Nghiên cứu khả năng xử lý phẩm màu trong nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu sinh học điều chế trừ trái của cây mai dương (mimosa pigra l )

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT TRẦN HOÀI MINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG VẬT LIỆU SINH HỌC ĐIỀU CHẾ TỪ TRÁI CỦA CÂY MAI DƯƠNG (Mimosa pigra L.) CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ BÌNH DƯƠNG – 2022 UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT TRẦN HOÀI MINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ PHẨM MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG VẬT LIỆU SINH HỌC ĐIỀU CHẾ TỪ TRÁI CỦA CÂY MAI DƯƠNG (Mimosa pigra L.) CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN XUÂN DŨ BÌNH DƯƠNG – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu khả xử lý phẩm màu nước thải dệt nhuộm vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương (Mimosa pigra L.)” thực với hướng dẫn TS Nguyễn Xuân Dũ Các kết nghiên cứu luận án trung thực, xác chưa tác giả khác cơng bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung mà tơi trình bày luận văn tốt nghiệp Bình Dương, ngày 27 tháng 08 năm 2022 HỌC VIÊN THỰC HIỆN TRẦN HOÀI MINH i LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô Trường Đại Học Thủ Dầu Một, đặc biệt thầy cô Viện Đào tạo sau Đại học Ngành Khoa học môi trường tận tâm bảo, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian em học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Xuân Dũ, TS Đào Minh Trung, TS Hoàng Lê Thụy Thùy Trang, Th.S Trần Thanh Nhã, CN Phan Hoàng Vĩnh Trường, thầy quản lý phịng thí nghiệm trường ĐH Thủ Dầu Một tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, bảo tạo điều kiện cho em suốt thời gian em thực đề tài Em xin bày tỏ lịng biết ơn Ban Giám đốc Cơng ty TNHH Chyang Sheng Việt Nam, anh Nguyễn Đình Tâm anh chị đồng nghiệp công ty hỗ trợ em suốt trình học tập, triển khai nghiên cứu hoàn thành đề tài Em xin cảm ơn gia đình, cha mẹ, tạo điều kiện tốt vật chất tinh thần giúp em hoàn thành chuyên đề Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến tồn thể thầy khoa anh chị Trung tâm bạn lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, thành công sống công việc Một lần xin chân thành cảm ơn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa học CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Mai dương (Mimosa pigra L.) 1.1.1 Đặc điểm sinh học 1.1.2 Phân bố sinh thái 1.1.3 Chu kỳ sống khả xâm lấn 1.1.4 Hiểm họa từ Mai dương 1.1.5 Các biện pháp kiểm soát Mai dương Thế giới Việt Nam 1.1.6 Thành phần hóa học Mai dương 10 1.2 Tổng quan nước thải dệt nhuộm 11 1.2.1 Thuốc nhuộm ngành dệt nhuộm 11 1.2.2 Nước thải dệt nhuộm 13 1.2.3 Ảnh hưởng nước thải dệt nhuộm 16 1.3 Tổng quan phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm 17 1.3.1 Phương pháp keo tụ - tạo 19 1.3.2 Phương pháp màng lọc 19 1.3.3 Phương pháp oxy hóa hóa học 19 1.3.3.1 Sử dụng Ozone (O3) 19 1.3.3.2 Sử dụng Hydrogen peroxide (H2O2) 20 1.3.3.3 Sử dụng hợp chất Chlorine 20 iii 1.3.3.4 Phản ứng Fenton 21 1.3.4 Phương pháp Điện hóa 21 1.3.4.1 Oxy hóa cực (Anodic Oxidation) 21 1.3.4.2 Điện đông tụ (Electrocoagulation (EC)) 22 1.3.5 Phương pháp hấp phụ 22 1.3.5.1 Hấp phụ vật lý 22 1.3.5.2 Hấp phụ hóa học 22 1.3.5.3 Giải hấp phụ 23 1.3.