NGHIấN CỨU XỬ Lí CHẤT MÀU HỮU CƠ CỦA DUNG DỊCH NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HOÁ A STUDY ON THE DECOLOURIZATION OF DYE-CONTAINING SOLUTIONS BY ELECTROCOAGULATION Lấ TỰ HẢI Trườ
Trang 1NGHIấN CỨU XỬ Lí CHẤT MÀU HỮU CƠ
CỦA DUNG DỊCH NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KEO TỤ ĐIỆN HOÁ
A STUDY ON THE DECOLOURIZATION OF DYE-CONTAINING
SOLUTIONS BY ELECTROCOAGULATION
Lấ TỰ HẢI
Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
TểM TẮT
Ảnh hưởng của vật liệu anụt, pH dung dịch, mật độ dũng và nồng độ thuốc nhuộm (Ryndye -
W - Red - 3M và Ryndye - W - Violet FFBN) đến quỏ trỡnh khử màu của dung dịch nhuộm đó được nghiờn cứu bằng phương phỏp keo tụ điện húa Kết quả nghiờn cứu cho thấy màu của dung dịch nhuộm được xử lý hiệu quả tại mật độ dũng 1A/dm2, pH = 7,0 và nồng độ chất màu 100ppm với anụt hũa tan Al, Fe Hiệu suất tỏch màu của dịch màu đỏ cao hơn hiệu suất tỏch màu của dịch màu tớm
ABSTRACT
The effects of sacrificial anodes, initial pH, current density and concentration of dyes (Ryndye-W-Red-3M and Ryndye - W - Violet FFBN) on the decolourization of dye-containing solutions have been studied by means of electrocoagulation The experimental results showed that the colour of dyes in the aqueous phase was effectively removed when iron and aluminium were used as sacrificial anodes The anode current density was 1A/dm2 and solution pH was 7,0 The yield of decolourization of Ryndye-W-Red-3M was higher than that of Ryndye - W - Violet FFBN
1 Mở đầu
Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp và kinh tế đất nước, nền công nghiệp dệt nước ta có những bước phát triển nhảy vọt về chất và lượng Chúng ta đã xây dựng nhiều nhà máy dệt-nhuộm với trang thiết bị hiện đại để tạo ra nhiều loại mặt hàng đáp ứng nhu cầu cho ngành may mặc của đất nước
Tuy nhiên, sự phát triển của ngành dệt-nhuộm đã làm nảy sinh vấn đề môi trường từ nước thải của các nhà máy này Tính trung bình có tới 30% lượng thuốc nhuộm chưa được sử dụng trong dung dịch nhuộm đi vào nước thải gây cản trở quá trình hấp thụ oxi và bức xạ mặt trời, gây bất lợi cho hô hấp và sinh trưởng của các quần thể vi sinh vật và các loài sống trong nước
Vì vậy, xử lý màu của nước thải nhuộm là vấn đề cần thiết và cấp bách đối với môi trường Có nhiều phương pháp xử lý màu của nước thải nhuộm như hấp phụ, keo tụ sinh học, oxi hóa hóa học, keo tụ hóa học, keo tụ điện hóa [1, 2, 3, 4] Trong các phương pháp đó, keo
tụ điện hóa là một phương pháp có nhiều ưu điểm như không phải đưa thêm hóa chất vào nước thải, thiết bị đơn giản và dễ thực hiện
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu quá trình xử lý chất màu hữu cơ của dung dịch nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa
Trang 22 Phương pháp thực nghiệm
Điện cực anôt được sử dụng trong quá trình keo tụ điện hóa là nhôm mác A7 và thép CT3 Bề mặt điện cực được gia công bằng phẳng, đánh bóng cơ học bằng giấy nhám SiC (1200), tẩy dầu mỡ trong axeton và tẩy gỉ trong dung dịch HCl 15% có thêm chất ức chế Urotropin Sau khi tẩy gỉ bề mặt kim loại được trung hòa trong dung dịch kiềm yếu
(Na2CO3 10g/l) và rửa lại bằng nước cất nhiều lần
Các chất màu hữu cơ được dùng trong dung dịch nhuộm có tên thương mại là Ryndye-W-Red-3M (màu đỏ) có bước sóng đặc trưng = 500nm và Ryndye - W - Violet FFBN (màu tím) có bước sóng đặc trưng = 560nm
Dung dịch nghiên cứu được chuẩn bị bằng cách hòa tan một lượng NaCl vào 200ml nước cất Sau đó hòa tan thuốc nhuộm hữu cơ vào dung dịch NaCl, pH dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch HCl và NaOH Dung dịch điện phân được lấy ra theo thời gian điện phân và phân tích trên máy đo quang để tính hiệu suất quá trình keo tụ [5, 6]
