Khóa luận tốt nghiệp nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano mnfe2o4 để xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước

Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng vật liệu nano là một trong những hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngo

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp được hoàn thành tại Trường Đại Học Lâm nghiệp Việt Nam Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp em đã nhận được rất nhiều

sự giúp đỡ để hoàn tất khóa luận tốt nghiệp

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành ThS Lê Khánh Toàn và ThS Đặng Thế Anh, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Quản lí tài nguyên rừng và môi trường, Trường Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam, những người đã truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt trong thời gian học tập vừa qua

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô ở Trung tâm Phân tích và Ứng dụng công nghệ địa không gian đã tạo điều kiện tốt cho quá trình thực tập của em

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn sinh viên lớp K59B-Khoa học môi trường, đã luôn động viên, giúp đỡ em trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp

Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày … tháng 05 năm 2018

Sinh viên

Quách Văn Tuấn

Khóa luận Nghiên cứu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 Tổng quan về ngành dệt nhuộm 2

1.1.1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm 3

1.1.2 Các loại thuốc nhuộm thường dùng 6

1.1.3 Nhu cầu về nước và nước thải trong quá trình dệt nhuộm 7

1.2 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường 7

1.2.1 Các chất ô nhiễm chính 7

1.2.2.Ảnh hưởng của các chất thải đến môi trường 9

1.3 Tổng quan về vật liệu nano 10

1.3.1 Khái niệm về vật liệu nano 10

1.3.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 11

1.3.3.Phân loại vật liệu nano 12

1.3.4 Ứng dụng vật liệu nano và kỹ thuật Fenton dị thể xử lý màu thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm 16

CHƯƠNG 2 – MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20

2.2 Đối tượng nghiên cứu 20

2.3 Nội dung nghiên cứu 20

2.4 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ 20

2.4.1 Hóa chất 20

2.4.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 23

2.5 Các phương pháp phân tích 24

2.5.1 Phương pháp xác định nồng độ RY 160 trong mẫu 24

2.5.2 Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) 25

2.5.3 Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25

Khóa luận Nghiên cứu

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

3.1 Xác định đặc tính của vật liệu 27

3.1.1 Hình thái bề mặt 27

3.1.2 Thành phần của vật liệu 29

3.2 Xác định bước sóng hấp thụ đặc trưng của dung dịch phẩm nhuộm 30

3.3 Xây dựng đường chuẩn nồng độ của dung dịch phẩm nhuộm 32

3.4 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình xử lí phẩm màu 35

3.4.1 Ảnh hưởng của PH 35

3.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác 37

3.4.3 Ảnh hưởng của hidropeoxit 38

3.4.4 Ảnh hưởng của thời gian 40

3.4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ 41

3.4.6 Ảnh hưởng của nồng độ phẩm nhuộm 42

3.5 Ứng dụng xử lí các phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G và SR FR 43

3.6 Khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 44

CHƯƠNG IV – KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 46

4.1 Kết luận 46

4.2 Tồn tại 46

4.3 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Khóa luận Nghiên cứu

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận tốt nghiệp :

‘‘Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe 2 O 4 để xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước ’’

2 Giáo viên hướng dẫn : ThS Lê Khánh Toàn

3 Sinh viên thực hiện : Quách Văn Tuấn – K59B – KHMT

4 Mục tiêu nghiên cứu :

1 Mục tiêu tổng quát:

- Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 làm vật liệu xúc tác cho quá trình oxi hóa nâng cao xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước

2 Mục tiêu cụ thể:

- Chế tạo vật liệu nano MnFe2O4

- Nghiên cứu đặc điểm hình thái, thành phần của vật liệu

- Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 thành xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể oxi hóa phân hủy phẩm màu hữu cơ

5 Đối tượng nghiên cứu :

- Dung dịch chứa phẩm nhuộm Reactive Yellow 160 (RY 160), Direct Red 23, Moderdirect Blue FBL, Solanis red F2G, Solanis rose FR

- Vật liệu nano MnFe2O4

6 Nội dung nghiên cứu :

-Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4.

- Khảo sát thành phần và cấu trúc của vật liệu bằng phương pháp phổ SEM và EDX

- Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu cho quá trình oxi hóa nâng cao

- Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 làm xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể xử

lý RY 160, DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng: pH, lượng xúc tác,

Khóa luận Nghiên cứu

- Khảo sát khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu

7.Phương pháp nghiên cứu :

- Phương pháp đồng kết tủa

- Phương pháp xác định nồng độ RY 160 và DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R trong mẫu

- Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

- Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM)

8 Những kết quả đạt được :

- Tổng hợp thành công vật liệu nano MnFe2O4 bằng Phương pháp đồng kết tủa

để xử lí phẩm màu hữu cơ có trong nước

- Xác định được đặc trưng vật liệu nano MnFe2O4 : hình thái bề mặt và thành phần hóa học

- Điều kiện phù hợp để tiến hành kỹ thuật Fenton dị thể: lượng vật liệu nano MnFe2O4 xúc tác 0.2 g/L; nồng độ H2O2 4,9 mM; pH 2; đối với mẫu phẩm màu Reactive Yellow 160 có nồng độ 0,05 g/L

- Khả năng ứng dụng vật liệu để xử lí các phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G và SR FR

- Xác định được dung lượng xử lí của vật liệu nano MnFe2O4 đối với phẩm nhuộm RY 160 là 1336.76 (mg/g)

