Nghiên cứu khả năng hấp thụ thuốc nhuộm ro122 bằng vật liệu diatomite phủ chitosan khâu mạch để xử lý nước thải dệt nhuộm báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM RO122 BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Mã số: T2019-PHII-005 Chủ nhiệm đề tài: ThS Lê Thị Thi Hạ Thời gian thực hiện: 1/2019-12/2019 Tp Hồ Chí Minh, 12/2019 I DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH STT Họ tên Lại Thị Hoan Hồ Phương Hiền Đơn vị cơng tác Chun mơn Bộ mơn Hóa học, Khoa KHCB, Hóa lý thuyết Trường ĐH GTVT Hóa lý Khoa Hóa học, Trường ĐH Sư phạm I – Hà Nội Hóa học I MỤC LỤC DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH I DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT IV DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ VI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE PHỦ CHITOSAN Ở TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trường nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Khái niệm phân loại thuốc nhuộm 1.1.2 Nguồn gốc phát sinh, thành phần, tính chất nước thải dệt nhuộm 1.1.3 Thực trạng ô nhiễm ảnh hưởng nước thải dệt nhuộm 1.2 Tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu Diatomite phủ Chitosan nước giới 1.2.1 Tổng quan Diatomite Chitosan 1.2.2 Tình hình sử dụng DM/CSKM xử lí mơi trường nước giới 1.3 Tổng quan xử lí nước thải dệt nhuộm phương pháp hấp phụ 10 1.3.1 Hiện tượng hấp phụ 10 1.3.2 Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 11 1.3.3 Cơ chế trình hấp phụ 12 1.3.4 Động học hấp phụ 13 1.4 Kết nghiên cứu chương 13 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH DẠNG BỘT 14 2.1 Cơ sở lý luận chế tạo đánh giá đặc trưng vật liệu Diatomite phủ Chitosan khâu mạch (DM/CSKM) 14 2.1.1 Hóa chất dụng cụ 14 2.1.2 Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu DM/CSKM 15 2.2 Chế tạo vật liệu DM/CSKM [31] 16 II 2.3 Đánh giá đặc trưng vật liệu (DM/CSKM) 17 2.3.1 Dựa vào kết phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) 17 2.3.2 Dựa vào kết phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 19 2.4 Kết nghiên cứu chương 19 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM RO122 TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM LÀNG VẠN PHÚC, HÀ NỘI BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE PHỦ CHITOSAN KHÂU MẠCH 20 3.1 Cơ sở phương pháp thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến khả hấp phụ thuốc nhuộm RO122 20 3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ tối ưu dung dịch RO122 pH = 1,0 20 3.1.2 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng RO122 pH=1 20 3.1.3 So sánh khả hấp phụ RO122 DM/CSKM với vật liệu DM, DM/CS 22 3.1.4 Cách xác định COD mẫu nước thải dệt nhuộm phương pháp đo quang 23 3.2 Quy trình lấy mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội 23 3.2.1 Mẫu nước tự tạo 23 3.2.2 Mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội 23 3.3 Thí nghiệm xác định yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ thuốc nhuộm RO112 DM/CSKM 24 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ 24 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch 24 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ 24 3.2.