nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm xanh methylen bằng bùn đỏ từ nhà máy alumin tân rai - lâm đồng

Khảo sát quá trình hoạt hóa bùn đỏ bằng axit nitric 2.2.4.. Khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng bùn đỏ hoạt hóa 2.2.5.. Xử lý xanh metylen bằng hệ FeIII-Oxalat/H 2 O 2 /ánh s

2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h Đ ng

- T T Đ i h S m, Đ i h Đ ng

Ở ĐẦ

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay v i sự phát triển của thế gi i về m i mặ , ặc bi t

l ực công nghi ã o ra ngày càng nhiều s n phẩ ứng nhu cầu ngày càng cao củ i Thuốc nhu c sử dụng r ng rãi trong các ngành công nghi t may, cao su,

gi y, mỹ ph m, y tế Do tính tan cao, các thuốc nhu m là tác nhân gây ô nhiễm các ngu c và h u qu là tổn h ến con i và các sinh v t sống Hi n nay, có nhiề ơ xử lý c th i chủ yế l ơ ó c cần có c ng ngh tiên tiế

sự l ó ều diễ c và sự quan tâm củ

lu Bù ỏ là tên g i m t s n phẩm th i của công ngh Bayer,

ơ ủ yế c áp dụng trong quá trình tinh luy n bauxite ể s n xu t nhôm [39] Dự ê ặc tính của bùn ỏ vốn có

mặt tr ể xử lý ô nhiễ ng, tiết ki c hóa ch t, t n

dụ l ng mặt tr i, giá thành rẻ phù h p v ều ki n Vi t Nam

Đặc bi ó t công trình nghiên cứ ề c ến

vi c sử dụ ù ỏ làm v t li u h p phụ và chiết sắt từ ù ỏ sử dụng cho quá trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt tr i

- Đó ó ê ữ , l u và thực tr ng của

ù ỏ hi ể nghiên cứ ng gi i quyết h p lý

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đố ng nghiên cứu: Thuốc nhu m xanh methylen và bùn

ỏ

- Ph m vi nghiên cứ Sử ụ ơ p phụ bằng bùn

ỏ, quá trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/UV mặt tr i xử lý thuốc nhu m xanh metylen

4 hương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

Thu th p các thông tin, tài li l ê q ế ề tài.Tổng h p

â í , , lựa ch ng nghiên cứu phù h p

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Kh o sát các thông số của thuốc nhu m xanh methylen

- ơ ó lý p phụ, kh o sát các quá trình h p phụ thuốc nhu m bằ ù ỏ và quá trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt tr i

- Phân tích thực nghi m theo mô hình Langmuir và Freundlich

- ế ố ở ế q p phụ và Fenton

5 nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu các quá trình h p phụ bằ ù ỏ ể tìm ra m t

6 Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở ầu, kết lu n , kiến nghị, n i dung lu

g 3 ơ

C ơ - Tổng qua

C ơ - Thực nghi m

C ơ 3 - Kết qu

C ƯƠN 1

ỔN Q N 1.1.TỔNG QUAN VỀ THU C NHU M TRONG CÔNG NGHỆ DỆT NHU M

1.1.1 Khái quát về thuốc nhuộm [9]

1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm [14]

1.2.2 Hấp phụ trong môi trường nước

1 2 3 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ Fenton Oxalat/H 2 O/ánh sáng mặt trời [12], [32 ][34]

Fe(III)-1.3.5 Ưu điểm của phương pháp Fenton

1.3.6 ng dụng phương pháp Fenton

1.4 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU HẤP PHỤ N Đ

1.6.3 Sản xuất gạch, đất sét nung từ bùn đỏ

C ƯƠN 2

ỰC N Ệ 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT

2.1.1 Nguyên liệu và hóa chất

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu

2.2 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM

2.2.1 Xử lý bùn đỏ và chuẩn bị hóa chất

2.2.2 Xây dựng đường chuẩn xanh methylen

2.2.3 Khảo sát quá trình hoạt hóa bùn đỏ bằng axit nitric 2.2.4 Khảo sát quá trình hấp phụ xanh methylen bằng bùn

đỏ hoạt hóa

2.2.5 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại của bùn đỏ và bùn đỏ hoạt hóa

2.2.6 Xây dựng đường chuẩn sắt (III) oxalat

2.2.7 Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ

2.2.8 Xử lý xanh metylen bằng hệ Fe(III)-Oxalat/H 2 O 2 /ánh sáng mặt trời với Sắt (III)- oxalat được chiết ra từ bùn đỏ

C ƯƠN 3

KẾ Q VÀ ẬN

3 1 ĐƯỜNG CHU N XANH METHYLEN

Hình 3.1 Đồ thị xây dựng đường chuẩn xanh metylen

ơ ng chuẩn: y = 0,222x + 0,018 ; r2

= 0,998

Dự ơ ng chuẩ c n dung dịch xanh metylen sau khi h p phụ, từ ó í u su t quá trình h p phụ

