Nghiên cứu sự hình thành tác nhân oxi hóa peroxymonocarbonate và ứng dụng xử lý một số hợp chất màu hữu cơ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH TÁC NHÂN OXI HÓA PEROXYMONOCARBONATE VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT MÀU HỮU CƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH TÁC NHÂN OXI HÓA PEROXYMONOCARBONATE VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT MÀU HỮU CƠ Chuyên ngành : Hóa phân tích Mã số : 9.44.01.18 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: TS Nguyễn Bích Ngân 2: TS Vũ Ngọc Duy Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu cộng Tất xuất công bố chung với cán hướng dẫn khoa học cộng tác giả đồng ý trước đưa vào luận án Các số liệu, kết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Hạnh ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Bích Ngân TS Vũ Ngọc Duy người giao đề tài, tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt q trình hồn thiện luận án Em xin chân thành cảm ơn Nguyễn Thị Bích Việt giúp đỡ em thời gian hoàn thành luận án Em xin trân trọng cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Hóa học, thầy mơn Hóa học Phân tích, Hóa Cơng nghệ mơi trường, phịng Sau đại học trường Đại học Sư Phạm Hà Nội ủng hộ, giúp đỡ em thời gian hoàn thành luận án Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2, Ban chủ nhiệm khoa Hóa học thầy đồng nghiệp tạo điều kiện thời gian giúp đỡ, động viên em cơng việc để em hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn cộng sự, em học viên cao học, sinh viên mơn Hóa học Phân tích, khoa Hóa học trường Đại học Sư Phạm Hà Nội giúp đỡ nhiệt tình để tơi thực luận án Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè quan tâm, động viên, khích lệ ủng hộ tơi suốt trình học tập nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Hạnh iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tên tiếng Việt Tên tiếng Anh kí hiệu AOP Q trình oxi hóa nâng cao Advanced Oxidation Process BOD Nhu cầu oxi sinh học Biochemical Oxygen Demand COD Nhu cầu oxi hóa học Chemical Oxygen Demand DPD N,N-dietyl-p-phenylenediamin N,N-diethyl-p-phenylenediamine Sắc kí lỏng hiệu cao High perfomance liquid HPLC chromatography MB 13 Xanh metylen Methylene Blue C NMR Cộng hưởng từ hạt nhân 13C 13 PMC Peroxymonocacbonat Peroxymonocarbonate PAA Axit Peaxetic Peracetic acid pt Phương trình C Nuclear Magnetic Resonance RB19 Reactive Blue 19 RB21 Reactive Blue 21 RhB Rhodamine B RY145 TCVN TOC Reactive Yellow 145 Tiêu chuẩn Việt Nam Tổng lượng carbon hữu Total Organic Carbon TC Tổng lượng carbon Total Carbon TIC Tổng lượng carbon vô Total Inorganic Carbon UV Tia tử ngoại Ultraviolet UVA Tia tử ngoại có bước sóng từ Ultraviolet A 315 ÷ 400 nm UVC Tia tử ngoại có bước sóng từ Ultraviolet C 200 ÷ 280 nm UV-Vis Tử ngoại – khả kiến Ultraviolet - Visible iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận án Mục đích nghiên cứu Đối tượng nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học, thực tiễn đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm Việt Nam 1.2 Chất màu hữu - Thuốc nhuộm .6 1.3 Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 11 1.3.1 Các phương pháp xử lý truyền thống 11 1.3.2 Q trình oxi hóa nâng cao (Advanced Oxidation Process - AOP) .14 1.4 Tác nhân oxi hóa peroxymonocarbonate tạo từ hệ hydrogen peroxide – bicarbonate 22 1.4.1 Tính chất hệ hydrogen peroxide - bicarbonate .23 1.4.2 Tác nhân oxi hóa peroxymonocarbonate 24 1.4.3 Phương pháp phân tích xác định peroxymonocarbonate peracid 32 1.4.4 Ứng dụng peroxymonocarbonate 36 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 40 2.1.1 Hóa chất .40 v 2.1.2 Dụng cụ, thiết bị 41 2.2 Quy trình thực nghiệm 42 2.2.1 Khảo sát nhiệt độ tối ưu để phân tích hàm lượng peroxymonocarbonate dung dịch 42 2.2.