hiệu suất 44,44% (hình 7) Hiệu suất xử lý chất màu AO7 với nồng độ ban đầu khoảng 350ppm đạt 99% pH sau 18 phút, pH sau 30 phút, pH 10 sau 25 phút xử lý Các kết nghiên cứu cho thấy thí nghiệm pH cho hiệu xử lý chất màu AO7 tốt với có mặt xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm Hình Nồng độ AO7 theo thời gian với 200ppm nano TiO2/ZrO2 pH khác Cơ chế động học xử lý chất màu AO7 điều kiện theo chế xử lý bậc Thí nghiệm pH với 200ppm xúc tác nano TiO2/ZrO2, số động học phản ứng đạt cao pH 4.10-3s-1 số động học pH 7, 10 2.10-3s-1 (hình 7) Kết ghi nhận sai số tương quan trình động học đáng tin cậy với giá trị R2 q trình xử lý chất màu thí nghiệm 0,89; 0,95 0,93 điều kiện pH 3, 10 Thí nghiệm với nồng độ chất màu 550ppm Hiệu xử lý chất màu AO7 ba giá trị pH 3, 10 với có mặt nano TiO2/ZrO2 tương tự (hình 8) Nồng độ chất màu AO7 giảm nhanh 10 phút đầu tiên, hiệu suất xử lý đạt đạt 75,76%; 70,62%; 75,56% pH 3, 7, 10 với có mặt nano TiO2/ZrO2 200ppm Như vậy, nồng độ cao ban đầu chất màu AO7 550ppm, xu hướng xử lý chất màu AO7 điều kiện pH 3, 10 gần tương đương có xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm Ở điều kiện này, hiệu xử lý chất màu AO7 đạt 95% thời gian xử lý 30 phút liên tục tiếp xúc với O3 điều kiện bể phản ứng Kết minh chứng rằng, động học xử lý chất màu AO7 thí nghiệm điều kiện cho kết giống số động học phản ứng, k = 2.10-3s-1 sai số R2 phép đo đáng tin cậy, 0,97; Vol 57 - No (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 147 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ 0,91 0,94 tương ứng với thí nghiệm pH 3, 10 với có mặt xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm (hình 8) P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 [7] Dang T T., Do V M., Trinh V T., 2020 Nano-Catalysts in Ozone-Based Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatment Curr Pollut Rep., 6(3), pp 217–229 AUTHORS INFORMATION Hình Nồng độ AO7 theo thời gian với xúc tác nano TiO2/ZrO2 200ppm, nồng độ chất màu ban đầu AO7 khoảng 550ppm pH khác KẾT LUẬN Dang Thi Thom1,2, Do Van Manh1,2, Nguyen Thanh Dong3, Dao Trong Hien1, Tran Manh Hai1, Nguyen Hoai Chau1,2, Trinh Van Tuyen1,2 Institute of Environmental Technology, Vietnam Academy of Science and Technology Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology Unipetrol Centre of Research and Education, Czech Republic Như vậy, kết thảo luận minh chứng tiềm q trình xử lý chất màu cơng nghệ ơzơn với có mặt xúc tác nano Với điều kiện pH khác nhau, mơi trường axit, trung tính môi trường kiềm đánh giá với thay đổi nồng độ chất xúc tác nano TiO2/ZrO2 ban đầu nồng độ cao chất màu ban đầu mang lại hiệu suất xử lý AO7 cao Nghiên cứu cho thấy khả triển vọng việc tiếp cận cơng nghệ ơzơn hóa xúc tác (catazone) sử dụng vật liệu tiên tiến nano mà điển hình sử dụng vật liệu nano tổng hợp TiO2/ZrO2 xử lý chất nhuộm màu có triển vọng việc xử lý nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm LỜI CẢM ƠN Tập thể tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Viện Hàn lâm Công nghệ Việt Nam với ủng hộ tài từ Đề tài mã số ĐLTE 00.07/19-20 cho nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Enling Hu et al., 2019 Removal of Reactive Dyes in Textile Effluents by Catalytic Ơzơnation Pursuing on-Site Effluent Recycling Molecules - Open Access Journal, 24(15) [2] Chung-Hsin Wua et al., 2007 Decolorization of azo dyes using catalytic ôzônation React.Kinet.Catal.Lett, 91(1), pp.161-168 [3] BhaskarBethi et al., 2016 Nanomaterials-based advanced oxidation processes for wastewater treatment: A review Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Volume 109, pp.178-189 [4] S.M Tabatabaei et al., 2011 Enhancement of 4-Nitrophenol Ơzơnation in Water by Nano Zno Catalyst Iranian Journal of Environmental Health Science & Engineering, 8(4), pp.363-372 [5] Tomiyasu H., Fukutomi H., Gordon G., 1985 Kinetics and Mechanism of Ozone Decomposition in Basic Aqueous Solution Inorg Chem., 24(19), pp 2962– 2966 [6] Staehelin J., Hoigne J., 1985 Decomposition of Ozone in Water in the Presence of Organic Solutes Acting as Promoters and Inhibitors of Radical Chain Reactions Environ Sci Technol., 19(12), pp 1206-1213 148 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn ... xử lý AO7 cao Nghiên cứu cho thấy khả triển vọng việc tiếp cận cơng nghệ ơzơn hóa xúc tác (catazone) sử dụng vật liệu tiên tiến nano mà điển hình sử dụng vật liệu nano tổng hợp TiO2/ ZrO2 xử lý. .. việc sử dụng q trình ơzơn hóa với có mặt vật liệu nano tổng hợp TiO2/ ZrO2 để xử lý chất nhuộm màu axit orange (AO7) ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Thuốc nhuộm axit orange. .. riêng cao, vật liệu có tiềm ứng dụng xử lý môi trường, đặc biệt xử lý màu ô nhiễm Các vật liệu nano sử dụng làm chất xúc tác q trình ơzơn hóa xử lý chất hữu nước Nhiều vật liệu nano nghiên cứu, bao