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ phẩm màu 23 1.3.6.1 Ảnh hưởng pH 23 1.3.6.2 Ảnh hưởng lượng chất hấp phụ 23 1.3.6.3 Ảnh hưởng nồng độ thuốc nhuộm ban đầu 24 1.3.7 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 24 1.3.8 Động học hấp phụ - Các phương trình động học hấp phụ 26 1.4 Tình hình nghiên cứu nước nước sử dụng vật liệu sinh học xử lý phẩm màu nước thải dệt nhuộm 27 1.4.1 Việt Nam 27 1.4.2 Thế giới 27 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30 2.1 Phương pháp nghiên cứu 30 2.1.1 Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu 30 2.1.2 Phương pháp lấy mẫu Mai dương 30 2.1.3 Phương pháp xác định đặc tính hình thái vật liệu 31 2.1.4 Phương pháp phân tích mẫu bảo quản mẫu 31 2.1.5 Xử lý số liệu đồ thị 32 2.2 Nội dung nghiên cứu bố trí thí nghiệm 32 2.2.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 32 2.2.2 Quy trình nghiên cứu 34 2.2.3 Nội dung 1: Điều chế vật liệu sinh học từ trái Mai dương 34 2.2.4 Nội dung 2: Phân tích SEM, BET, FT-IR vật liệu điều chế 35 2.2.5 Nội dung 3: Ứng dụng vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương xử lý dung dịch màu methylene blue nước 36 2.2.5.1 Khảo sát ảnh hưởng pH 36 2.2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng chất hấp phụ 37 iv 2.2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý 39 2.2.5.4 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ thuốc nhuộm methylene blue ban đầu 40 2.2.6 Nội dung 4: Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Kết điều chế vật liệu sinh học từ trái Mai dương 45 3.2 Kết phân tích vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 46 3.2.1 Cấu trúc hình thái (SEM) vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 46 3.2.2 Diện tích bề mặt (BET) vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 47 3.2.3 Phân tích FTIR vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 48 3.3 Kết khảo sát khả xử lý dung dịch MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 50 3.3.1 Ảnh hưởng pH 50 3.3.2 Ảnh hưởng liều lượng vật liệu hấp phụ 52 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian xử lý động học hấp phụ 54 3.3.3.1 Ảnh hưởng thời gian xử lý 54 3.3.3.2 Động học hấp phụ 56 3.3.4 Ảnh hưởng nồng độ MB ban đầu xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 58 3.3.4.1 Ảnh hưởng nồng độ MB ban đầu 58 3.3.4.2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 59 3.3.5 Giải hấp tái sử dụng vật liệu 64 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 4.1 Kết luận 68 4.2 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC A 79 PHỤ LỤC B 82 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU BOD Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) SS FT-IR SEM BET IR IUPAC KL Suspended solids Fourier Transformation Infrared Spectrometer (Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại) Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) Brunauer – Emmett – Teller (Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng) Infra Red (Phổ hồng ngoại) International Union of Pure and Applied Chemistry (Hội hóa học ứng dụng quốc tế ) Kim loại KLN Kim loại nặng MB Methylene blue TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN Quy chuẩn Việt Nam CAT Catalyst (Chất xúc tác) WAO Wet Air Oxidation (Oxy hóa khơng khí ướt) CWAO PAH MEUF TBA Catalytic Wet Air Oxidation (Xúc tác Oxy hóa khơng khí ướt) Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Micellar-enhanced ultrafiltration Tannin based adsorbents UF Ultrafiltration NF Nanofiltration RBM Microbial biomass reactors THT Than hoạt tính PFO Pseudo-first-order PSO Pseudo-second-order vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hóa học 12 Bảng 1.2 Các giai đoạn trình ướt thành phần nước thải tương ứng 14 Bảng 1.3 Tổng hợp nghiên cứu nước nước vật liệu hấp phụ sinh học xử lý phẩm màu nước thải dệt nhuộm 28 Bảng 2.1 Những thiết bị sử dụng luận văn 33 Bảng 2.2 Những hóa chất sử dụng luận văn 33 Bảng 3.