3.2 M T S ĐẶC ƯN CẤU TRÚC CỦ N Đ BAN

ĐẦ VÀ N Đ HOẠT HÓA

3.2.1 nh SEM

Hình 3.2 Ảnh SEM của bùn đỏ chưa hoạt hóa

y = 0.2221x + 0.0184 R² = 0.9985

0 0.2

0.4

0.6

0.8

1 1.2

Hình 3.3 Ảnh SEM của bùn đỏ hoạt hóa

Nhận xét: Qua nh SEM củ ù ỏ ó ù ỏ

ho t hóa có thể th y bề mặt củ ù ỏ ho t hóa xố ơ i bùn

ỏ ó í c h t ho t hóa nhỏ ơ l n tích bề mặt khi h p phụ ơ có thể dự c kh

p phụ ù ỏ ho t hóa là tố ơ ù ỏ t hóa

3 2 2 hổ hồng ngoại

Hình 3.4 Phổ hồng ngoại IR của mẫu bùn đỏ ban đầu

Hình 3.5 Phổ hồng ngoại IR của mẫu bùn đỏ đã hoạt hóa Nhận xét: So sánh phổ h ng ngo i củ ù ỏ ầu và bùn

ỏ ho t hóa cho th y d i h p phụ của nhóm -OH dịch chuyển về vùng có số ó ơ (3700,96 -1) sov ù ỏ ầu (3688,48cm-1) Chứng tỏ vi c xử lý ã l ị trí h p phụ

Thành phần hóa h c

H l ng (% khố l ng)

3.3.1 Khảo sát quá trình hoạt hóa bùn đỏ bằng axit nitric

a Khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit hoạt hóa

52 54 56 58 60 62

54.47

59.4 60.53 61.33

của axit ho t hóa thì hi u su t của quá trình h p phụ ( ừ 0,08M ế 0,4M) T ê , của axit

ó lâ t hi u qu Vì v của axit ho t hóa thì kh p phụ l i gi t tr ng thái cân bằng

- T ù ỏ có chứa Si-O- (SiO2) có thể h p phụ proton (H+) Khi ho t hóa bằng axit nitric thì H+ t n công lên bề mặ ù ỏ

ở các tâm SiO t o các tâm ho ng -OH (SiOH), các tâm ho t

ng này t o liên kế i phân tử xanh metylen (có chứa N), bởi v x ( H+) thì kh p phụ x e le T ê lê ịnh các tâm h p phụ -OH l ng H+ tiếp tục t n công vào -OH ể t o thành Si-OH2

+

có tác dụ ẩ ối v i xanh methylen, làm kh

h p phụ xanh methylen củ ù ỏ gi m và ó t tr ng thái cân bằng

61.33 63.27

3.9 cho th i gian ho ó ù ỏ thì hi u su t của quá trình h p phụ ( 0 ú ế 40 ú ) T ê , i gian ho t hóa thì hi u su t l i gi (40 ú ế 50 ú ), ó

hi u su t cân bằ (50 ú ến 70 phút)

Giải thích:

T ơ ự ối v i yếu tố n , i gian ho t

ó l í ù ỏ é ơ o ra các tâm h p phụ -OH nhiề ơ , ng h p phụ , u su t cao nh t là 63,27% Khi bán kính h t bùn quá bé làm kh ếp xúc v i xanh

e le é , ng th i các tâm h p phụ -OH gi m, kh p phụ gi m Ch n th i gian ho ó l 40 ú ể kh o sát quá tình

57.67 63.27 74.67 95.06 96.8

m (g)

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng khối lượng bùn đỏ đến hiệu

suất hấp phụ Nhận xét: Khi khố l ng bùn ỏ ừ 0,025g-0,125g thì

hi u su t h p phụ Sự lê ủa hi u su t h p phụ cùng v i

sự lê ề khố l ng có thể gi i thích do sự lê di n tích

bề mặt và vị trí h p phụ củ ù ỏ Kho 0,083 ến 0,1g có sự

nh về hi u su t h p phụ, vì v y ch n khố l ù ỏ ho t hóa là 0,1g v i hi u su l 95,06% ể kh o sát các yếu tố tiếp theo

b Khảo sát ảnh hưởng thời gian hấp phụ tới quá trình hấp phụ

Nhận xét: C 2 lo ù ỏ khi n x e le u

su t gi m Kh h p phụ xanh methylen củ ù ỏ ho t hóa tố ơ

ù ỏ t hóa Nghiên cứu cân bằng h p phụ xanh methylen của

ù ỏ e ẳng nhi t Langmuirvà Freundlich

* Bùn đỏ chưa hoạt hóa

Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt

hấp phụ của bùn đỏ chưa hoạt

hóa đối với xanh methylen

Hình 3.18 Sự phụ thuộc của

C cb /q vào C cb đối với xanh methylen của bùn đỏ chưa hoạt hóa theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir

Hình 3.20 Đường đẳng nhiệt

hấp phụ của bùn đỏ hoạt hóa

đối với xanh methylen

Hình 3.21 Sự phụ thuộc của

C cb /q vào C cb đối với xanh methylen của bùn đỏ hoạt hóa theo phương trình đẳng nhiệt

0.5 1 1.5 2

0.2 0.4 0.6 0.8

Ccb (ppm)

Hình 3.19 Đường đẳng nhiệt

hấp phụ Freundlich đối với

xanh metylen của bùn đỏ chưa

hoạt hóa

Hình 3.22 Đường đẳng nhiệt hấp phụ theo mô hình Freundlich đối với xanh metylen của bùn đỏ hoạt hóa Nhận xét: Từ kết qu kh o cho th y sự h p phụ củ ù ỏ

t hóa và ho ó c mô t r t tốt theo mô hình h p phụ ẳng nhi F e l Tí c giá trị l ng

h p phụ cự i và các thông số theo mô hình Langmuir và Freudlich

ối v ù t hóa và bùn ho t hóa

Bảng 3.9 Các thông số của phương trình hấp phụ Langmuir của bùn

đỏ chưa hoạt hóa và bùn đỏ hoạt hóa

ơ

Bù ỏ t hóa Bù ỏ ho t hóa

qmax(mg/g) b R2 qmax(mg/g) b R210,86 0,7023 0,998 13,34 3,75 0,998

Bảng 3.10 Các thông số của phương trình hấp phụ Freundlich của

bùn đỏ chưa hoạt hóa và bùn đỏ hoạt hóa

0.5 1 1.5

F e l D l ng h p phụ củ ù ỏ ho t hóa ở

c ơ F e l ều l ơ i bùn

ỏ ó T e ẳng nhi , l ng

h p phụ ơ l p cự i củ ù ỏ t hóa và ho t hóa là 10,86 (mg/g) và 13,34 (mg/g)

* So sánh với dung lượng hấp phụ cực đại của xơ dừa, Polyvinyl ancol và ZnAPSO-34

Bảng 3.11 Dung lượng cực đại của bùn đỏ, xơ dừa, Polyvinyl ancol, ZnAPSO-34 theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir[17], [30]

Bù ỏ Xơ ừa Polyvinyl ancol ZnAPSO-34

qmax(mg/g) qmax(mg/g) qmax(mg/g) qmax(mg/g)

v , l ng h p phụ cự i củ ù ỏ ơ

v xơ ừa và polyvinyl ancol, th ơ i v t li u là 34.T ê ù ỏ là ch t th i, sử dụng v t li u h p phụ l ù ỏ còn gi i quyế c v ề ng, ít tốn kém, cách tiến hành

ơ n

3.4 KH O SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT S T T N Đ

3.4.1 Xây dựng đường chuẩn sắt (III) oxalat

Hình 3.23 Đường chuẩn sắt (III) oxalat

y = 0.001x - 0.040 R² = 0.999 0

0.5 1 1.5

C (ppm)

ơ ng chuẩn sắt(III)oxalat: y=0,001x- 0,040 ;r2

= 0,999

3.4.2 Khảo sát các quy trình chiết sắt oxalate từ bùn đỏ

a Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalate

Hình 3.24 Ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt

(III) oxalat Nhận xét: Kết qu b ng 3.13 và hình 3.24 cho th y khi cho

x x l ù ỏ, tiế ó â l ốt nh t

Ch n trình tự ù ỏ trong 50ml axit oxalic ở 500C r i ngâm

0 ể kh o sát các yếu tố tiếp theo

b Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt oxalat

35 40 45 50 55 60 65

36.42 40.7 47.06

T (h)

% (H)

Hình 3.25 Ảnh hưởng của thời gian đun đến hiệu suất quá trình

chiết sắt (III) oxalat

22.23 31.86

40.7 38.73

0 20 40 60

Nhận xét: ù ỏ + x x l M l o phức

nhiều nh t, n Fe (III) oxalat là cao nh t Ch n th l

ể tiếp tục kh o sát các yếu tố tiếp theo

c Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết sắt

40 50 60 70 80 90

59.07 65.13

Nhận xét: Từ kết qu ở b ng 3.15 và hình 3.27 cho th y, th i

â ể làm cho quá trình chiết sắ ến tr ng thái ổ ịnh,

l ng sắt t o phức v i axit oxalic là tố Ở th i gian ngâm là 20h,

l ng phức sắt oxalat t c ổ ị D ó n th i gian

â l 0 ể kh o sát các yếu tố tiếp theo

e Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến hiệu suất chiết sắt oxalat