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hình thành phân hủy peroxymonocarbonate 44 2.2.3 Đánh giá khả xử lý màu RB19 peroxymonocarbonate 47 2.2.4 Đánh giá khả xử lý chất màu khác peroxymonocarbonate 52 2.2.5 So sánh khả phân hủy chất màu 54 2.3 Phương pháp nghiên cứu 55 2.3.1 Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 13C NMR 55 2.3.2 Phương pháp chuẩn độ iodine - thiosulfate 55 2.3.3 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV- Vis 55 2.3.4 Phương pháp sắc kí lỏng hiệu cao HPLC 56 2.3.5 Phương pháp phân tích số COD 56 2.3.6 Phương pháp phân tích số TOC 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .58 3.1 Sự hình thành phân hủy peroxymonocarbonate dung dịch 58 3.1.1 Sự hình thành peroxymonocarbonate hệ phản ứng 58 3.1.2 Khảo sát nhiệt độ tối ưu để phân tích hàm lượng peroxymonocarbonate.59 3.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thành phân hủy peroxymonocarbonate 60 3.2 Đánh giá khả xử lý chất màu RB19 peroxymonocarbonate 69 3.2.1 Xây dựng đánh giá đường chuẩn RB19 69 3.2.2 Khả khử màu RB19 H2O2 72 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ chất oxi hóa peroxymonocarbonate .73 3.2.4 Ảnh hưởng xúc tác ion kim loại 74 vi 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ ion xúc tác Co2+ 75 3.2.6 Ảnh hưởng pH 76 3.2.7 Động học phản ứng theo nồng độ HCO3- nồng độ Co2+ 77 3.2.8 Đánh giá khả xử lý màu kết hợp peroxymonocarbonate UV 82 3.2.9 Các sản phẩm sau xử lý RB19 peroxymonocarbonate 83 3.3 Đánh giá khả xử lý chất màu khác peroxymonocarbonate 88 3.3.1 Khả xử lý chất màu peroxymonocarbonate theo nồng độ chất oxi hóa 88 3.3.2 Khả xử lý chất màu peroxymonocarbonate có mặt xúc tác ion kim loại 90 3.3.3 Khả xử lý chất màu peroxymonocarbonate theo pH .95 3.3.4 Khả xử lý màu kết hợp peroxymonocarbonate UV 97 3.4 So sánh khả phân hủy chất màu 106 KẾT LUẬN 115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ .116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 PHỤ LỤC vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại thuốc nhuộm Bảng 1.2 Thành phần (%) thuốc nhuộm thất thoát nước thải dệt nhuộm Bảng 1.3 Ưu điểm nhược điểm số trình xử lý nước thải truyền thống 13 Bảng 1.4 Thế khử chuẩn số tác nhân oxi hóa 15 Bảng 2.1 Tổng hợp PMC tỉ lệ mol H2O2 : HCO3- khác 45 Bảng 2.2 Điều kiện khảo sát ảnh hưởng pH đến hình thành PMC 45 Bảng 2.3 Điều kiện thực nghiệm nghiên cứu độ bền PMC 46 Bảng 2.4 Thể tích dung dịch để xây dựng dường chuẩn xác định COD 57 Bảng 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phép chuẩn độ H2O2 thiosulfate59 Bảng 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến phép chuẩn độ xác định hàm lượng PMC 59 Bảng 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ mol H2O2 : HCO3- tới lượng HCO4- tạo thành 60 Bảng 3.4 Hằng số tốc độ hình thành phân hủy HCO4 .66 Bảng 3.5 Độ hấp thụ quang dung dịch RB19 bước sóng 592 nm 70 Bảng 3.6 Kết xử lý thống kê phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ RB19 71 Bảng 3.7 Các giá trị số xác định bậc phản ứng HCO3 80 Bảng 3.8 Các giá trị số xác định bậc phản ứng Co2+ 82 Bảng 3.9 Hiệu suất trình khử màu RB19 điều kiện khơng có UV chiếu UVC 30 phút số hệ phản ứng, [RB19] = 100 mg/L; pH = 83 Bảng 3.10 Giá trị COD TOC trình xử lý RB19 100 mg/L 86 Bảng 3.11 Kết xử lý RB19 100 mg/L số trình AOP 87 Bảng 3.12 Hằng số tốc độ phản ứng bậc 1(k) hiệu xử lý RhB số trình AOP 94 vi Bảng 3.13 Hiệu suất phân hủy màu RY145 50 mg/L sau chiếu UVC 30 phút 97 Bảng 3.14 Thời gian MB bị phân hủy hoàn toàn hệ phản ứng khác 99 Bảng 3.15 Kết xử lý RY 145, RB21, RhB MB số trình .102 Bảng 3.16 Tổng hợp kết trình xử lý chất màu hữu hệ HCO3- – H2O2, Co2+ 0,1 mg/L 107 Bảng 3.17 Hiệu suất khử màu chất RY145, RB19, RB21 Điều kiện: HCO3- 50 mM, H2O2 100 mM, pH = 9, Co2+ 0,1 mg/L, chiếu tia UVC 108 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ HẠNH NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH TÁC NHÂN OXI HÓA PEROXYMONOCARBONATE VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT MÀU HỮU CƠ Chuyên ngành : Hóa phân... trình khử màu Do đó, luận án lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu hình thành tác nhân oxi hóa peroxymonocarbonate ứng dụng xử lý số hợp chất màu hữu cơ? ?? Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận án... luận án Kết nghiên cứu luận án góp phần bổ sung thêm sở khoa học vào nghiên cứu hình thành tác nhân oxi hóa PMC khả oxi hóa số hợp chất màu hữu cơ, cụ thể: - Đã xác định nhiệt độ thích hợp cho quy