(Luận văn thạc sĩ) 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

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI …… ….***………… PHẠM THỊ MINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA Q TRÌNH KHỐNG HĨA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HỌ AZO TRONG h NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON ĐIỆN HÓA LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2013 VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI …… ….***………… PHẠM THỊ MINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA Q TRÌNH KHỐNG HĨA MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ HỌ AZO TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON ĐIỆN HÓA h LUẬN ÁN TIẾN SỸ HĨA HỌC Chun ngành: Hóa lí thuyết hóa lí Mã số: 62 44 01 19 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thị Lê Hiền PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thị Lê Hiền PGS.TS Đinh Thị Mai Thanh tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm suốt trình em thực đề tài luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán nghiên cứu phòng Ăn mòn bảo vệ kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới nhiệt tình giúp đỡ tơi thời gian thực nội dung đề tài luận án 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 thức hỗ trợ số thiết bị thực nghiệm có liên quan đến đề tài luận án h Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè động viên, chia sẻ giúp đỡ suốt thời gian học tập nghiên cứu Tác giả luận án Phạm Thị Minh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, cơng trình tơi thực hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Một số nhiệm vụ nghiên cứu thành tập thể đồng cho phép sử dụng Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình luận án khác Tác giả luận án h Phạm Thị Minh DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AQDS Antraquinondisunphonat C Cacbon C/Ppy Điện cực cacbon có phủ màng polypyrol C/Ppy(oxit)/Ppy Điện cực cacbon có phủ màng: polypyrol(oxit) polypyrol Nhu cầu oxy hóa học COD Độ suy giảm nhu cầu oxy hóa học %COD Hiệu suất suy giảm COD q trình khống hóa Dye Thuốc nhuộm [Dye] Nồng độ thuốc nhuộm EDX Phổ tán xạ lượng tia X  Hiệu suất phân hủy H Hiệu suất dịng khống hóa PANi Polyanilin Ppy Polypyrol Ppy(oxit) vật liệu composit polypyrol có chứa oxit Pt Platin PT Polythiophen PTFE Polytetrafloetylen SEM Kính hiển vi điện tử quét TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua UV-Vis Phổ tử ngoại khả kiến VLN Vật liệu X-Ray Phổ nhiễu xạ tia X h COD MỞ ĐẦU Hiện nay, trước phát triển ngày lớn mạnh đất nước kinh tế xã hội, đặc biệt phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp ảnh hưởng lớn đến môi trường sống người Bên cạnh lớn mạnh kinh tế đất nước trạng sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng ô nhiễm môi trường mức báo động Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn ngành dệt nhuộm Bên cạnh công ty, nhà máy cịn có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyền thống Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất không xử lý, mà thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳng xuống hồ ao, sơng, ngịi gây nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu h độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Việc tẩy, 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 azo cơng nghiệp nhuộm, tác hại khơng nhỏ mà chất thải môi trường Gần đây, nhà nghiên cứu phát tính độc hại nguy hiểm hợp chất họ azo môi trường sinh thái người, đặc biệt loại thuốc nhuộm gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm [3,4] Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa hợp chất azo vấn đề quan trọng nhằm loại bỏ hết chất trước xả môi trường, bảo vệ người môi trường sinh thái Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phương pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoá học, phương pháp điện hoá Mỗi phương pháp có ưu điểm hạn chế định mặt kỹ thuật mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia Trong đó, việc xử lý hợp chất hữu độc hại phương pháp điện hoá quang điện hoá kết hợp với hiệu ứng Fenton hướng nghiên cứu nhiều nhà khoa học nước quan tâm nghiên cứu Fenton điện hố q trình oxy hoá ion kim loại chuyển tiếp Fe2+, Cu2+, Co2+, Ni2+ H2O2 tác dụng dòng điện tạo ion gốc HO HO2 có tính oxy hóa cao [5] Các ion gốc có khả oxy hố khơng chọn lọc hầu hết hợp chất hữu độc hại tạo thành hợp chất độc oxy hố hồn tồn tạo CO2 H2O