0978 nghiên cứu đặc điểm của quá trình khoáng hóa một số hợp chất hữu cơ họ azo trong nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp fenton điện hóa luận văn tốt ngh

VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆVIỆTNAM VIỆNKỸTHUẬTNHIỆTĐỚI …… ….***………… PHẠMTHỊMINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA Q TRÌNH KHỐNGHĨA MỘTSỐHỢPCHẤTHỮUCƠHỌAZOTRONGNƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁPFENTONĐIỆNHĨA LUẬNÁNTIẾNSỸ HĨAHỌC HÀNỘI-2013 VIỆNHÀNLÂMKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆVIỆTNAM VIỆNKỸTHUẬTNHIỆTĐỚI …… ….***………… PHẠMTHỊMINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA Q TRÌNH KHỐNGHĨA MỘTSỐHỢPCHẤTHỮUCƠHỌAZOTRONGNƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁPFENTONĐIỆNHĨA LUẬNÁNTIẾNSỸHĨAHỌC Chun ngành: Hóa lí thuyết hóa líMãsố:62440119 Ngườihướngdẫnkhoahọc: PGS.TS.NguyễnThịLêHiền PGS.TS.ĐinhThịMaiThanh HàNội-2013 LỜICẢM ƠN Trước hết, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS NguyễnT h ị L ê H i ề n PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh tận tình hướng dẫn truyền đạt kiếnthức,kinh nghiệmtrongsuốt qtrình emthựchiện đềtàiluận án Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể cán nghiên cứu phịng Ăn mịnvàbảovệkimloại,ViệnKỹthuậtnhiệtđớiđãnhiệttìnhgiúpđỡtơitrongthời gian thực nội dungcủađềtài luậnán Em xin chân thành cảm ơn số Thầy, Cô giáo Khoa Hóa học,trường đại học Sư phạm Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ em mặt kiến thứcvàhỗ trợmột số thiếtbịthựcnghiệmcó liên quanđếnđềtài luận án Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè động viên,chiasẻvàgiúp đỡtôitrongsuốtthờigianhọctậpvà nghiên cứu Tác giảluận án PhạmThịMinh LỜICAMĐOAN Tơi xin cam đoan, cơng trình thực hướngdẫn người hướng dẫn khoa học Một số nhiệm vụ nghiên cứu thànhquả tập thể đồng cho phép sử dụng Các số liệu, kết quảtrình bày luận án trung thực chưa công bố bất kỳcơngtrìnhluậnánnàokhác Tác giả luậnán PhạmThị Minh DANHMỤC CÁCTỪVIẾTTẮT AQDS Antraquinondisunphonat C Cacbon C/Ppy Điệncựccacboncóphủmàngpolypyrol C/Ppy(oxit)/Ppy Điệncựcc a c b o n c ó p h ủ m n g : p o l y p y r o l (oxit)và COD polypyrol Nhu cầuoxyhóahọc COD Độsuygiảmnhucầuoxyhóahọc %COD HiệusuấtsuygiảmCODtrongqtrình khốnghóa Dye Thuốcnhuộm [Dye] Nồngđộthuốcnhuộm EDX Phổtán xạnănglượng tiaX  Hiệusuấtphânhủy H Hiệusuấtdịngkhốnghóa PANi Polyanilin Ppy Polypyrol Ppy(oxit) vậtliệucompositpolypyrolcóchứaoxit Pt Platin PT Polythiophen PTFE Polytetrafloetylen SEM Kínhhiểnviđiện tửquét TEM Kínhhiểnviđiệntửtruyềnqua UV-Vis Phổtửngoạikhảkiến VLN Vậtliệunền X-Ray Phổnhiễuxạ tiaX MỞĐẦU Hiện nay, trước phát triển ngày lớn mạnh đất nước kinhtế xã hội, đặc biệt phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp đãảnh hưởng lớn đến môi trường sống người Bên cạnh lớn mạnhcủa kinh tế đất nước trạng sở hạ tầng xuống cấp trầm trọngvà ô nhiễm môit r n g mức báo động Một n g n h công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn ngành dệt nhuộm Bên cạnh cáccông ty, nhà máy cịn có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyềnthống Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất hầu nhưkhông xử lý, mà thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳngxuống hồ ao, sơng, ngịi