Khóa luận Nghiên cứu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

EDX Phổ tán xạ năng lƣợng tia X

MB FBL Phẩm màu Moderdirect Blue FBL

RY 160 Phẩm màu Reactive Yellow 160

SR F2G Phẩm màu Solanis red F2G

Khóa luận Nghiên cứu

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tỉ lệ Nước dùng trong nhà máy dệt : 7

Bảng 1.2: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm 8

Bảng 2.1 Các hóa chất cơ bản được sử dụng để tiến hành thí nghiệm: 23

Bảng 2.2.Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 23

Bảng 3.1 Thành phần các nguyên tố trong nano MnFe2O4 29

Bảng 3.2 Bước sóng hấp thụ cực đại của phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G và SR FR 31

Khóa luận Nghiên cứu

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm hàng sợi bông và các nguồn

nước thải 3

Hình 2.1.Công thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính RY 160 21

Hình 2.2.Công thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính DR 23 21

Hình 2.3.Công thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính MB FBL 21

Hình 2.4.Công thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR F2G 22

Hình 2.5.Công thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR FR 22

Hình 3.1 Ảnh SEM của vật liệu nano MnFe2O4 kích thước 4 µm (a), kích thước 1 µm (b) và kích thước 500 nm (c) 28

Hình 3.2 Phổ EDX của nano MnFe2O4 29

Hình 3.3 Phổ UV-vis của RY 160 30

Hình 3.4 Tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm RY 160 tại bước sóng 422 nm 32

Hình 3.5 Tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm DR 23 tại bước sóng 500 nm 33

Hình 3.6 Tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm MB FBL tại bước sóng 607 nm 33

Hình 3.8 Tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phẩm SR FR tại bước sóng 350 nm 35

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH tới hiệu quả xử lý 36

Hình 3.10 Các hợp chất Fe(III) phụ thuộc vào pH 37

Hình 3.11 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu nano MnFe2O4 tới hiệu quả xử lý 38

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 tới hiệu quả xử lý 39

Hình 3.13 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình xử lí 40

Hình 3.14 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả xử lí 41

Hình 3.15 Ảnh hưởng của nồng độ phẩm nhuộm đến hiệu suất xử lí 42

Hình 3.16 xử lí các phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G và SR FR 44

Khóa luận Nghiên cứu

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường nói chung, ô nhiễm môi trường nước nói riêng đang

là một vấn đề toàn cầu Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước chủ yếu là do các nguồn nước thải không được xử lý thải trực tiếp ra môi trường bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Một trong những ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn là ngành dệt nhuộm Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu

Nghiên cứu, xử lý nước thải có chứa phầm nhuộmhữu cơ khó phân hủy là một vấn đề rất quan trọng nhằm loại bỏ hết các chất này trước khi xả ra môi trường, bảo vệ con người và môi trường sinh thái

Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phương pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hoá học, phương pháp điện hoá Trong đó, việc xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại bằng

kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng vật liệu nano là một trong những hướng nghiên cứu mới đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu, do có thể góp phần vào việc khắc phục nhược điểm cơ bản của kỹ thuật Fenton đồng thể là chi phí cao cho hóa chất, nguyên vật liệu và khó thu hồi xúc tác

Trong khóa luận Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe 2 O 4 để xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước, vật liệu nano MnFe2O4 sử dụng làm xúc tác Fenton dị thể, một loại vật liệu có khả năng xúc tác cho quá trình oxi hóa nâng cao, chi phí thấp, ít ảnh hưởng đến môi trường, tiến hành tối ưu hóa các điều kiện vận hành và tính toán các thông số cơ bản, đặc trưng của quá trình xử lý

Khóa luận Nghiên cứu

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về ngành dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm có nguồn gốc từ các làng nghề truyền thồng, sản xuất thủ công từ rất lâu đời Tại Việt Nam ngành dệt nhuộm được hình thành và phát triển theo quy mô công nghiệp từ năm 1897 với nhà máy đầu tiên là nhà máy dệt Nam Định Sau đó, ngành công nghiệp này đã nhanh chóng lớn mạnh sau Thế Chiến thứ 2 với quy mô và hình thức khác nhau Ở miền Nam, các doanh nghiệp được thành lập và sử dụng máy móc hiện đại của Châu Âu Ở miền Bắc, các doanh nghiệp nhà nước do Trung Quốc, Liên Bang Xô Viết cũ và Đông Âu cùng thiết bị máy móc cũng như trong giai đoạn này

Năm 1954, sau khi miền bắc giành độc lập, Nhà máy Dệt Nam Định và Nhà máy Dệt lụa Nam Định được khôi phục, có thêm một số nhà máy khác được xây dựng mới như Nhà máy Dệt 8/3, Nhà máy Dệt Vĩnh Phú,… Các làng nghề truyền thống, các hợp tác xã dệt may đã được khuyến khích phát triển

Sau khi Việt Nam thống nhất (tháng 4 năm 1975), Chính phủ đã tiếp quản một loạt các nhà máy ở miền Nam như Công ty Dệt Thắng Lợi, Công ty Dệt Thành Công,…Sau đó, một số doanh nghiệp quốc doanh trung ương được xây dựng như Công ty May Hà Nội, Công ty Dệt may Nha Trang, Công ty Dệt may Huế Một số cơ quan cấp địa phương cũng thành lập các doanh nghiệp may