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ hấp phụ 25 3.4 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến khả hấp phụ thuốc nhuộm RO112 DM/CSKM 25 3.4.1 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ 25 3.4.2 Ảnh hưởng pH dung dịch 26 3.4.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ 27 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 28 3.5 Đề xuất áp dụng điều kiện tối ưu xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội 29 3.5.1 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc 29 3.5.2 Thí nghiệm ảnh hưởng khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc 29 3.5.3 Ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu nước thải M1 30 III 3.5.4 Ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu nước thải M2 31 3.6 Nghiên cứu động học trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM 33 3.6.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ 33 3.6.2 Động học hấp phụ 35 3.7 Kết nghiên cứu chương 37 KẾT LUẬN 38 KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 IV DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Tiếng Việt Tiếng Anh BOD Nhu cầu oxy sinh hoá Biochemical oxygen Demand CS Chitosan Chitosan COD Nhu cầu oxy hố học Chemical Oxygen Demand DD Deaxetyl hóa Deacetylation DM Diatomite Diatomite DM/CS Diatomite phủ Chitosasn Chitosan coated Diatomite DM/CSKM Diatomite phủ Chitosasn khâu mạch Quang phổ hồng ngoại FT-IR RO122 10 SEM Kính hiển vi điện tử quét 11 sTPP Natri triphosphat 12 TAIC 13 TCVN Thuốc nhuộm hoạt tính cam 122 Chitosan was crosslinked with glutaraldehyde and coated on diatomite Fourrier Transformation InfraRed Reactive orange 122 Scanning Electron Microcospy Sodium tripolyphosphate (Na5P3O10) Tryallyl isocyanurate Tiêu chuẩn Việt Nam V DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Các hóa chất tinh khiết dùng nghiên cứu 14 Bảng 1:Các thể tích dd0 cần lấy để chuẩn bị dd1÷ dd10 21 Bảng 2: Nồng độ RO122 với giá trị độ hấp phụ quang tương ứng pH=1,021 Bảng 3: Nồng độ RO122 lại hiệu suất hấp phụ sau thời gian 50 phút xử lí DM, DM/CS DM/CSKM 23 Bảng 4: Nồng độ RO122 lại sau 50 phút hấp phụ với khối lượng vật liệu khác 25 Bảng 5: Nồng độ RO122 lại theo thời gian xử lí DM/CSKM 27 Bảng 6: Giá trị CODđầu mẫu nước thải trước xử lí 29 Bảng 7: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 DM/CSKM pH khác 30 Bảng 8: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 30 Bảng 9: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 31 Bảng 10: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 32 Bảng 11: Giá trị nồng độ RO122 lại (Ce), dung lượng hấp phụ thời điểm cân (qe) với nồng độ RO122 khác (Co) khác 33 Bảng 12: Các tham số tương ứng với mơ hình đẳng nhiệt 34 Bảng 13: Giá trị hệ số RL tương ứng với nồng độ Co (mg/L) 35 Bảng 14: Các tham số mơ hình động học hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM 36 VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Diatomite Phú Yên, Việt Nam Hình 2: Cấu trúc hóa học chitin chitosan Hình 1: Vật liệu DM/CSCKM 16 Hình 2: Phổ hồng ngoại FT-IR DM DM/CSKM 17 Hình 3: Phổ hồng ngoại FT-IR CS DM/CSKM 17 Hình 4: Cơ chế liên kết CS bề mặt DM 18 Hình 5: Sơ đồ phản ứng CS GLA 18 Hình 6: Hình ảnh SEM DM (a) DM/CSKM (b) 19 Hình 1: Phổ hấp phụ UVVis dung dịch RO122 400mg/L pH=1,0 20 Hình 2: Đường chuẩn xác định hàm lượng RO122 pH=1,0 22 Hình 3: Hiệu suất hấp phụ RO122 với