gây nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nướcngầmvà ảnhhưởnglớnđếnsứckhỏe conngười Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuấtkhác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữucơđộchại,đặcbiệtlàcáccôngđoạntẩytrắngvànhuộmmàu.Việctẩy,nhuộm vải loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm hoạt tính,thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán…khiến cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác (chất tạo màu,chất làm bền màu ) [1,2] Bên cạnh lợi ích chất tạo màu họ azotrong công nghiệp nhuộm, tác hại khơng nhỏ mà chất nàyđược thải môi trường Gần đây, nhà nghiên cứu phát tính độchạivànguyhiểmcủahợpchấthọazođốivớimơitrườngsinhtháivà conngười, đặc biệt loại thuốc nhuộm gây ung thư cho người sử dụngsảnphẩm[3,4] Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo vấn đề quantrọng nhằm loại bỏ hết chất trước xả môi trường, bảo vệ conngười môitrườngsinhthái Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụngcácphươ ngpháp khác n u nhằmxửl ý cáchợp c h ấ t hữu độchại tr ong nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoáhọc, phương pháp điện hố Mỗi phương pháp có ưu điểm hạnchế định mặt kỹ thuật mức độ phù hợp với điều kiện kinh tếcủa quốc gia Trong đó, việc xử lý hợp chất hữu độc hại bằngphương pháp điện hoá quang điện hoá kết hợp với hiệu ứng Fenton làmột hướng nghiên cứu nhiều nhà khoa họctrong nước quan tâm nghiên cứu Fenton điện hố q trình oxyhố ion kim loại chuyển tiếp Fe2+, Cu2+, Co2+, Ni2+ H2O2dướitác dụng dòng điện tạo ion gốc HOhoặc HO2có tính oxy hóa cao[5].Các i o n g ố c cók h ả oxy hốk h ô n g c h ọ n l ọc h ầ u h ế t c c hợpch ấthữucơđộchạitạothànhcáchợpchấtítđộchơnhoặcoxyhốhồntồntạo CO2và H2O Tác nhân H2O2có thể đưa vào dung dịch trongq trình xử lý, tạo đồng thời catơt nhờ phản ứng khửoxyhồtantrongdungdịch.Qtrìnhkhửoxyhồtancóthểdiễnra theo cơchế nhận electron tạo H 2O2hoặc nhận electron tạo OH-phụ thuộc vào bảnchất vật liệu điện cực catôt [6] Các khảo sát gần cho thấy, điện cựccomposit chế tạo từ oxit phức hợp kim loại chuyển tiếp có cấu trúc spineltrênchấtmanglàcácpolymedẫnđiệnnhưpolypyrol(Ppy),polyanilin(PANi),polythiophen (PT)…cókhảnăngxúctáctốtchoqtrìnhkhửoxytạoH2O2trêncatơt[7-9] Với mục đích hiểu rõ đặc điểm q trình xử lý hợp chất hữucơđộchại,đặcbiệtlàhợpchấtt o m u h ọ a z o b ằ n g p h n g p h p F e n t o n điện hóa, qua xác định điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệtnhuộm thực tế nên đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm q trìnhkhống hóa số hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộmbằng phươngpháp Fentonđiện hóa”đãđượcthực Mụctiêunghiêncứucủaluậnán - Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu 1,5Mn1,5O4bằng phươngphápđồngkếttủa - Tổngh ợ p đ ợ c m n g P p y v P p y ( C u 1,5Mn1,5O4)/ Ppyt r ê n đ i ệ n c ự c n ề n cacbon - Xácđịnhđượcchếđộtốiưuchoquátrìnhxửlýcáchợpchấthữucơhọazotrong nướcthảidệtnhuộm - Nghiêncứu xửlýnướcthải dệtnhuộmcủamộtsốcơ sởdệtnhuộmbằnghiệ uứngFentonđiệnhố Cácnộidungnghiêncứuchínhcủa luậnán - Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu 1,5Mn1,5O4bằng phương phápđồng kết tủa; nghiên cứu thành phần, cấu trúc hình thái học oxit phứchợp thuđược - Tổnghợpvànghiêncứuđặctính