Năm 2017, kim ngạch xuất khẩu ngành dệt may đạt 31,16 tỷ USD

Khóa luận Nghiên cứu

1.1.1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm

, hơi

Nước thải chứa hồ tinh bột, hóa chất

Enzym NaOH

Nước thải chứa hồ tinh bột bị thủy phân, hóa chất Nước thải

Sản phẩm

NaOH, hóa chất Hơi nước H2SO4, H2O Chất tẩy giặt H2O2, NaOCl Hóa chất H2SO4, H2O Chất tẩy giặt

H2SO4, H2O Chất tẩy giặt

NaOH Hóa chất Dung dịch nhuộm

Hơi nước

Hồ, hóa chất

Khóa luận Nghiên cứu

Thông thường công nghệ dệt - nhuộm gồm ba quá trình cơ bản: kéo sợi, dệt vải và xử lý (nấu tẩy), nhuộm và hoàn thiện vải Trong đó được chia thành

các công đoạn sau:

Làm sạch nguyên liệu: nguyên liệu thường được đóng dưới các dạng kiện

bông thô chứa các sợi bong có kích thước khác nhau cùng với các tạp chất tự nhiên như bụi, đất, hạt, cỏ rác… Nguyên liệu bông thô được đánh tung, làm sạch và trộn

đều Sau quá trình là, sạch, bông được thu dưới dạng các tấm phẳng đều

Chải: các sợi bông được chải song song và tạo thành các sợi thô

Kéo sợi, đánh ống, mắc sợi: tiếp tục kéo thô tại các máy sợi con để giảm

kích thước sợi, tăng độ bền và quấn sợi vào các ống sợi thích hợp cho việc dệt vải Sợi con trong các ống nhỏ được đánh ống thành các quả to để chuẩn bị dệt

vải Tiếp tục mắc sợi là dồn qua các quả ống để chuẩn bị cho công đoạn hồ sợi

Hồ sợi dọc: hồ sợi bằng hồ tinh bột và tinh bột biến tính để tạo màng hố

bao quanh sợi, tăng độ bền, độ trơn và độ bóng của sợi để có thể tiến hành dệt vải Ngoài ra còn dùng các loại hồ nhân tạo như polyvinylalcol PVA,

đưa sang nấu tẩy

Nấu vải: Loại trừ phần hồ còn lại và các tạp chất thiên nhiên như dầu mỡ,

sáp… Sau khi nấu vải có độ mao dẫn và khả năng thấm nước cao, hấp thụ hóa chất, thuốc nhuộm cao hơn, vải mềm mại và đẹp hơn Vải được nấu trong dung dịch kiềm và các chất tẩy giặt ở áp suất cao (2 - 3 at) và ở nhiệt độ cao (120 -

130oC) Sau đó, vải được giặt nhiều lần

Làm bóng vải: mục đích làm cho sợi cotton trương nở, làm tăng kích

thước các mao quản giữa các phần tử làm cho xơ sợi trở nên xốp hơn, dễ thấm

Khóa luận Nghiên cứu

thường bằng dung dịch kiềm dung dịch NaOH có nồng độ từ 280 đến 300g/l, ở nhiệt độ thấp 10 - 20oC sau đó vải được giặt nhiều lần Đối với vải nhân tạo

không cần làm bóng

Tẩy trắng: mục đích tẩy màu tự nhiên của vải, làm sạch các vết bẩn, làm

cho vải có độ trắng đúng yêu cầu chất lượng Các chất tẩy thường dùng là natri clorit NaClO2, natri hypoclorit NaOCl hoặc hyrdo peroxyte H2O2 cùng với các chất phụ trợ Trong đó đối với vải bông có thể dùng các loại chất tẩy H2O2, NaOCl hay NaClO2

Nhuộm vải hoàn thiện: mục đích tạo màu sắc khác nhau của vải Thường

sử dụng các loại thuốc nhuộm tổng hợp cùng với các hợp chất trợ nhuộm để tạo

sự gắn màu của vải Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải, đi vào nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, độ màu yêu cầu,…

Thuốc nhuộm trong dịch nhuộm có thể ở dạng tan hay dạng phân tán Quá trình nhuộm xảy ra theo 4 bước:

- Di chuyển các phân tử thuốc nhuộm đến bề mặt sợi

- Gắn màu vào bề mặt sợi

- Khuyết tán màu vào trong sợi, quá trình xảy ra chậm hơn quá trình trên

- Cố định màu và sợi

In hoa là tạo ra các vân hoa có một hoặc nhiều màu trên nền vải trắng hoặc vải màu, hồ in là một hỗn hợp gồm các loại thuốc nhuộm ở dạng hòa tan hay pigment dung môi Các lớp thuốc nhuộm cùng cho in như pigment, hoạt tính, hoàn nguyên, azo không tan và indigozol Hồ in có nhiều loại như hồ tinh bột, dextrin, hồ alginat natri, hồ nhũ tương hay hồ nhũ hóa tổng hợp