khối lượng DM/CSKM khác 26 Hình 4: Hiệu suất hấp phụ RO122 DM/CSKM giá trị pH khác nhau26 Hình 5: Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ RO122 DM/CSKM 28 Hình 6: Dung lượng hấp phụ RO122 DM/CSKM theo thời gian 28 Hình 7: Mẫu nước thải M1 trước xử lí (a) mẫu M1 xử lí 0,2 g DM/CSKM pH = 2,04 (b); 4,99 (c); 9,02 (d) 31 Hình 8: Mẫu nước thải M2 trước xử lí (a) mẫu M2 xử lí DM/CSKM pH = 2,01 (b); 5,01 (c); 9,02 (d) 32 Hình 9: Mơ hình đường đẳng nhiệt hấp phụ cho q trình hấp phụ RO122 DM/CSKM (a) đẳng nhiệt Langmuir (b) đẳng nhiệt Freundlich 34 Hình 10: Đồ thị phương trình động học hấp phụ RO122 DM/CSKM dạng tuyến tính bậc (a), bậc (b) 36 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Tại nước ta, ngành dệt may ngành có kim ngạch xuất lớn thứ hai nước, giải việc làm cho số lượng lớn người lao động (chiếm 20% lao động khu vực công nghiệp gần 5% tổng lực lượng lao động nước) Tuy nhiên, ô nhiễm môi trường nước thải ngành dệt may thực tế cần có giải pháp xử lí nhiệm vụ cần thiết [16] Nước thải ngành dệt chứa nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau, song nhà nghiên cứu rằng, chất nhuộm nguồn gây nhiễm nguồn nước Nước thải ngành cơng nghiệp dệt nhuộm có chứa nhiều thuốc nhuộm dư thừa, đặc biệt loại thuốc nhuộm có cấu trúc vịng, chứa nhóm azo bền, khó bị phân hủy có độc tính cao, tiêu biểu thuốc nhuộm RO122 Các thuốc nhuộm gây tác động đến môi sinh tác hại nghiêm trọng với sức khỏe đời sống người, động vật sinh vật Do vậy, việc nghiên cứu quy trình cơng nghệ vật liệu cho xử lý nước thải dệt nhuộm có chứa thuốc nhuộm RO122 nhiệm vụ nghiên cứu mang tính thời cấp thiết Một xu hướng nhà khoa học nước nghiên cứu, phát triển chế tạo vật liệu hấp phụ Diatomie phủ Chitosan để xử lý nước thải dệt nhuộm với nhiều đặc tính ưu việt khơng độc, có khả tương thích phân hủy sinh học tốt, sử dụng rộng rãi có hiệu hấp phụ tốt Tuy nhiên, cơng trình nghiên cứu nước chế tạo vật liệu Diatomie phủ Chitosan nguyên chất có giá thành cao, ổn định hóa học tạo gel điều kiện pH thấp môi trường axit, làm giảm khả hấp phụ Để khắc phục vấn đề này, sở kết cơng trình nghiên cứu nước ngoài, hướng nghiên cứu đề tài nghiên cứu khả hấp phụ thuốc nhuộm RO122 vật liệu Diatomite phủ Chitosan khâu mạch Sử dụng glutaraldehyde (GLA) làm tác nhân để khâu mạch Chitosan nhằm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc kích thước Chitosan Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu: Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ Diatomite phủ Chitosan khâu mạch (DCKM) thực nghiệm, đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến khả hấp phụ thuốc nhuộm RO122 vật liệu DCKM Đối tượng nghiên cứu: - Vật liệu Datomite phủ Chitosan khâu mạch; - Thuốc nhuộm RO122 nước thải dệt nhuộm Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo 100gam vật liệu DCKM thực nghiệm khảo sát, đánh giá vật liệu hấp phụ thuốc nhuộm RO122 nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Trên sở nghiên cứu lý thuyết, tổng kết kinh nghiệm cơng trình khoa học ngồi nước công bố chế tạo sử dụng vật liệu DCKM hấp phụ thuốc nhuộm RO122 xử lí nước thải dệt nhuộm để tìm tồn cần nghiên cứu hoàn thiện, giải mã-làm chủ công nghệ giảm giá thành sản xuất nước - Từ đó, đề tài nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí nước thải