củamàngPpyvàPpy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy - Đặct í n h đ i ệ n h ó a c ủ a đ i ệ n c ự c a n ô t p l a t i n v đ i ệ n c ự c c a t ô t n ề n c a c b o n trongdungdịchchứahợp chấtmàuazo - QtrìnhkhốnghóamộtsốchấtazobằngphươngphápFentonđiệnhóa - Xửl ý t r o n g p h ò n g t h í n g h i ệ m m ộ t s ố m ẫ u n c t h ả i d ệ t n h u ộ m b ằ n g phươngphápFentonđiệnhóa CHƯƠNG1 TỔNGQUAN 1.1 Nướcthảidệtnhuộm 1.1.1 Nguồnphátsinhnướcthảidệtnhuộm Nguồn nước thải phát sinh công nghiệp dệt nhuộm từ cơngđoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hồn tất Trong lượng nước thảichủ yếu q trình giặt sau công đoạn Nhu cầu sử dụng nước nhàmáydệtnhuộmrấtlớn thay đổi tùy theo mặt hàng khác Theo phântích chuyên gia, lượng nước sử dụng công đoạn sảnxuất chiếm 72,3 %, chủ yếu từ cơng đoạn nhuộm hồn tất sản phẩm.Người ta tính sơ lược nhu cầu sử dụng nước cho mét vải nằm trongphạmvitừ12 -65lítvàthảira10-40lítnước Vấnđềơnhiễmchủyếutrongngànhcơngnghiệpdệtnhuộmlàsựơnhiễmnguồnnước.Xétha iyếutốlàlượngnướcthảivàthànhphầncácchấtơnhiễmtrongnướcthảithìngànhdệtnhuộmđ ượcđánhgiálàơnhiễmnhấttrongsốcácngànhcơngnghiệp[1,2] 1.1.2 Đặctínhcủanướcthảidệtnhuộm Đặc tính nước thải dệt nhuộm nói chung nước thải dệt nhuộmlàng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng chứa loại hợp chất tạo màuhữucơ,do có số pH, DO, BOD, COD… cao (xem bảng 1.1),vượtqtiêuchuẩnchophépđượcthảiramơitrườngsinhthái(xembảng1.2) Bảng1.1.Đặctính nướcthải củamột sốcơsởdệtnhuộmởHàNội [13] Tênnhà máy Độ pH Độmàu COD(mg/l) BOD(mg/l) Dệt HàNội 9-10 250-500 230-500 90-120 DệtkimThăngLong 8-12 168 443 132 Dệt nhuộmVạnPhúc 8-11 750 380-890 120 Dệt nhuộmDương Nội 8-11 750 380-890 106 Bảng1.2.Quychuẩnkỹthuậtquốcgiavềnướcthảicôngnghiệpdệtmay[14] TT Thôngsố Đơn vị Độmàu Giới hạntheo TCVN2008 A B Pt-Co 50 150 Độ pH - -9 5,5 -9 BOD5(ở20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 75 100 Như vậy, nước thải cơng nghiệp nói chung nước thải ngành dệtnhuộm nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải môi trường sinh thái cầntuân thủ nghiêm ngặt khâu xử lý hóa chất gây nhiễm mơi trường có mặttrong nướcthảisau khisản xuấthoặcchếbiếncácsản phẩmcơngnghiệp 1.1.3 Cácchấtơnhiễmchínhtrongnướcthảidệtnhuộm Các chất ô nhiễm chủ yếu có nước thải dệt nhuộm chất hữucơ khóphânhủy,thuốcnhuộm,chấthoạtđộngbềmặt,cáchợpchấthalogenhữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao pHcủanướcthảicaodolượngkiềmlớn.Trongđó,thuốc nhuộm thành phầnkhó xử lý nhất, đặc biệt thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm sử dụngphổ biến nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần [10-12] Thơng thường,các chất màu có thuốc nhuộm khơng bám dính hết vào sợi vải qtrình nhuộm mà cịn lại lượng dư định tồn nước thải Lượngthuốcnhuộmdưsaucơngđoạnnhuộmcóthểlênđến50%tổnglượngthuốcnhuộm sử dụng ban đầu [10,11] Đây ngun nhân làm chonướcthảidệtnhuộmcó độmàu cao vànồngđộ chấtô nhiễmlớn 1.1.4 Cácloạithuốcnhuộmthườngdùngở ViệtNam[13] Thuốc nhuộm hợp chất mang màu dạng hữu dạng phứccủa kim loại Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, dạng phức kim loạikhơngcịn sử dụng nhiềud o n c t h ả i s a u k h i n h u ộ m c h ứ a h m l ợ n g l n cáckimloạinặnggâyônhiễmmôitrườngnghiêmtrọng.Thuốcnhuộmdạng