Sau nhuộm và in, vải được giặt lạnh nhiều lần Phần thuốc nhuộm không gắn vào vải và các hóa chất sẽ đi vào nước thải Văng khổ, hoàn tất vải với mục đích ổn định kích thước vải, chống nhàu và ổn định nhiệt, trong đó sử dụng một

số hóa chất chống màu, chất làm mềm và hóa chất như metylic, axit axetic,

formaldehit

Khóa luận Nghiên cứu

1.1.2 Các loại thuốc nhuộm thường dùng

Thuốc nhuộm hoạt tính

Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-F-T-X trong đó: S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan; F là phần mang màu, thường là các hợp chất Azo (-N=N-), antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin; T là gốc mang nhóm phản ứng; X là nhóm phản ứng Loại thuốc nhuộm này khi thải vào môi trường có khả năng tạo thành các amin thơm được

xem là tác nhân gây ung thư

Thuốc nhuộm trực tiếp

Đây là thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử

lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm)

và sợi poliamid, phần lớn thuốc nhuộm trực tiếp có chứa azo (môn, di and poliazo) và một số là dẫn xuất của dioxazin Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn

có chứa các nhóm làm tăng độ bắt màu như triazin và salicylic axit có thể tạo

phức với các kim loại để tăng độ bền màu

Thuốc nhuộm hoàn nguyên

Thuốc nhuộm hoàn nguyên gồm 2 nhóm chính: nhóm đa vòng có chứa nhân antraquinon và nhóm indigoit có chứa nhân indigo Công thức tổng quát là R=C-O; trong đó R là hợp chất hữu cơ nhân thơm, đa vòng Các nhân thơm đa vòng trong loại thuốc nhuộm này cũng là tác nhân gây ung thư, vì vậy khi không

được xử lý, thải ra môi trường, có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Thuốc nhuộm phân tán

Nhóm thuốc nhuộm này có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi

tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste…) không ưa nước

Thuốc nhuộm lưu huỳnh

Là nhóm thuốc nhuộm chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong

đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose

Khóa luận Nghiên cứu

Thuốc nhuộm axit

Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl

metan…

Thuốc in, nhuộm pigmen

Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của

antraquinon…

1.1.3 Nhu cầu về nước và nước thải trong quá trình dệt nhuộm

Công nghệ dệt nhuộm sử dụng nước khá lớn: từ 12 đến 65 lít nước cho 1 mét vải và thải ra từ 10 đến 40 lít nước

Bảng 1.1 Tỉ lệ Nước dùng trong nhà máy dệt :

Nước dùng trong nhà máy dệt Tỉ lệ (%)

Phun mù và khử bụi trong các phân xưởng 7,8%

Nước dùng trong các công đoạn công nghệ 72,3%

Phòng hỏa và cho các việc khác 0,6%

1.2 Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường

1.2.1 Các chất ô nhiễm chính

Nước thải công nghiệp dệt nhuộm gồm có các chất ô nhiễm chính: Nhiệt

độ cao, các tạp chất tách ra từ vải sợi như dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, pectin, các chất bụi bẩn dính vào sợi; các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2,Na2CO3,

Khóa luận Nghiên cứu

Na2SO3… các loại thuốc nhuộm, các chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt Lượng hóa chất sử dụng tùy thuộc loại vải, màu và chủ yếu đi vào nước thải của các công đoạn sản xuất

Bảng1.2: Các chất gây ô nhiễm và đặc tính nước thải ngành dệt - nhuộm

(34%-Nấu, tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ, soda, silicat,

natri và xơ sợi vụn

Độ kiềm cao, màu tối, BOD cao (30% tổng BOD)

Tẩy trắng Hipoclorit, hợp chất chứa clo, NaOH, AOX,

axit

Độ kiềm cao (chiếm 5% BOD)

Làm bóng NaOH và tạp chất

Độ kiềm cao, BOD thấp (dưới 1% tổng BOD)

Nhuộm Các loại thuốc nhuộm, axitaxetic và các muối

kim loại

Độ màu rất cao,BOD khá cao (6% tổng BOD), TS cao

In Chất màu, tinh bột, dầu, muối kim loại, axit Độ màu cao, BOD

cao và dầu mỡ Hoàn

thiện Vệt tinh bột, mỡ động vật, muối

Kiềm nhẹ, BOD thấp, lượng nhỏ

Khóa luận Nghiên cứu

1.2.2.Ảnh hưởng của các chất thải đến môi trường

- Nước thải dệt nhuộm gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường không chỉ xuất hiện tại những khu công nghiệp cao, hay những vùng đô thị mà còn xuất hiện cả ở những vùng nông thôn, nơi có nghề truyền thống là dệt nhuộm Và đây là một trong những vấn đề nan giải mà nhà nước ta hiện nay vẫn đang tìm cách giảm thải vấn đề ô nhiễm từ nghề dệt nhuộm truyền thống tại những vùng nông thôn này Bởi những tác hại của nước thải dệt nhuộm tại các làng nghề là quá lớn ảnh hưởng đến sức khỏe cũng như gây ô nhiễm môi trường tại những nơi mà chúng ta cho rằng có bầu không khí trong lành và có nguồn nước sạch tự nhiên

- Độ kiềm cao làm tăng pH của nước Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải

- Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn Lượng thải lớn gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi của tế bào

- Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan trong nguồn nước

- Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan

- Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong

nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh

- Ngành dệt nhuộm không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước, mà còn tác động đến không khí, ô nhiễm rác thải và tiếng ồn Bụi bông sinh ra trong quá trình giàn sợi, đánh ống xe sợi, dệt vải Hơi hóa chất phát sinh trong quá trình nấu, tẩy, nhuộm do sử dụng hóa chất ở nhiệt độ cao và hầu hết các thiết bị sản xuất đều là thiết bị hở Hơi hóa chất chủ yếu là bazo, HCl, Cl2, CH3COOH, chất tẩy giặt Khí thải lò đốt chứa nhiều thành phần ô nhiễm môi trường không khí như CO2, SO2, CO, NOx và bụi gây ra các vấn đề ô nhiễm không khí Xơ nhộng, vụn bông, tơ vụn trong quá trình dệt phát sinh ra nhiều rác thải, gây ô nhiễm rác thải Thiếu ánh sáng, chế độ gió và ẩm gây ra ô nhiễm tiếng ồn

