Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ NHÀN CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP Fe3O4/ZnO/THAN SINH HỌC LUẬN VĂ
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ NHÀN CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP Fe3O4/ZnO/THAN SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ THÁI NGUYÊN – 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ NHÀN CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP Fe3O4/ZnO/THAN SINH HỌC Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8 44 01 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Đăng TS Văn Hữu Tập THÁI NGUYÊN - 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Phạm Thị Nhàn, xin cam đoan luận văn: “Chế tạo, nghiên cứu tính chất và khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm của vật liệu tổ hợp Fe3O4/ZnO/than sinh học” là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Đăng và TS Văn Hữu Tập, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn Tác giả Phạm Thị Nhàn i LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn Đăng và TS Văn Hữu Tập (Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên) đã định hướng cho tôi hướng nghiên cứu, hướng dẫn khoa học và tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Viện Khoa học và Công nghệ đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận luận văn này Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Phạm Thị Nhàn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 3 3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4 Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu 3 5 Những đóng góp mới của đề tài 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5 1.1 Nước thải dệt nhuộm và đặc điểm của nước thải dệt nhuộm 5 1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm 5 1.1.2 Đặc tính nước thải dệt nhuộm 6 1.2 Vật liệu nano Fe3O4 và ZnO 8 1.2.1 Vật liệu Nano Fe3O4 8 1.2.2 Vật liệu Nano ZnO 10 1.3 Than sinh học 10 1.4 Phương pháp hấp phụ 11 1.4.1 Các khái niệm 11 1.4.2 Hấp phụ trong môi trường nước 13 1.4.3 Động học hấp phụ 13 1.4.4 Cân bằng hấp phụ 16 1.4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ 17 1.5.2 Nghiên cứu trong nước 21 CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM 26 iii 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 26 2.1.1 Dụng cụ 26 2.1.2.Vật liệu, hóa chất 26 2.1.3 Công nghệ chế tạo 27 2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm hấp phụ 30 2.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ gắn kết TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO 30 2.2.2.Ảnh hưởng của pH 31 2.2.3 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc 31 2.3 Phương pháp phân tích 32 2.3.1 Phương pháp xác định đặc điểm của vật liệu 32 2.3.2 Phương pháp xác định thông số nước thải dệt nhuộm 37 3.1 Kết quả phân tích cấu trúc, thành phần và tính chất quang của vật liệu 40 3.1.1 Kết quả phân tích cấu trúc, thành phần của vật liệu 40 3.1.2 Kết quả phân tích tính chất quang của vật liệu 43 3.2 Ứng dụng hấp phụ nước thải dệt nhuộm 45 3.2.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ gắn kết đến hiệu quả xử lý màu và COD của nước thải dệt nhuộm 45 3.2.2 Ảnh hưởng của pH 48 3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 51 3.2.4 Mô hình động học hấp phụ 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm [6] 6 Hình 2.1 Lò đốt than sinh học B4SS 28 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên tắc của phép đo nhiễu xạ tia X 32 Hình 2.3 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 33 Hình 2.4 Nguyên lý của phép phân tích EDX 35 Hình 2.5 Nguyên lý vận hành của máy quang phổ hồng ngoại 36 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của vật liệu 41 Hình 3.2 Ảnh SEM của vật liệu TSH rơm rạ và TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO 42 Hình 3.3 Kết quả phân tích EDX của vật liệu TSH rơm rạ và TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO 43 Hình 3.4 Phổ hồng ngoại (IR) của các vật liệu TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO 44 Hình 3.5 Giá trị điểm đẳng điện (pHpzc) của vật liệu 45 Hình 3.6 Ảnh hưởng của tỉ lệ gắn kết giữa TSH rơm rạ và nano Fe3O4/ZnO đến hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm 46 Hình 3.7 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm 49 Hình 3.8 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ 52 Hình 3.9 Mô hình động học của hấp phụ nước thải dệt nhuộm 54 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt – nhuộm 7 Bảng 3.1 Các thông số của các mô hỉnh động học hấp phụ nước thải dệt nhuộm bằng than sinh học rơm rạ 55 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TSH Than sinh học VLHP Vật liệu hấp phụ DLHP Dung lượng hấp phụ SEM Hiển vi điện tử quét XRD Nhiễu xạ tia X RS Tán xạ Raman EDX Phổ tán xạ năng lượng tia X UV-VIS Phổ hấp thụ phân tử pHPZC điểm đẳng điện BOD Nhu cầu oxy sinh hoá COD Nhu cầu oxy hóa học TSS Tổng chất rắn lơ lửng vii MỞ ĐẦU 1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu Hiện nay, ô nhiễm nguồn nước đã và đang là một vấn đề được quan tâm không chỉ ở Việt Nam mà còn ở hầu hết các quốc gia trên toàn thế giới, không phân biệt các quốc gia phát triển hay các quốc gia đang phát triển, bởi lẽ hệ lụy của sự ô nhiễm nguồn nước đe dọa trực tiếp cuộc sống của mỗi chúng ta [17][18][19] Thực trạng hiện nay cho thấy, nguồn nước ngày càng bị ô nhiễm bởi các loại chất thải độc hại từ các nhà máy công nghiệp trong đó phải kể đến các kim loại nặng như As, Cd, Pb, Cr và các chất hữu cơ khó phân hủy như nước thải dệt nhuộm, giấy, lọc dầu, cốc hóa, mạ, sơn, ắc quy….[20][21] Điều này đe dọa trực tiếp đến sức khỏe con người và chất lượng môi trường Theo ước tính của tổ chức WHO, năm 2015 chỉ có khoảng 20% lượng nước thải được xử lý theo đúng tiêu chuẩn và ở các nước đang phát triển có tới 70% lượng nước thải không qua xử lý Ngoài ra, sự phát triển của một số ngành công nghiệp như dệt nhuộm, sản xuất bột giấy, dầu mỏ, cốc hóa… kéo theo sự phát thải các loại nước thải chứa các chất hữu cơ khó phân hủy cũng rất nghiêm trọng Nước thải dệt nhuộm chứa các thành phần khó phân hủy sinh học (thuốc nhuộm, dầu khoáng, tạp chất thiên nhiên từ xơ sợi), pH cao (dao động từ 9 đến 12) do thành phần các chất tẩy rửa gây lên Trong một số trường hợp nước thải dệt nhuộm có thể chứa các chất có tính độc đối với vi sinh vật như các chất khử vô cơ, formaldehit, kim loại nặng, clo, Do đó, nghiên cứu làm sạch, phân hủy các chất hữu cơ độc hại khỏi môi trường nước với hiệu suất cao và chi phí thấp là nhiệm vụ rất cấp bách Các kết quả đã cho thấy công nghệ nano có thể được sử dụng hiệu quả để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ khỏi nước uống, nước thải, nước thải công nghiệp, nước thải đô thị Tuy nhiên, hầu hết các vật liệu nano đã được báo cáo đang ở giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Một trong những công nghệ nano hiện đã thành sản phẩm thương mại và được đưa vào sử dụng để xử lí nước ngầm là sử dụng các hạt nano sắt hóa trị không (zero- 1