dệt nhuộm, thực nghiệm khảo sát vật liệu đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến khả hấp phụ thuốc nhuộm RO122 xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội Phương pháp nghiên cứu gồm: - Phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết phương pháp phân tích, tổng kết kinh nghiệm; - Kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 28 120 100 q (mg/g) 80 60 40 20 t (phút) 0 30 60 90 120 150 180 Hình 5: Ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ RO122 DM/CSKM 3.4.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Để khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới khả hấp phụ vật liệu DM/CSKM, chúng tơi tiến hành thí nghiệm mục 3.3.4 Dung lượng hấp phụ RO122 lên vật liệu DM/CSKM nhiệt độ khác (40; 50; 58oC) thể hình 3.5 120 100 q (mg/g) 80 40 oC 50 oC 58 oC 60 40 20 t (phút) 0 10 20 30 40 50 60 70 Hình 6: Dung lượng hấp phụ RO122 DM/CSKM theo thời gian nhiệt độ khác Qua quan sát đồ thị hình 3.6, hấp phụ RO122 DM/CSKM đạt cân nhanh nhiệt độ hấp phụ tăng lên Cụ thể, hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM nhiệt độ 40 50oC đạt cân sau 50 phút hấp phụ nhiệt độ 58oC đạt cân sau 20 phút Khi nhiệt độ tăng trình hấp phụ RO122 29 DM/CSKM trở nên thuận lợi hơn, điều cho thấy trình hấp phụ thu nhiệt 3.5 Đề xuất áp dụng điều kiện tối ưu xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Nội Giá trị CODđầu hai mẫu nước thải lấy từ làng Vạn Phúc xác định trước tiến hành xử lí vật liệu DM/CSKM Kết thể bảng 3.6 Bảng 6: Giá trị CODđầu mẫu nước thải trước xử lí Mẫu Thời gian nước thải lấy mẫu Mẫu 1- M1 Mẫu 2- M2 Màu sắc pH CODđầu (mg/L) 10h30 ngày 22/6/2019 Màu đen 7,43 443 11h ngày 22/6/2019 Màu tím 7,50 415 3.5.1 Thí nghiệm ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc Chuẩn bị bình tam giác tích 100 mL Thêm vào bình 50 mL dung dịch nước thải dệt nhuộm M1 Thêm 0,2 g vật liệu DM/CSKM vào bình Điều chỉnh pH dung dịch 2,04; 4,99; 9,02 Tiến hành khuấy trộn dung dịch 50 phút với tốc độ 160 vịng/phút Sau li tâm dung dịch, oxi hóa mẫu để xác định giá trị COD mẫu sau xử lí hấp phụ DM/CSKM Từ đó, lựa chọn giá trị pH tối ưu q trình xử lí Thí nghiệm tiến hành tương tự với dung dịch nước thải dệt nhuộm M2 3.5.2 Thí nghiệm ảnh hưởng khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc Chuẩn bị bình tam giác, tích 100 mL, bình chứa 50 mL nước thải dệt nhuộm M1 Thêm vào bình khối lượng vật liệu DM/CSKM khác 0,2; 0,4; 0,8; 1,2 g Giá trị pH dung dịch bình điều chỉnh tới giá trị pH tối ưu Các mẫu xử lí khoảng thời gian 50 phút với tốc độ lắc 160 vịng/phút Dung dịch thu sau xử lí li tâm xác định giá trị COD cuối Dựa kết thu được, tính tốn hiệu suất khối lượng vật liệu, từ lựa chọn khối lượng vật liệu tối ưu cho q trình xử lí [7] 30 Thí nghiệm tiến hành tương tự với dung dịch nước thải dệt nhuộm M2 với khối lượng vật liệu DM/CSKM thay đổi 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 g để tìm khối lượng vật liệu tối ưu 3.5.3 Ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu nước thải M1 Để khảo sát ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất q trình xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm M1, thí nghiệm tiến hành mục 3.5.1 3.5.2 Kết giá trị CODcuối thể bảng 3.7 bảng 3.8 Bảng 7: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 