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH hiệu xử lý MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 50 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng liều lượng hiệu xử lý MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 52 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian xử lý hiệu hấp phụ MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 54 Bảng 3.4 Các thơng số động học mơ hình biểu kiến bậc mơ hình biểu kiến bậc 56 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB ban đầu hiệu hấp phụ MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 58 Bảng 3.6 Kết thông số mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freudlich 60 Bảng 3.7 So sánh khả hấp phụ methylene blue vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương với số nghiên cứu trước 63 Bảng 3.8 So sánh khả tái sử dụng vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương với vật liệu sinh học khác 66 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh Mai dương Hình 1.2 Sơ đồ quy trình giai đoạn trình dệt nhuộm 15 Hình 1.3 Các phương pháp xử lý màu nước thải 18 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu ứng dụng xử lý phẩm màu nước thải dệt nhuộm vật liệu sinh học từ trái Mai dương 34 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế vật liệu sinh từ trái Mai dương 35 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát pH 37 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát liều lượng chất hấp phụ 38 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát thời gian đạt trạng thái cân vật liệu hấp phụ 40 Hình 2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB ban đầu 42 Hình 2.7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm giải hấp phụ tái sử dụng vật liệu methylene blue 44 Hình 3.1 Trái Mai dương trước hái thu gom (a); Hạt trái Mai dương sau phơi khô (b) bột Mai dương sau xay nghiền (c) 45 Hình 3.2 Ảnh SEM vật liệu sinh học từ trái Mai dương trước xử lý MB 46 Hình 3.3 Giãn đồ hấp phụ giải hấp phụ nito 77K vật liệu hấp phụ sinh học điều chế từ trái Mai dương 47 Hình 3.4 Phổ FTIR vật liệu hấp phụ điều chế từ trái Mai dương 48 Hình 3.5 Biểu đồ kết khảo sát pH vật liệu xử lý MB 52 Hình 3.6 Biểu đồ kết khảo sát liều lượng vật liệu xử lý MB 54 Hình 3.7 Biểu đồ kết khảo sát ảnh hưởng thời gian vật liệu xử lý MB 56 Hình 3.8 Đồ thị mơ hình động học biểu kiến bậc hấp phụ MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 57 Hình 3.9 Đồ thị mơ hình động học biểu kiến bậc hai hấp phụ MB vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương 57 Hình 3.10 Biểu đồ kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Mb ban đầu vật liệu xử lý 59 viii Trước xử lý mẫu 360 phút Sau xử lý ly tâm mẫu 360 phút Trước xử lý mẫu 420 phút Sau xử lý ly tâm mẫu 420 phút Sau xử lý ly tâm mẫu 15 phút Sau xử lý ly tâm mẫu 30 phút 88 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ MB ban đầu Trước xử lý mẫu nồng độ 20 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 20 ppm Trước xử lý mẫu nồng độ 30 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 30 ppm Trước xử lý mẫu nồng độ 40 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 40 ppm 89 Trước xử lý mẫu nồng độ 50 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 50 ppm Trước xử lý mẫu nồng độ 60 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 60 ppm Trước xử lý mẫu nồng độ 70 ppm Sau xử lý ly tâm mẫu nồng độ 70 ppm 90 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Mẫu sau hấp phụ lần Mẫu giải hấp pha loãng lần Mẫu sau hấp phụ lần Mẫu giải hấp pha loãng lần Mẫu sau hấp phụ lần Mẫu giải hấp pha loãng lần 91 Mẫu sau hấp phụ lần Mẫu giải hấp pha loãng lần Mẫu giải hấp ban đầu chưa pha loãng lần Quá trình khuấy giải hấp 120 phút 92