3 Kết quả và thảo luận
3.1 ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt nhôm
3.1.1 ảnh hưởng của pH
ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ điện hóa dung dịch thuốc nhuộm màu đỏ và màu tím có thành phần và điều kiện điện phân như sau:
- Nồng độ NaCl 1000ppm
- Nồng độ chất màu 100ppm
- Khoảng cách anôt và catôt: 20mm
- Mật độ dòng i = 0,5A/dm2
- Thời gian điện phân t = 10 phút
Kết quả của ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 1
Bảng 1: ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ
pH
Màu đỏ 40,25 57,54 73,87 87,75 78,45 50,65 41,50 Màu tím 35,50 48,61 67,38 75,18 70,35 40,58 34,23
Kết quả thu được cho thấy hiệu suất quá trình keo tụ cho dịch màu đỏ và màu tím đạt giá trị cao nhất tại pH = 7 Trong môi trường axit và kiềm hiệu suất quá trình keo tụ giảm
Nguyên nhân là do trong môi trường axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al3+
và Al(OH)2
+
Cơ chế keo tụ trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép [3,6] Do vậy,
để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này thì phải cần một lượng rất lớn ion Al3+ và Al(OH)2
+ Trong vùng pH từ 6 đến 8, cấu tử gây keo tụ thường tồn trại dưới dạng polime như
Al13O4(OH)247+
hoặc kết tủa Al(OH)3 [1,6] Các phức polime và kết tủa hydroxyt nhôm gây keo tụ cho hệ kreo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa Việc kết hợp các cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu suất cao
Trong môi trường kiềm (pH = 9 và 10), kết tủa Al(OH)3 bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Al(OH)4
hoặc AlO2
- Nồng độ kết tủa Al(OH)3 giảm dẫn đến hiệu suất quá trình keo tụ giảm
Trang 3Kết quả ở bảng 1 còn cho thấy hiệu suất keo tụ của dịch màu đỏ lớn hơn dịch màu tím Nguyên nhân này có thể do cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu đỏ cồng kềnh hơn cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu tím
3.1.2 ảnh hưởng của mật độ dòng
Mật độ dòng ảnh hưởng đến hiệu suất và thời gian tách loại chất màu
Quá trình keo tụ điện hóa được tíên hành trong dung dịch có thành phần như (3.3.1) ở
pH = 7 với các giá trị mật độ dòng từ 0,5 A/dm2 đến 2 A/dm2
Kết quả của ảnh hưởng mật độ dòng đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 2 và 3
Bảng 2: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu đỏ
Mật độ dòng (A/dm2
Bảng 3: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu tím
Mật độ dòng (A/dm2
Kết quả thu được cho thấy ở mật độ dòng thấp thời gian tách loại chất màu tăng và hiệu suất keo tụ giảm Khi tăng mật độ dòng, lượng chất keo tụ tạo ra nhiều Do đó, hiệu suất quá trình keo tụ tăng và thời gian keo tụ giảm Với dung dịch nhuộm màu đỏ, ở mật độ dòng 1 A/dm2 thời gian keo tụ để đạt hiệu suất 98,80% là 15 phút Trong trường hợp dịch màu tím, hiệu suất keo tụ đạt 97,84% với thời gian t = 20 phút (i = 1A/dm2
)
Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng mật độ dòng thì hiệu suất keo tụ giảm Nguyên nhân là do
sự thoát oxi trên bề mặt điện cực
3.1.3 ảnh hưởng của nồng độ chất màu
ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có
pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i = 1 A/dm2
được trình bày ở bảng 4
Bảng 4: ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ
Nồng độ chất màu (ppm)
Kết quả cho thấy khi nồng độ chất màu tăng từ 100 - 500ppm thì hiệu suất keo tụ trong cùng một thời gian điện phân giảm Vì khi nồng độ chất màu tăng thì phải cần lượng lớn chất keo tụ
3.2 ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt sắt
3.2.1 ảnh hưởng của pH
Trang 4Thành phần dung dịch và điều kiện điện phân như (3.3.1)
Kết quả của ảnh hưởng pH đến hiệu suất keo tụ được trình bày ở bảng 5