Khóa luận Nghiên cứu

- Sự ô nhiễm môi trường do ngành dệt nhuộm gây nên gây ra những tổn thất nặng nề về mặt kinh tế và những xung đột môi trường trong cộng đồng nảy sinh ngày càng lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người

1.3 Tổng quan về vật liệu nano

1.3.1 Khái niệm về vật liệu nano

Trong những năm gần đây trên thị trường bắt đầu xuất hiện nhiều sản phẩm được quảng bá sử dụng công nghệ nano sắt, bạc, thiết bị lọc nước nano, tủ lạnh nano, máy giặt nano, nano LCD, mỹ phẩm nano, sơn nano, ipod nano, ”Công nghệ nano” không chỉ góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm

mà còn trở thành một chiêu thức tiếp thị của các nhà sản xuất nhằm thu hút được sự chú ý của người tiêu dùng Vậy thực chất công nghệ nano là gì, nó được ứng dụng như thế nào trong đời sống khoa học kĩ thuật hiện nay

Khái niệm về công nghệ nano được nhắc đến năm 1959 khi nhà vật lí người mỹ Richard Feynman đề cập tới khả năng chế tạo vật chất ở kích thước siêu nhỏ đi từ quá trình tập hợp các nguyên tử, phân tử Những năm 1980, nhờ

sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu dò quét( SPM haySTM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực nano Từ đó công nghệ nano bắt đầu được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Cùng với sự phát triển của công nghệ nano là sự ra đời của hàng loạt các vật liệu nano mới như nanocomposittes gốm, polymer clay, sợi nano, xúc tác nano, Các vật liệu nano

có vai trò hết sức quan trọng trong đời sống và khoa học kĩ thuật của nhân loại Công nghệ nano (nanotechnology) là nghàng công nghệ liên quan đến việc thiết

kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kíc thước trên qui mô nanomet Nói cách khác, công nghệ nano có nghĩa là kĩ thuật sử dụng kích thước từ 0,1-100nm để tạo ra sự biến đổi hoàn toàn về lí tính 1 cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử(quantum size effect)

Khóa luận Nghiên cứu

Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ

so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng

nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này

1.3.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Các vật liệu nano có thể được chế tạo bằng bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và điểm yếu, một số phương pháp

có thể được áp dụng với một số vật liệu tùy thuộc vào yêu cầu vật liệu, điều kiện trang bị phòng thí nghiệm…

a, Phương pháp hóa ướt (wet chemical methods)

Phương pháp hóa ướt gồm có phương pháp thủy nhiệt, sol-gel, và đồng kết tủa Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, điều kiện pH… mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu có kích thước nano

Ưu điểm của phương pháp hóa ướt là các vật liệu có thể chế tạo được rất

đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm của phương pháp này là rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu nhưng nó cũng có nhược điểm là các hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao, sản phẩm không đồng nhất

b, Phương pháp cơ học (Nano-Mechanical Method)

Bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phương pháp cơ học có ưu điểm là đơn giản, dụng cụ chế tạo không đắt tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu Tuy nhiên, nó lại có nhược

Khóa luận Nghiên cứu

điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ

bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ Phương pháp này thường được dùng để tạo vật liệu không phải là hữu cơ như là kim loại

c, Phương pháp bốc bay nhiệt (thermal evaporation method)

Gồm các phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay trong chân không (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phương pháp này áp dụng hiệu quả trong chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt, người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ tấm chắn Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả lắm để có thể chế tạo vật liệu ở quy mô thương mại

d, Phương pháp hình thành từ pha khí (gas-phase method)

Gồm các phương pháp nhiệt phân (flame pyrolysis), nổ điện explosion), đốt laser (laser ablation method), bốc bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon, silicon Phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của

(electro-nó có thể đến 9000oC

1.3.3.Phân loại vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất 1 chiều có kích thước nm Căn cứ vào các tiêu chí khác nhau mà có thể chia vật liệu nano thành các nhóm khác nhau

- Căn cứ vào trạng thái vật liệu : người ta chia thành 3 loại rắn, lỏng, khí Trong đó vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn sau đó mới đến chất lỏng và khí

- Căn cứ vào tính chất vật liệu: người ta chia vật liệu nano thành vật liệu nano

Khóa luận Nghiên cứu

- Căn cứ vào hình dáng vật liệu: đây là cách phân loại phổ biến nhất a) Vật liệu nano 3 chiều: cả 3 chiều đều có kích thước nano, không chiều nào cho electron tự do

- Các hạt nano: Các hạt nano thường có kích thước nhỏ hơn 100nm thường có 2 loại: hạt nano do tự nhiên tạo ra và hạt nano nhân tạo

Các hạt nano do tự nhiên tạo ra hiện diện trong rất nhiều môi trường: kết quả của hoạt động quang hóa, hoặc do núi lửa, do các loại thực vật và tảo tạo ra, kết quả của việc đốt lửa hoặc nấu nướng thực phẩm và gần đây hơn là từ khí thải của các phương tiện giao thông