DM/CSKM pH khác pH A CODcuối (mg/L) H% 2,04 0,121 306 30,9 4,99 0,137 356 19,6 9,02 0,141 369 16,8 Kết thu bảng 3.7 cho thấy pH tối ưu để xử lí mẫu nước thải M1 DM/CSKM khoảng pH = 2,0 Tại pH khoảng 2,0 khối lượng vật liệu DM/CSKM thay đổi là: 0,4; 0,8; 1,2; 2,0 g Sau khoảng 50 phút xử lí, giá trị CODcuối mẫu M1 xác định bảng 3.8 Bảng 8: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M1 với khối lượng DM/CSKM khác mvật liệu (g) A CODcuối(mg/L) H% 0,2 0,121 306 30,9 0,4 0,101 244 44,9 0,8 0,074 160 63,9 1,2 0,027 16 96,4 Số liệu bảng 3.8 cho thấy hiệu suất xử lí tăng khối lượng vật liệu DM/CSKM tăng dần Khi khối lượng vật liệu tăng đến 1,2 g hiệu suất xử lí mẫu M1 31 đạt 96,4% Vì khối lượng vật liệu DM/CSKM tối ưu lựa chọn để xử lí 50mL mẫu nước thải M1 1,2 g a b c d Hình 7: Mẫu nước thải M1 trước xử lí (a) mẫu M1 xử lí 0,2 g DM/CSKM pH = 2,04 (b); 4,99 (c); 9,02 (d) 3.5.4 Ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất xử lí mẫu nước thải M2 Để khảo sát ảnh hưởng pH khối lượng DM/CSKM đến hiệu suất trình xử lí mẫu nước thải dệt nhuộm M2, thí nghiệm tiến hành mục 3.5.1 3.5.2 Kết giá trị CODcuối thể bảng 3.9 bảng 3.10 Bảng 9: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 DM/CSKM pH khác pH A CODcuối (mg/L) H% 2,01 0,048 78 81,2 5,01 0,042 59 85,8 9,02 0,071 150 63,9 Kết thu bảng 3.9 cho thấy pH tối ưu để xử lí hấp phụ DM/CSKM mẫu M2 khoảng 5,0 Giá trị pH áp dụng thí nghiệm Tại pH khoảng 5,0, khối lượng vật liệu DM/ CSKM 32 thay đổi là: 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 g Sau khoảng 50 phút xử lí, giá trị CODcuối mẫu M2 xác định bảng 3.10 Bảng 10: Giá trị CODcuối hiệu suất xử lí 50 mL mẫu nước thải M2 với khối lượng DM/CSKM khác mvật liệu (g) A CODcuối (mg/L) H% 0,2 0,089 209 49,7 0,3 0,063 125 69,9 0,4 0,050 84 79,7 0,5 0,042 59 85,8 0,6 0,043 62 85,1 Bảng 3.10 cho thấy khối lượng vật liệu tăng đến 0,5 g hiệu suất xử lí mẫu M2 đạt 85,8% giá trị thay đổi không đáng kể khối lượng vật liệu tiếp tục tăng Vì khối lượng vật liệu tối ưu để xử lí 50 mL mẫu M2 lựa chọn 0,5 g a b c d Hình 8: Mẫu nước thải M2 trước xử lí (a) mẫu M2 xử lí DM/CSKM pH = 2,01 (b); 5,01 (c); 9,02 (d) Giá trị CODđầu mẫu nước thải M1 M2 443 415 chưa xử lí vật liệu DM/CSKM, số COD cao, vượt tiêu nước thải 33 loại B (TCVN 59452010) lần tiêu nước thải loại B QCVN13MT:2015-BTNMT lần Sau khoảng thời gian 50 phút cho q trình xử lí 50 mL mẫu M1, M2 với khối lượng DM/ CSKM 1,2 0,5g, giá trị CODcuối giảm xuống 16 mẫu M1 59 mẫu M2 Hiệu suất xử lí đạt 96,4 85,8% 3.6 Nghiên cứu động học trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM 3.6.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳng nhiệt hấp phụ thuốc nhuộm RO122 xây dựng khoảng nồng độ đầu 300; 400; 500; 600; 700; 900; 1000 mg/L Thể tích dung dịch sử dụng thí nghiệm 50 mL với khối lượng vật liệu DM/CSKM 0,2 g Giá trị pH dung dịch điều chỉnh khoảng 1,0 Tiến hành lắc đồng thời dung dịch với tốc độ 160 vòng/phút thời gian 50 phút, mẫu thu đem li tâm đo độ hấp phụ quang bước sóng tối ưu Các số liệu thu được tiến hành xử lí để xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Từ độ hấp thụ quang thu được, tiến hành xử lí kết để tìm nồng độ RO122 cịn lại (Ce), dung lượng hấp phụ thời điểm cân (qe) với nồng độ RO122 ban đầu khác Kết thu biểu