Tác nhân H2O2 đưa vào dung dịch trình xử lý, tạo đồng thời catơt nhờ phản ứng khử oxy hoà tan dung dịch Quá trình khử oxy hồ tan diễn theo h chế nhận electron tạo H2O2 nhận electron tạo OH- phụ thuộc vào chất vật liệu điện cực catôt [6] Các khảo sát gần cho thấy, điện cực composit chế tạo từ oxit phức hợp kim loại chuyển tiếp có cấu trúc spinel chất mang polyme dẫn điện polypyrol (Ppy), polyanilin (PANi), polythiophen (PT)… có khả xúc tác tốt cho trình khử oxy tạo H2O2 catơt [7-9] Với mục đích hiểu rõ đặc điểm trình xử lý hợp chất hữu độc hại, đặc biệt hợp chất tạo màu họ azo phương pháp Fenton điện hóa, qua xác định điều kiện thích hợp để xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế nên đề tài luận án “Nghiên cứu đặc điểm q trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa” thực Mục tiêu nghiên cứu luận án - Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4 phương pháp đồng kết tủa - Tổng hợp màng Ppy Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy điện cực cacbon - Xác định chế độ tối ưu cho trình xử lý hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộm - Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm số sở dệt nhuộm hiệu ứng Fenton điện hoá Các nội dung nghiên cứu luận án - Tổng hợp oxit phức hợp cấu trúc spinel Cu1,5Mn1,5O4 phương pháp đồng kết tủa; nghiên cứu thành phần, cấu trúc hình thái học oxit phức hợp thu - Tổng hợp nghiên cứu đặc tính màng Ppy Ppy(Cu1,5Mn1,5O4)/Ppy - Đặc tính điện hóa điện cực anơt platin điện cực catôt cacbon dung dịch chứa hợp chất màu azo - Q trình khống hóa số chất azo phương pháp Fenton điện hóa h - Xử lý phịng thí nghiệm số mẫu nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Nguồn nước thải phát sinh công nghiệp dệt nhuộm từ công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hồn tất Trong lượng nước thải chủ yếu q trình giặt sau cơng đoạn Nhu cầu sử dụng nước nhà máy dệt nhuộm lớn thay đổi tùy theo mặt hàng khác Theo phân tích chuyên gia, lượng nước sử dụng công đoạn sản xuất 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 phạm vi từ 12 - 65 lít thải 10 - 40 lít nước Vấn đề nhiễm chủ yếu ngành công nghiệp dệt nhuộm ô nhiễm nguồn nước Xét hai yếu tố lượng nước thải thành phần chất ô nhiễm nước thải ngành dệt nhuộm đánh giá ô nhiễm số ngành công nghiệp [1,2] h 1.1.2 Đặc tính nước thải dệt nhuộm Đặc tính nước thải dệt nhuộm nói chung nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc, Dương Nội nói riêng chứa loại hợp chất tạo màu hữu cơ, có số pH, DO, BOD, COD… cao (xem bảng 1.1), vượt tiêu chuẩn cho phép thải môi trường sinh thái (xem bảng 1.2) Bảng 1.1 Đặc tính nước thải số sở dệt nhuộm Hà Nội [13] Độ pH Độ màu COD (mg/l) BOD (mg/l) Dệt Hà Nội 9-10 250-500 230-500 90-120 Dệt kim Thăng Long 8-12 168 443 132 Dệt nhuộm Vạn Phúc 8-11 750 380-890 120 Dệt nhuộm Dương Nội 8-11 750 380-890 106 Tên nhà máy Bảng 1.2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp dệt may [14] TT Thông số Đơn vị Độ màu Giới hạn theo TCVN 2008 A B Pt-Co 50 150 Độ pH - 6-9 5,5 - BOD5 (ở 20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 75 100 Như vậy, nước thải cơng nghiệp nói chung nước thải ngành dệt nhuộm nói riêng để đạt tiêu chuẩn cho phép thải môi trường sinh thái cần tuân thủ nghiêm ngặt khâu xử lý hóa chất gây nhiễm mơi trường có mặt nước thải sau sản xuất chế biến sản phẩm công nghiệp 1.1.3 Các chất ô nhiễm nước thải dệt nhuộm Các chất ô nhiễm chủ yếu có nước thải dệt nhuộm chất hữu khó phân hủy, thuốc nhuộm, chất hoạt động bề mặt, hợp chất halogen h hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao pH nước thải cao lượng kiềm lớn Trong đó, thuốc nhuộm thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt thuốc nhuộm azo - loại thuốc nhuộm sử dụng phổ biến nay, chiếm tới 60 - 70 % thị phần [10-12] Thơng thường, chất màu có thuốc nhuộm khơng bám dính hết vào sợi vải q trình nhuộm mà cịn lại lượng dư định tồn nước thải Lượng thuốc nhuộm dư sau cơng đoạn nhuộm lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm sử dụng ban đầu [10,11] Đây nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao nồng độ chất nhiễm lớn 1.1.4 Các loại thuốc nhuộm thường dùng Việt Nam [13] Thuốc nhuộm hợp chất mang màu dạng hữu dạng phức kim loại Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, dạng phức kim loại khơng cịn sử dụng nhiều nước thải sau nhuộm chứa hàm lượng lớn kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Thuốc nhuộm dạng