Bảng 5: ảnh hưởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ
pH
Màu đỏ 36,18 47,25 56,30 78,54 76,28 74,35 72,15 Màu tím 30,55 41,50 53,82 71,41 69,52 67,28 66,85
Như vậy, trong môi trường axit hiệu suất keo tụ cho dung dịch màu đỏ và tím đạt giá trị thấp Vì trong môi trường axit sắt bị hòa tan và tồn tại dưới dạng ion Fe2+
và Fe3+
Các ion này gây keo tụ chất màu theo cơ chế nén cấu trúc lớp kép Do đó, để quá trình keo tụ xảy ra với hiệu suất cao thì phải cần một lượng lớn ion Fe2+
và Fe3+
Trong môi trường pH = 7 10, quá trình thủy phân của ion Fe2+ và Fe3+ xảy ra mạnh tạo thành phức chất keo tụ của Fe có điện tích dương và kết tủa hydroxyt sắt Các phức và kết tủa này dễ dàng keo tụ chất màu để tạo thành khối kết tủa Hiệu suất quá trình keo tụ đạt cao nhất tại pH = 7 (Y = 78,54% cho dịch màu đỏ và 71,41% cho dịch màu tím) ở môi trường kiềm mạnh, hiệu suất keo tụ lại giảm do sự tạo kết tủa hydroxyt trên bề nặt đã hạn chế quá trình hòa tan anôt sắt
3.2.2 ảnh hưởng của mật độ dòng
Quá trình keo tụ điện hóa được tiến hành trong dung dịch có thành phần như (3.4.1) ở
pH = 7 tại các giá trị mật độ dòng 0,5 A/dm2, 1A/dm2 và 2A/dm2
Kết quả của ảnh hưởng mật độ dòng được trình bày ở bảng 6 và 7
Bảng 6: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu đỏ
Mật độ dòng (A/dm2
Bảng 7: ảnh hưởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu tím
Mật độ dòng (A/dm2
Cũng giống như trường hợp keo tụ với anôt nhôm, ở trường hợp anôt sắt hiệu suất keo
tụ tăng khi mật độ dòng tăng Tuy nhiên, ở mật độ dòng 2A/dm2 thì hiệu suất keo tụ giảm vì
có sự thoát oxi trên bề mặt điện cực
Trang 53.2.3 ảnh hưởng của nồng độ chất màu
ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có
pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i = 1A/dm2 được trình bày ở bảng 8
Bảng 8 ảnh hưởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ
Nồng độ chất màu (ppm)
Kết quả cũng cho thấy khi nồng độ chất màu tăng thì hiệu suất keo tụ giảm vì cần một lượng chất keo tụ lớn
4 Kết luận
Kết quả nghiên cứu quá trình keo tụ chất màu hữu cơ trong dung dịch thuốc nhuộm bằng phương pháp hòa tan anôt nhôm và sắt cho phép đưa ra những kết luận sau:
1- Quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt Al đạt hiệu suất 98,80% cho dịch màu đỏ tại pH = 7,0, mật độ dòng 1A/dm2 trong thời gian 15 phút và hiệu suất 97,84% cho dịch màu tím ở pH = 7,0; i = 1A/dm2 trong thời gian điện phân t = 20 phút
2- Quá trình keo tụ chất màu bằng anôt Fe đạt hiệu suất 93,70% cho dịch màu đỏ có
pH = 7,0 với mật độ dòng i = 1A/dm2
và thời gian điện phân 15 phút Hiệu suất keo tụ cho dịch màu tím đạt 90,66% với dung dịch có pH = 7,0, mật độ dòng i = 1A/dm2
và thời gian t =
20 phút
3- Cơ chế keo tụ chất màu hữu cơ bằng phương pháp hòa tan điện hóa anôt Al, Fe trong môi trường axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép Trong môi trường trung tính và bazơ quá trình keo tụ xảy ra theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa Cấu trúc không gian của phân tử chất màu có ảnh hưởng đến hiệu suất quá trình keo tụ Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất tách màu của dung dịch màu đỏ lớn hơn hiệu suất tách màu của dung dịch màu tím
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lờ Văn Cỏt, Cơ sở húa học và kỹ thuật xử lý nước, Nhà Xuất bản Thanh niờn, Hà Nội,
1999
[2] D K Gardiner, J Soc, Dyers and Colourists, 94 (1978) 339
[3] D R Jenke, Water Research, 18 (1984) 855
[4] F W Pontius, Water quality and the treatment, 4th end McGraw-Hill, New York,
1990
[5] Từ Văn Mặc, Phõn tớch húa lý, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1995
[6] B D.Water, Treatment of Dye wasters, Vol 2, Pitman Publishing Limited, London,
1984