65 70 75 80 85 90

66.77 75.81

Giải thích: ần thể tích axit oxalic thì kh o

phức của sắt v x x l ầ ế l ng axit cho vào

t o phức nh ịnh v i sắ ó ù ỏ ó ể tích của

x x l l ng phức sắt t ũ ó ự ổi

3.5 X LÝ XANH METHYLEN B NG HỆ OXALAT/H 2 O 2 /ÁNH SÁNG MẶT TRỜI VỚI S T (III)- ĐƯỢC CHIẾT RA T N Đ

FE(III)-3.5.1 Khảo sát ảnh hưởng p đến quá trình phân hủy xanh methylen

5 10 15 20 25 30 40

50 60 70 80 90 100

T (phút)

pH=2 pH=4 pH=6 pH=8

Hình 3.30 Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý

màu Nhận xét: Sự phân hủ ầ H ừ ến 4 và

ó m xuống, hi u su t phân hủy màu tốt nh t t i pH=4 T i

pH th p (pH=2) x y ra ph n ứng khử gốc HO•, bởi ion H+ theo ph n ứng: HO•

+ H+ + e → H2O Vì v y s í ơ ốc HO•, gi m tốc phân hủy Khi ở pH th p thì phức oxalate t n t i chủ yếu ở d ng

FeIII(C2O4)+ nên kh q t r t kém nên hi u qu xử lý kém Ở pH = 4 thì phức oxalate t n t i chủ yếu ở d ng FeIII(C2O4)2và

Ở pH > 5 tố phân hủy bị gi m m nh vì các ion sắt tự do

bị gi m trong dung dịch do sự t o thành kết tủa Fe(OH)3 l

c n sự tái sinh ion Fe2+ H Fenton Fe(III)-Oxalat có hi u qu cao trong kho ng pH = 4 (so v i Fenton cổ ể l H= ), ó xử lý

ều ki n này sẽ tiết ki c hóa ch ơ

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ phức sắt oxalat đến quá trình phân hủy xanh methylen

5 10 15 20 25 30 50

Hình 3.31 Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng nồng độ sắt trong phức sắt

oxalat đến hiệu suất Nhận xét: Hi u su t chuyể ó

[Fe(C2O4)3

3-], l ố l ng HO• c t , [Fe(C2O4)3

KẾ ẬN VÀ K ẾN N

1 KẾ ẬN

Sau th i gian thực hi ề tài: “Nghiên cứu xử lý thuốc

nhuộm xanh methylen bằng bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai

âm Đồng” ú ú c m t số kết lu

1 Quá trình hấp phụ

Quá trính ho t hóa: Sử dụng axit nitric ho ó ù ỏ v i

n 0,4M trong th i gian khu y là 40 ú ù ỏ ho t tính tốt nh t

Quá trình h p phụ: Sử dụng 0,1g bùn ho t hóa h p phụ 50ml xanh metylen 15ppm trong th i gian 40 phút là tốt nh t, hi u su t thu

2 Quá trình chiết sắt (III) oxalat

Quá trình chiết sắt (III) oxalat tố t là cho 2,00 ù ỏ

ầu vào 40ml axit oxalic 1M ở nhi 700

C trong th i gian 2h

r i ngâm 20h, hi u su t củ l ng sắ ù c chiế i

d ng phức sắt oxalat là 86%

3 Quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H 2 O 2 /ánh sáng mặt trời

Đ ều ki n tố o quá trình phân hủy 200ml xanh methylen 100ppm sử dụ ơ Fenton c i tiến h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt tr i là pH = 4, [H2O2] = 2M, [Fe(C2O4)3

3-]

= 0,5mM cho hi u su t phân hủy màu gầ 5 phút

Quá trình Fenton h Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt tr i t n dụng hi u qu c ngu l ng mặt tr i tự nhiên, tiết ki m chi phí xử lý

2 K ẾN N

- Xanh methylen là m t trong những thuốc nhu c sử dụng trong các nhà máy d t nhu m Vì v y có thể áp dụng quy trình này vào vi c xử lí c th i của các nhà máy d t nhu m

- Tiếp tục nghiên cứ ù ỏ ã ết sắ ể h p phụ

xử lý c th i nhà máy d t nhu m