Các hạt nano nhân tạo chỉ chiếm thiểu số và rất được các nhà khoa học quan tâm bởi những tính chất mới( ví dụ như phản ứng hóa học và hoạt động quang học) mà chúng có so với các hạt lớn hơn của cùng vật liệu Ví dụ, các hạt titan đioxit và kẽm oxit trở nên trong suốt ở cỡ nano, tuy vậy lại có khả năng hấp thụ và phản chiếu tia UV nên có thể ứng dụng làm các chất chống nắng Các hạt nano này có đặc thù không phải là các sản phẩm thành phẩm , mà thông thường giữ vai trò là nguyên liệu thô, thành phần hoặc chất phụ gia cho các sản phẩm hoàn chỉnh Mặc dù việc sản xuất ra chúng hiện thời còn ít ỏi so với các vật liệu nano khác, nhưng chúng đã có mặt trong một số lượng nhỏ các sản phẩm tiêu dùng, ví dụ như mỹ phẩm Bên cạnh đó, những tính chất mới và được nâng cao của chúng đang gây tranh cãi về độ độc hại của chúng Trong hầu hết các ứng dụng, các hạt nano được làm cố định ( ví dụ, gắn vào một bề mặt hoặc ở bên trong một hợp chất ) hoặc chúng có thể ở dạng tự do hoặc lơ lửng trong chất lỏng

- Các dendrimer: Các dendrimer là các phân tử polyme hình cầu, được hình thành thông qua quá trình tự lắp ráp phân tử cấp cỡ nano Có rất nhiều loại dendrimer, loại nhỏ nhất kích cỡ chỉ vài nm Dendrimer được sử dụng trong các ứng dụng thông thường như các lớp vỏ bọc và mực, và sẽ còn nhiều ứng dụng hữu ích khác dựa vào tính chất thú vị của chúng

Khóa luận Nghiên cứu

- các chấm lượng tử: các chấm lượng tử chính là các hạt nano của chất bán dẫn Khi các hạt chất bán dẫn được chế tạo đủ nhỏ thì bắt đầu xuất hiện các hiệu ứng lượng tử Hiệu ứng này hạn định năng lượng tại các eletron và các hố(lỗ trống do mất một electron, một lỗ trống hoạt động như một điện tích dương) có trong các hạt Vì năng lượng liên quan tới bước sóng, nên điều này là

có thể điều chỉnh các tính chất quang học của các hạt dựa trên kích thước Vì vậy có thể tạo ra các hạt có thể phát ra hoặc hấp thụ các bước sóng đặc trưng (các màu) của sánh sáng , chỉ đơn thuần bằng cách điều chỉnh kích thước của chúng Những chấm này có thể được sử dụng và xử lí một số phản ứng hóa học đặc thù

b) Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó có 2 chiều có kích thước nano, electron được tự do trên 1 chiều (2 chiều cầm tù) Loại vật liệu này tạo ra các tính chất cơ học và điện học rất mới lạ và đặc biệt nên trong thời gian gần đây đã được tập trung nghiên cứu tương đối nhiều

Các ống nano cacbon: Các ống nano cacbon (CNT) lần đầu tiên được nhà vật lí người Nhật Bản, Sumio Iijima, quan sát vào năm 1991 Có hai dạng CNT: ống đơn vách (một ống) hoặc đa vách (các ống đồng tâm) Đặc thù của hai loại

đó là có đường kính vài nm và dài tới vài cm CNT giữ vai trò quan trọng trong công nghệ nano do các tính chất vật lí và hóa học mới lạ của chúng Chúng rất cứng về mặt cơ học (các môđun theo tiêu chuẩn Young của chúng lớn hơn 1 tetrepascal, khiến cho chúng cứng hơn kim cương), lại mềm dẻo (thể hiện ở trục của chúng) và có thể dẫn điện rất tốt (số đường xoắn ốc của các dải graphene quyết định tính chất bán dẫn hay kim loại của CNT) Tất cả các tính chất đó làm cho CNT có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong các hợp chất được gia cố, các thiết bị cảm biến, các linh kiện điện tử nano và màn hình

- Các ống nano vô cơ: Các ống nano vô cơ và những vật liệu dạng fullerne vô cơ có cấu tạo từ các hợp chất có lớp, ví dụ như molypden đisulfua (MoS2) được phát hiện ngay sau CNT Chúng có những tính chất trơn tuyệt vời,

Khóa luận Nghiên cứu

chịu được tác động sóng va chạm, có phản ứng xúc tác và có khả năng chứa hiddro và lithi cao, điều này hứa hẹn mang lại rất nhiều ứng dụng

- Các dây nano: Các dây nano là các dây cực mảnh hoặc dãy các chấm tuyến tính được hình thành qua quá trình tự lắp ráp, chúng được làm từ nhiều loại vật liệu Các dây nano có những ứng dụng tiềm năng trong việc lưu giữ dữ liệu mật độ cao dưới dạng đầu đọc từ tính hoặc phương tiện lưu trữ theo mẫu, các thiết bị nano điện tử, quang học, Việc phát triển những dây nano này dựa trên kỹ thuật phát triển phức tạp, trong đó có quá trình tự lắp ráp, đây là quá trình các phân tử tự sắp xếp một cách tự nhiên trên các chất nền theo bậc, quá trình lắng đọng ở thể hơi bằng phương pháp hóa học (VCD) lên trên các chất nền theo mẫu và quá trình mạ điện hay cấy ghép phân tử

