Đang tải... (xem toàn văn)
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 đƣợc hồn thành Trƣờng Đại Học Lâm nghiệp Việt Nam Trong trình làm khóa luận tốt nghiệp em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ để hồn tất khóa luận tốt nghiệp Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành ThS Lê Khánh Toàn ThS Đặng Thế Anh, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn đến q thầy Khoa Quản lí tài nguyên rừng môi trƣờng, Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam, ngƣời truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Em xin cảm ơn thầy cô Trung tâm Phân tích Ứng dụng cơng nghệ địa không gian tạo điều kiện tốt cho trình thực tập em Sau xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè bạn sinh viên lớp Khóa luận Nghiên cứu K59B-Khoa học mơi trƣờng, động viên, giúp đỡ em 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 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm 1.1.1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm 1.1.2 Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng 1.1.3 Nhu cầu nƣớc nƣớc thải trình dệt nhuộm 1.2 Ảnh hƣởng nƣớc thải dệt nhuộm đến môi trƣờng 1.2.1 Các chất ô nhiễm 1.2.2.Ảnh hƣởng chất thải đến môi trƣờng 1.3 Tổng quan vật liệu nano 10 1.3.1 Khái niệm vật liệu nano 10 1.3.2 Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano 11 1.3.3.Phân loại vật liệu nano 12 Khóa luận Nghiên cứu 1.3.4 Ứng dụng vật liệu nano kỹ thuật Fenton dị thể xử lý màu thuốc nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm 16 CHƢƠNG – MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 20 2.4 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 20 2.4.1 Hóa chất 20 2.4.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 23 2.5 Các phƣơng pháp phân tích 24 2.5.1 Phƣơng pháp xác định nồng độ RY 160 mẫu 24 2.5.2 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 25 2.5.3 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25 2.6 Các phƣơng pháp xử lí số liệu 26 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Xác định đặc tính vật liệu 27 3.1.1 Hình thái bề mặt 27 3.1.2 Thành phần vật liệu 29 3.2 Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng dung dịch phẩm nhuộm 30 3.3 Xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 32 3.4 Khảo sát thơng số ảnh hƣởng đến q trình xử lí phẩm màu 35 3.4.1 Ảnh hƣởng PH 35 3.4.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác 37 3.4.3 Ảnh hƣởng hidropeoxit 38 3.4.4 Ảnh hƣởng thời gian 40 3.4.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ 41 3.4.6 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm 42 3.5 Ứng dụng xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 43 Khóa luận Nghiên cứu 3.6 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 44 CHƢƠNG IV – KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 46 4.1 Kết luận 46 4.2 Tồn 46 4.3 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận tốt nghiệp : ‘‘Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nƣớc ’’ Giáo viên hƣớng dẫn : ThS Lê Khánh Toàn Ths Đặng Thế Anh Sinh viên thực : Quách Văn Tuấn – K59B – KHMT Mục tiêu nghiên cứu : Mục tiêu tổng quát: - Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 làm vật liệu xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao xử lí phẩm màu hữu nƣớc Mục tiêu cụ thể: - Chế tạo vật liệu nano MnFe2O4 - Nghiên cứu đặc điểm hình thái, thành phần vật liệu Khóa luận Nghiên cứu - Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 thành xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể oxi hóa phân hủy phẩm màu hữu Đối tƣợng 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 Nội dung nghiên cứu : -Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 - Khảo sát thành phần cấu trúc vật liệu phƣơng pháp phổ SEM EDX - Khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu cho q 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 yếu tố ảnh hƣởng đến trình phản ứng: pH, lƣợng xúc tác, hàm lƣợng H2O2, thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ phẩm nhuộm - Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng vật liệu 7.Phƣơng pháp nghiên cứu : - Phƣơng pháp đồng kết tủa - Phƣơng pháp xác định nồng độ RY 160 DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R mẫu - Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) - Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Những kết đạt đƣợc : - Tổng hợp thành công vật liệu nano MnFe2O4 Phƣơng pháp đồng kết tủa để xử lí phẩm màu hữu có nƣớc - Xác định đƣợc đặc trƣng vật liệu nano MnFe2O4 : hình thái bề mặt thành phần hóa học - Điều kiện phù hợp để tiến hành kỹ thuật Fenton dị thể: lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 xúc tác 0.2 g/L; nồng độ H2O2 4,9 mM; pH 2; mẫu phẩm màu Khóa luận Nghiên cứu Reactive Yellow 160 có nồng độ 0,05 g/L - Khả ứng dụng vật liệu để xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR - Xác định đƣợc dung lƣợng xử lí vật liệu nano MnFe2O4 phẩm nhuộm RY 160 1336.76 (mg/g) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxi sinh hóa COD Nhu cầu oxi hóa học DR 23 Direct Red 23 EDX Phổ tán xạ lƣợng tia X H Hiệu suất phân hủy MB FBL Phẩm màu Moderdirect Blue FBL RY 160 Phẩm màu Reactive Yellow 160 SEM Kính hiển vi điện tử quét SR FR Phẩm màu Solanis rose FR SR F2G Phẩm màu Solanis red F2G UV-vis Phổ tử ngoại khả kiến Khóa luận Nghiên cứu DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tỉ lệ Nƣớc dùng nhà máy dệt : Bảng 1.2: Các chất gây ô nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt - nhuộm Bảng 2.1 Các hóa chất đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm: 23 Bảng 2.2.Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 23 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố nano MnFe2O4 29 Bảng 3.2 Bƣớc sóng hấp thụ cực đại phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 31 Khóa luận Nghiên cứu DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý cơng nghệ dệt nhuộm hàng sợi nguồn nƣớc thải Hình 2.1.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính RY 160 21 Hình 2.2.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính DR 23 21 Hình 2.3.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính MB FBL 21 Hình 2.4.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR F2G 22 Hình 2.5.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR FR 22 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu nano MnFe2O4 kích thƣớc µm (a), kích thƣớc µm (b) kích thƣớc 500 nm (c) 28 Hình 3.2 Phổ EDX nano MnFe2O4 29 Hình 3.3 Phổ UV-vis RY 160 30 Hình 3.4 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm RY 160 bƣớc sóng 422 nm 32 Khóa luận Nghiên cứu Hình 3.5 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm DR 23 bƣớc sóng 500 nm 33 Hình 3.6 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm MB FBL bƣớc sóng 607 nm 33 Hình 3.8 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm SR FR bƣớc sóng 350 nm 35 Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH tới hiệu xử lý 36 Hình 3.10 Các hợp chất Fe(III) phụ thuộc vào pH 37 Hình 3.11 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 tới hiệu xử lý 38 Hình 3.12 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới hiệu xử lý 39 Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian đến q trình xử lí 40 Hình 3.14 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu xử lí 41 Hình 3.15 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm đến hiệu suất xử lí 42 Hình 3.16 xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 44 Hình 3.17 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 45 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trƣờng nói chung, ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói riêng vấn đề tồn cầu Nguồn gốc nhiễm mơi trƣờng nƣớc chủ yếu nguồn nƣớc thải không đƣợc xử lý thải trực tiếp môi trƣờng bao gồm nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng lớn ngành dệt nhuộm Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nƣớc thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Nghiên cứu, xử lý nƣớc thải có chứa phầm nhuộmhữu khó phân hủy vấn đề quan trọng nhằm loại bỏ hết chất trƣớc xả môi trƣờng, bảo vệ ngƣời môi trƣờng sinh thái Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nƣớc Khóa luận Nghiên cứu thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hoá học, phƣơng pháp điện hố Trong đó, việc xử lý hợp chất hữu độc hại kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng vật liệu nano hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc quan tâm nghiên cứu, góp phần vào việc khắc phục nhƣợc điểm kỹ thuật Fenton đồng thể chi phí cao cho hóa chất, ngun vật liệu khó thu hồi xúc tác Trong khóa luận Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nước, vật liệu nano MnFe2O4 sử dụng làm xúc tác Fenton dị thể, loại vật liệu có khả xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao, chi phí thấp, ảnh hƣởng đến mơi trƣờng, tiến hành tối ƣu hóa điều kiện vận hành tính tốn thơng số bản, đặc trƣng trình xử lý CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm Ngành dệt nhuộm có nguồn gốc từ làng nghề truyền thồng, sản xuất thủ công từ lâu đời Tại Việt Nam ngành dệt nhuộm đƣợc hình thành phát triển theo quy mơ công nghiệp từ năm 1897 với nhà máy nhà máy dệt Nam Định Sau đó, ngành cơng nghiệp nhanh chóng lớn mạnh sau Thế Chiến thứ với quy mơ hình thức khác Ở miền Nam, doanh nghiệp đƣợc thành lập sử dụng máy móc đại Châu Âu Ở miền Bắc, doanh nghiệp nhà nƣớc Trung Quốc, Liên Bang Xô Viết cũ Đông Âu thiết bị máy móc nhƣ giai đoạn Năm 1954, sau miền bắc giành độc lập, Nhà máy Dệt Nam Định Nhà máy Dệt lụa Nam Định đƣợc khơi phục, có thêm số nhà máy khác đƣợc xây dựng nhƣ Nhà máy Dệt 8/3, Nhà máy Dệt Vĩnh Phú,… Các làng nghề truyền thống, hợp tác xã dệt may đƣợc khuyến khích phát triển Khóa luận Nghiên cứu Sau Việt Nam thống (tháng năm 1975), Chính phủ tiếp quản loạt nhà máy miền Nam nhƣ Công ty Dệt Thắng Lợi, Cơng ty Dệt Thành Cơng,…Sau đó, số doanh nghiệp quốc doanh trung ƣơng đƣợc xây dựng nhƣ Công ty May Hà Nội, Công ty Dệt may Nha Trang, Công ty Dệt may Huế Một số quan cấp địa phƣơng thành lập doanh nghiệp may Năm 2017, kim ngạch xuất ngành dệt may đạt 31,16 tỷ USD