thị bảng 3.11 Bảng 11: Giá trị nồng độ RO122 lại (Ce), dung lượng hấp phụ thời điểm cân (qe) với nồng độ RO122 khác (Co) khác Co (mg/L) Ce (mg/L) qe (mg/g) 300 2,0 74,5 400 4,9 98,8 500 23,4 119,2 600 52,0 137,0 700 115,4 146,1 900 281,9 154,5 1000 329,7 167,6 Tiến hành xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ theo hai mơ hình Langmuir Freundlich, kết thu hình 3.9 34 a - Mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Ce/qe (g/L) 2.5 y = 0.0061x + 0.0475 R² = 0.9964 1.5 0.5 Ce (mg/L) 0 50 100 150 200 250 300 350 b - Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich 2.3 Logqe 2.2 2.1 y = 0.1428x + 1.867 R² = 0.9575 1.9 LogCe 1.8 0.5 1.5 2.5 Hình 9: Mơ hình đường đẳng nhiệt hấp phụ cho trình hấp phụ RO122 DM/CSKM (a) đẳng nhiệt Langmuir (b) đẳng nhiệt Freundlich Ứng với mơ hình đẳng nhiệt, tham số thu thể bảng 3.10 Bảng 12: Các tham số tương ứng với mơ hình đẳng nhiệt Mơ hình đẳng nhiệt Tham số Giá trị Langmuir KL (L/mg) 0,13 Freundlich qmax R2 163,9 0,996 KF (L/mg) 73,6 n R2 7,0 0,958 Kết hình 3.9 bảng 3.12 cho thấy, hệ số hồi quy R² theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 0,996, cao mơ hình Freundlich (hệ số R²=0,958) 35 Vì vậy, kết luận rằng, hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Để đánh giá mức độ phù hợp chất hấp phụ DM/CSKM trình xử lí thuốc nhuộm RO122, cịn dựa vào hệ số phân li RL, tính theo cơng thức sau: RL  1  K L Co (3.1) Trong đó: RL: Hệ số phân li KL: Hằng số Langmuir (L/mg) Co: Nồng độ ban đầu dung dịch RO122 (mg/L) Bảng 13: Giá trị hệ số RL tương ứng với nồng độ Co (mg/L) Co (mg/L) RL 300 0.025 400 0.019 500 0.015 600 0.013 700 0.011 900 0.008 1000 0.007 Bảng 3.13 cho thấy khoảng nồng độ RO122 nghiên cứu, giá trị RL nằm khoảng 0,007 đến 0,025 (thuộc vào khoảng từ đến 1) Dựa vào kết thu được, chúng tơi kết luận q trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM thuận lợi DM/CSKM loại vật liệu có tiềm q trình xử lí thuốc nhuộm RO122 3.6.2 Động học hấp phụ Dựa vào số liệu bảng 3.5, đồ thị phương trình động học hấp phụ bậc bậc xây dựng kết thể hình 3.10 36 a- Phương trình động học bậc log(qe-qt) 1.5 y = -0.0535x + 1.771 R² = 0.9305 0.5 -0.5 -1 t (phút) -1.5 10 20 30 40 50 60 b- Phương trình động học bậc 0.6 t/qt 0.5 0.4 y = 0.0097x + 0.0182 R² = 0.9992 0.3 0.2 0.1 t (phút) 0 10 20 30 40 50 60 Hình 10: Đồ thị phương trình động học hấp phụ RO122 DM/CSKM dạng tuyến tính bậc (a), bậc (b) Bảng 14: Các tham số mơ hình động học hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM Co mg/L qe thực nghiệm (mg/g) 400 99,4 Mơ hình động học bậc Mơ hình động học bậc qe1 (mg/g) R2 qe2 (mg/g) R2 59,0 0,936 99,3 0,999 Quan sát bảng 3.14 cho thấy giá trị hệ số tương quan R2 mơ hình động học bậc (R2=0,936) nhỏ bậc (R2=0,999) Vậy nên, trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM phù hợp với mô hình động học bậc Mặt khác, dung lượng hấp phụ theo mơ hình động học bậc sát với thực nghiệm qe1=59,0 khác xa so với giá trị qe thu thực nghiệm 99,4 qe lại sấp xỉ với qe2=99,3 37 3.7 Kết nghiên cứu chương Đã xác định điều kiện tối ưu khả hấp phụ RO122 nước DM/ CSKM điều kiện tối ưu pH khoảng 1,0; khối lượng DM/CSKM 0,2g dùng để xử lí 50 mL RO122 400 mg/L đạt cân sau 50 phút với hiệu suất lên tới 99,0% Sự hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại 163,9 mg/g Kết chứng tỏ vật liệu DM/CSKM vật liệu tiềm lĩnh vực hấp phụ để xử lí mơi trường Động học hấp phụ cho thấy trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM phù hợp với mơ hình động học bậc (R2=0,999) Giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân qe theo thực nghiệm phù hợp với qe tính theo mơ hình động học bậc Áp dụng vật liệu DM/CSKM vào xử lí hai mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Đơng, Hà Nội, hiệu xuất xử lí 96,4 85,8% 38 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu, rút kết luận sau: Đã tổng hợp thành công vật liệu DM/CSKM, CS gia cố tác nhân khâu mạch GLA phủ lên bề mặt cấu trúc lỗ xốp DM Kết nghiên cứu khả hấp phụ RO122 nước DM/ CSKM điều kiện tối ưu pH khoảng 1,0; khối lượng DM/CSKM 0,2g dùng để xử lí 50 mL RO122 400 mg/L đạt cân sau 50 phút với hiệu suất lên tới 99,0% Sự hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại 163,9 mg/g Kết chứng tỏ vật liệu DM/CSKM vật liệu tiềm lĩnh vực hấp phụ để xử lí mơi trường Động học hấp phụ cho thấy trình hấp phụ RO122 vật liệu DM/CSKM phù hợp với mô hình động học bậc (R2=0,999) Giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân qe theo thực nghiệm phù hợp với qe tính theo mơ hình động học bậc Áp dụng vật liệu DM/CSKM vào xử lí hai mẫu nước thải dệt nhuộm làng Vạn Phúc, Hà Đơng, Hà Nội, hiệu xuất xử lí 96,4 85,8% 39 KIẾN NGHỊ Xây dựng qui trình tổng hợp vật liệu DM/CSKM với số tác nhân khâu mạch khác Tối ưu hóa qui trình giải hấp phụ để tăng khả tái sử dụng vật liệu DM/CSKM Tiếp tục sử dụng vật liệu DM/CSKM để hấp phụ loại thuốc nhuộm khác xử lí ion kim loại nặng có nước thải nhằm khắc phục trạng ô nhiễm môi trường nước đáng báo động 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Đức Anh Cao Văn Toàn, Trương Thị Nam, Lê Bá Thắng, Đào Phi Hùng, Dương Văn Phong, Phạm Thị Thu Ngân, Nguyễn Thi Hường, Ảnh hưởng số yếu tố tới khẳ hập phụ Cu2+ vật liệu bọc Chitosan, Tạp chí Hóa học, 53(3), (2015), tr 352-356 [2] Bộ Khoa học Công nghệ, Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 5945: 2010 nước thải công nghiệp - Tiêu chuẩn thải, Hà Nội (2016) [3] Nguyễn Đức Chuy, Cơ sở lí thuyết số phương pháp vật lí nghiên cứu cấu trúc vật liệu, Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội [4] Hà Thúc Huy, Từ Trâm Anh, Tổng hợp Chitosan tan nước ứng dụng y sinh, Science & Technology Development,18, (2015), 170-180 [5] Hồ Phương Hiền, Nguyễn Bích Ngân, Vũ Văn Thịnh, Nguyễn Thị Hạnh, Nghiên cứu khả phân hủy metylen xanh sắt kim loại kết hợp với muối kali pesunfat ứng dụng xử lí nước thải dệt nhuộm, Tạp chí Hấp phụ xúc tác, số 3, (2017), tr.157-164 [6] Hồ Phương Hiền, Nguyễn Thị Thanh Mai, Nghiên cứu khả hấp phụ Metyl da cam nước vật liệu Diatomite phủ Chitosan, số 42, Tạp chí khoa học công nghệ (2017), 97-101 [7] Nguyễn Thị Thanh Mai, Nghiên cứu xử lí nước thải dệt nhuộm vật liệu diatomite phủ chitosan, luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, (2017) [8] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Hóa lí, Tập 2, NXBGD, Hà Nội , (1998) [9] Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, (2005) [10] Đặng Trần Phòng , Sổ tay sử dụng thuốc nhuộm, NXB Bách Khoa - Hà Nội, (2013) [11] Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ, Xử lí nước cấp nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, (2005) [12] Nguyễn Hữu Phú, Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, (1998) 41 [13] Nguyễn Hữu Phú , Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội (1998) [14] Đỗ Thị Mỹ Phượng, Võ Cẩm Tú, Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt gel chitosan liên kết ngang nhiệt độ lên khả hấp phụ đồng nước, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Cần Thơ, Cần Thơ, (2005) [15] Bùi Hải Đăng Sơn (2017), Nghiên cứu biến tính Diatomite Phú Yên ứng dụng hấp phụ xúc tác, Luận văn tiến sĩ hóa lý thuyêt Hóa lý, Trường Đại học Huế [16] Lê Hồng Thuận, Báo cáo nghành dệt may 06/2019, www.sbsc.com.vn , (2017) [17] Đặng Lê Minh Trí, Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm chitosan khâu mạch xạ có nguồn gốc từ vỏ tôm, Luận văn Thạc sĩ khoa học Sinh học thực nghiệm, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, (2012) [18] Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp phân tích vật lý hóa lý, Nxb Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội, (2001) [19] Đặng Xuân Việt, Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sỹ kĩ thuật (2015) [20] Ngô Thu Thủy, Trần Thị Thu Hà, Vũ Thu Thủy, Ước lượng mức sẵn lòng chi trả người dân nhằm giả thiểu ô nhiễm môi trường nước làng nghề Vạn Phúc Hà Đơng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Lâm nghiêp, số 2, (2015) 123-130 [21] Elden Galal Mors, H., Diatomite: Its Characterization, Modifications and Applications Asian Journal of Materials Science (3), (2010) 121-136 [22] Hameed, B H., Hasan, M., Ahmad, A L, Adsorption of reactive dye onto cross-linked chitosan/oil palm ash composite beads, Chemical Engineering Journal, (2008) 136, 164 [23] Filipkowska U, Effetiveness of dye adsorption onto non-cross-linked and cross-linked chitosan beads Progress, Chemistry and Application of Chitin and Its Derivatives Volume XVII, (2012), 43-52 [24] Jassal M, Chavan RB, Yadav R, Singh P, Chitin and chitosan Opportunities and Challenge, Edited by Dutta PK SSM International Publication, Contai, India, 42 (2005), 187-192 [25] Javed N Sheikh, K.H Prabhu, Chitin and Chitosan Biopolymers of the 21st Century, International Dyer, (2010), 20-25 [26] Necmettin Cancer, Ahmet Sari, Mustafa Tuzen, Adsorption Characteristics of mercury(II) ions from aqueous solution onto chitosan-coated diatomite, Ind Eng Chem Res , 54, 30, (2015), 7524-7533 [27] YongFu, Preparation of new diatomite–chitosan composite materials and their adsorption properties and mechanism of Hg(II), Royal society of chemistry, (2017), DOI: 10.1098/rsos.170829 [28] Vanitha K., Jibrail K., Sie Y L., Efficiency of various recent wastewater dye removal methods: A review Journal of Environmental Chemical Engineering, 6(4), (2018) 4676-4697 [29] Wan Ngah WS, Ghani SA, Kamari A; Adsorption behaviour of Fe(II) and Fe(III) ions in aqueous solution on chitosan and cross-linked chitosan beads, Bioresource Technol 96, (2005), 443-450 [30] Wan Ngah WS, Kamari A, Chong MY, Cheah ML;Sorption of acid dyes onto GLA and H2SO4 crosslinked chitosan beads, Desalination 249, (2009), 1180-1189 [31] Şahbaz D A., Acikgoz C., Cross-linked chitosan/marble powder composites for the adsorption of Dimozol Blue.Water Science & Technology, 76(9-10), (2017) 2776-2784