- Các polyme sinh học: Các polyme sinh học, ví dụ như các phân tử AND, góp phần giúp các cấu truics nano dây tự tổ chức thành các mô hình phức tạp hơn Ví dụ có thể bọc sương sống của AND bằng kim loại nhờ đó có thể tích hợp công nghệ sinh học nano và các thiết bị cảm biến tương thíc sinh học và các động cơ nhỏ, đơn giản Những kiểu tự lắp ráp của các cấu trúc nano có trục hữu

cơ như vậy thường được điều khiển bằng lực tương tác yếu, ví dụ như các liên kết hiđro, các tương tác kỵ nước hoặc các tương tác Van Der Waals

c) Vật liệu nano một chiều: Là vật liệu trong đó có một chiều kích thước nano, hai chiều tự do Các vật liệu này đã được phát triển và sử dụng nhiều năm trong các lĩnh vực như chế tạo các linh kiện điện tử, hóa chất và kỹ thuật Rất nhiều ứng dụng thực tế của vật liệu nano chỉ phù hợp khi được sủ dụng ở dạng màng mỏng Các nhà khoa học không những chỉ nắm rõ sự hình thành và những tính chất của những lớp màng từ cấp độ phân tử trở lên, kể cả các lớp phức hợp hoàn toàn, mà còn tạo ra được các màng một lớp (các lớp có độ dày một nguyên

tử hoặc một phân tử) Việc điều khiển thành phần cấu tạo, độ phẳng của các bề mặt và phát triển các màng cũng đã đạt được nhiều tiến bộ Các ưu thế đặc trưng của màng nano như diện tích bề mặt lớn hơn hoặc độ phản ứng đặc trưng thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng như pin, nhiên liệu và chất xúc tác

Khóa luận Nghiên cứu

d) Ngoài ra còn có cấu trúc nano hay nanocompositte trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều,

một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

1.3.4 Ứng dụng vật liệu nano và kỹ thuật Fenton dị thể xử lý màu thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm

Ứng dụng nano xử lý ô nhiễm môi trường

- Giá nguyên liệu và năng lượng ngày càng tăng, cùng với nhận thức về môi trường ngày càng tăng của người tiêu dùng, họ cũng chịu trách nhiệm về một loạt sản phẩm trên thị trường hứa hẹn những lợi ích nhất định đối với việc bảo vệ môi trường và khí hậu Vật liệu nano thể hiện đặc tính vật lý và hóa học đặc biệt khiến chúng trở nên thú vị với các sản phẩm thân thiện với môi trường

- Các ví dụ về lợi ích tiềm năng này bao gồm sự bền bỉ tăng lên của vật liệu chống lại sự va chạm cơ học hoặc thời tiết, giúp tăng tuổi thọ hữu ích của một sản phẩm; các lớp phủ chống ăn mòn và chống thấm nước dựa trên công nghệ nano; vật liệu cách nhiệt mới để nâng cao hiệu suất năng lượng của các tòa nhà; thêm các hạt nano vào vật liệu để giảm trọng lượng và tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận chuyển Trong lĩnh vực công nghiệp hóa chất, vật liệu nano được ứng dụng dựa trên các đặc tính xúc tác đặc biệt của chúng để tăng năng lượng và hiệu quả nguồn tài nguyên, và các vật liệu nano có thể thay thế các hóa chất có hại cho môi trường trong các lĩnh vực ứng dụng nhất định Các tiềm năng đang được đặt trong các sản phẩm tối ưu hóa công nghệ nano và các quy trình sản xuất và lưu trữ năng lượng; hiện đang trong giai đoạn phát triển và

dự kiến sẽ đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ khí hậu và giải quyết các vấn đề năng lượng của chúng ta trong tương lai

.- Vật liệu nano được chế tạo để xử lí màu thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm ở đây sử dụng là phương pháp hóa ướt (wet chemical methods)-đồng kết tủa Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất, điều kiện

Khóa luận Nghiên cứu

- Công nghệ nano cho phép thao tác và sử dụng vật liệu ở tầm phân tử, làm tăng và tạo ra tính chất đặc biệt của vật liệu, giảm kích thước của các thiết

bị, hệ thống đến kích thước cực nhỏ Công nghệ nano giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động đến môi trường Công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội

- Môi trường: chế tạo ra màng lọc nano lọc được các phân tử gây ô nhiễm; các chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn…

- Ứng dụng xử lý nước: Các lĩnh vực tác động tiềm tàng đối với công nghệ nano trong các ứng dụng xử lý nước được chia thành ba loại: xử lý và khắc phục hậu quả, phát hiện và phát hiện, và ngăn ngừa ô nhiễm và cải tiến kỹ thuật khử muối là một lĩnh vực chính Các thiết bị lọc nước có công nghệ nano có khả năng biến đổi lĩnh vực khử muối, ví dụ bằng cách sử dụng hiện tượng phân cực nồng độ ion

- Sắt nano có thể phản ứng một cách hiệu quả với nhiều loại đất ô nhiễm khác nhau trong môi trường, bao gồm các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác Sắt nano có thể khử hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa clo thành các hợp chất không độc như hydrocacbon, clo và nước

- So với hạt có kích thước micro, hạt sắt nano có tốc độ phản ứng lớn hơn

do diện tích bề mặt riêng và diện tích bề mặt hoạt động lớn hơn Hơn thế nữa,

do có khả năng tồn tại ở dạng lơ lửng, sắt nano có thể đi vào trong đất bị ô nhiễm trầm tích và tầng ngậm nước Tuy nhiên, do sự kết đám của các hạt nano, chúng rất khó tồn tại lâu dài ở dạng lơ lửng Schrick và các cộng sự đã chứng minh rằng nguồn cacbon hạn chế đáng kể sự kết tụ và tăng sự vận chuyển hạt sắt nano

Khóa luận Nghiên cứu

- Với vật liệu sắt micro ngoài thị trường không quan sát thấy bất kỳ sự loại bỏ clo nào sau 180 ngày, còn thí nghiệm sau 45 ngày với sắt nano cho thấy sắt nano có khả năng khử clo của PCBs trong hỗn hợp nước –metanol ở điều kiện thường

- Người ta thấy rằng sắt nano có thể phản ứng một cách hiệu quả với nhiều loại đất ô nhiễm khác nhau trong môi trường, bao gồm các hợp chất hữu

cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác

Ứng dụng kỹ thuật Fenton xử lý màu thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm

- Năm 1894 trong tạp chí Hội hóa học Mỹ đã công bố công trình nghiên cứu của J.H.Fenton, trong đó ông quan sát thấy phản ứng oxy hóa axit malic bằng H2O2 đã được gia tăng mạnh khi có mặt các ion sắt Sau đó, tổ hợp H2O2 và muối sắt Fe2+ được sử dụng làm tác nhân oxy hóa rất hiệu quả cho nhiều đối tượng rộng rãi các chất hữu cơ và được mang tên “tác nhân Fenton” (Fenton Reagent)

- Quá trình Fenton (hay phản ứng Fenton) là phản ứng giữa ion Fe2+với

H2O2 sinh ra các gốc tự do *OH, còn Fe2+ bị ion hóa thành Fe3+

Fe 2+ + H 2 0 2 -> Fe 3+ + *OH + OH- (1.1)

GỐC *OH oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, phân hủy chúng thành các chất vô cơ hoặc các chất có phân tử lượng thấp hơn, có khả năng phân hủy sinh học

Theo phương trình (1.1), phải có ion Fe2+

để tạo ra gốc *OH, trong điều kiện pH thấp mới tồn tại ion Fe2+, hiệu quả nhất là pH ≈ 3, còn trong điều kiện

với khử màu, vừa phải với COD nhưng rất chậm với khử TOC và khử độc trong nước thải dệt nhuộm Hiện nay người ta đã nâng cao hiệu quả của phương pháp bằng nhiều cách: H2O2 /than đá, H2O2 và xúc tác cùng với kim loại chuyển tiếp, phương pháp Fenton có vòng chelat trung gian và Cu(II)/ axit hữu cơ/H2O2 Trong suốt quá trình xử lý bằng photo-Fenton chúng ta chỉ có thể quan sát được

sự biến đổi màu chứ không nhìn thấy sự phân hủy sinh học Chúng ta có thể kết hợp giữa phương pháp oxy hóa bằng Fenton với xử lý sinh học để khử triệt để màu và COD trong nước thải công nghiệp dệt

Phương pháp Fenton có thể xử lý axit blue 74( nhóm thuốc nhuộm indigoid), axit orange 10( hợp chất màu azo) và axit violet 19( thuốc nhuộm triarylmethane) Quá trình khử màu diễn ra trong suốt quá trình oxy hóa Chỉ với

tỉ lệ khối lượng thuốc nhuộm : H2O2 là 1:0.5 mà sự khử màu có thể lên đến 96,95 và 99 đối với axit blue 74, axit orange 10 và axit violet 19 Sự loại màu thì dễ dàng hơn so với sự khử COD

=> Từ những điểm ưu của công nghệ nano và quá trình fenton ta thấy nếu

kết hợp công nghệ nano và kĩ thuật fenton để xử lí màu thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm sẽ cho những điểm ưu nổi bật và xử lí đạt hiệu xuất cao

Khóa luận Nghiên cứu

CHƯƠNG 2 – MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Chế tạo vật liệu nano MnFe2O4

- Nghiên cứu đặc điểm hình thái, thành phần của vật liệu

- Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 thành xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể oxi hóa phân hủy phẩm màu hữu cơ

2.2 Đối tượng nghiên cứu

- Dung dịch chứa phẩm nhuộm Reactive Yellow 160 (RY 160), Direct Red 23, Moderdirect Blue FBL, Solanis red F2G, Solanis rose FR

- Vật liệu nano MnFe2O4.

2.3 Nội dung nghiên cứu

-Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4

- Khảo sát thành phần và cấu trúc của vật liệu bằng phương pháp phổ SEM và EDX

- Khảo sát hoạt tính xúc tác của vật liệu cho quá trình oxi hóa nâng cao

- Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 làm xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể xử lý RY 160, DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phản ứng: pH, lượng

xúc tác, hàm lượng H2O2, thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ phẩm nhuộm

- Khảo sát khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu

2.4 Hóa chất, thiết bị và dụng cụ

2.4.1 Hóa chất

a, Phẩm nhuộm hoạt tính Reactive Yellow 160 (RY 160)

- Công thức cấu tạo:

Khóa luận Nghiên cứu