nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÙ THỊ VÂN ANH NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC  ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÙ THỊ VÂN ANH NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THUỐC NHUỘM DƢ TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH THUỐC NHUỘM QUA MÀNG Chuyên ngành : Hóa Môi trƣờng Mã số 60 44 41 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN THỊ DUNG  MỤC LỤC M U 8 NG QUAN 3 c thi dt nhu lý 3 1.1.1. Công nghệ sản xuất và nguồn phát sinh nước thải 3 1.1.2. Đặc trưng nước thải dệt nhuộm và các tác động đến môi trường 4 1.1.3. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm . 6 1.2. Gii thiu v màng lc và các quá trình phân tách màng 8 1.2.1. Phân loại màng lọc 9 1.2.2. Module màng lọc 10 1.2.3. Mô hình dòng qua module và cách sắp xếp hệ thống module 11 1.2.4. Một số đặc tính của màng 13 1.2.5. Các quá trình màng dùng động lực áp suất 14 1.2.6. Cơ chế tách qua màng 16 1.2.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách qua màng 17 1.2.8. Một số ứng dụng của màng lọc 19 1.3. Bin tính b mt màng lc 23 1.3.1. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt 24 1.3.2. Kỹ thuật phủ nhúng 25 1.3.3. Kỹ thuật trùng hợp plasma 25 1.3.4. Xử lý nhiệt trong môi trường ozone (O 3 ) 26 1.3.5. Trùng hợp ghép quang bằng tia UV 27 1.4. Mc tiêu nghiên cu 29 U 30 2.1 Hóa cht, dng c, thit b 30 2.1.1 Hóa chất 30 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị 31 u 33 2.2.1. Đánh giá khả năng tách thuốc nhuộm của màng 33 2.2.2. Xác định độ giảm năng suất lọc theo thời gian 34 2.2.3. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường pH khác nhau 35 2.2.4. Đánh giá khả năng phục hồi năng suất lọc bằng phương pháp rửa 35 2.2.5. Biến tính bề mặt màng lọc 35 2.2.6. Xác định lượng polyme được trùng hợp ghép lên bề mặt màng 36 2.2.7. Xác định lượng thuốc nhuộm hấp phụ lên màng trong quá trình lọc 36 2.2.8. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất bề mặt màng 36 T QU THC NGHIM VÀ THO LUN 38 3.1. Xây dng chunh n thuc nhum 38 3.1.1. Xác định bước sóng hấp thụ cực đại của các dung dịch thuốc nhuộm 38 3.1.2. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ thuốc nhuộm 38 3.2. Kh i thuc nhum ca màng  u kin khác nhau 40 3.2.1. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch 40 3.2.2. Ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch 41 3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất dòng qua module màng 42 3.2.4. Ảnh hưởng của loại thuốc nhuộm 43 3.2.5. So sánh khả năng lọc thuốc nhuộm của một số loại màng khác nhau 46 3.2.6. Đánh giá độ bền của màng trong các môi trường có pH khác nhau 47 3.2.7. Kết quả tách thuốc nhuộm trên một số mẫu nước thải nhuộm thực tế 50 3.3. Kh m fouling cho quá trình lc tách thuc nhum qua màng 52 3.3.1. Làm sạch màng bằng phương pháp rửa 52 3.3.2. Biến tính bề mặt màng 53 3.3.2.1. Tác động bức xạ tử ngoại lên bề mặt màng 53 3.3.2.2. Trùng hợp ghép axit maleic lên bề mặt màng 56 3.3.2.3. Trùng hợp ghép axit acrylic 61 KT LUN 66 TÀI LIU THAM KHO 67 MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1. Module sợi rỗng 10 Hình 1.2. Module khung bản 11 Hình 1.3. Module cuộn 11 Hình 1.4. Sơ đồ dòng qua module màng lọc 12 Hình 1.5. Sơ đồ quá trình lọc gián đoạn 12 Hình 1.6. Sơ đồ hệ lọc màng liên tục 13 Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống sản xuất nước siêu sạch dùng màng lọc 21 Hình 1.9. Kỹ thuật trùng hợp bề mặt 25 Hình 1.10. Kỹ thuật phủ nhúng 25 Hình. 1.11. Quá trình trùng hợp ghép bề mặt dưới bức xạ UV 28 Hình 2.1. Sơ đồ thiết bị lọc màng liên tục tự lắp đặt 32 Hình 2.2. Sơ đồ thiết bị thử màng lọc phòng thí nghiệm 33 Hình 3.1. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Red 3BF 38 Hình 3.2. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Blue MERF 39 Hình 3.3. Sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ dd thuốc nhuộm Yellow 3GF 39 Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch thuốc nhuộm đến năng suất lọc: Red 3BF (JR), Blue MERF (JB) và Yellow 3GF(JV) 40 Hình 3.5. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc dung dịch 42 Hình 3.6. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc của dung dịch 42 Hình 3.7. Ảnh hưởng của áp suất dòng vào đến năng suất lọc 43 Hình 3.8. Màu của dung dịch thuốc nhuộm trực tiếp Yellow 3FG và 44 dịch lọc qua màng 44 Hình 3.9. Màu của dung dịch thuốc nhuộm phân tán Yellow E3G và dịch lọc qua màng 44 Hình 3.10. So sánh năng suất lọc đối với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau: . 44 Hình 3.11. Độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc các dung dịch 45 Hình 3.12. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch 47 Hình 3.13. Ảnh hưởng của pH đến sự thay đổi tính năng tách của màng 48 Hình 3.14. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo thời gian của màng 49 Hình 3.15. Ảnh chụp SEM bề mặt màng ban đầu (trái) và sau khi ngâm trong các môi trươ ̀ ng pH=10 (giữa) và pH = 1 (phải) 49 Hình 3.16. So sánh màu sắc và độ trong của một số mẫu nước thải nhuộm 50 Hình 3.17. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc theo mức độ cô đặc 51 Hình 3.18. Khả năng làm sạch màng bằng phương pháp rửa với các tác nhân rửa khác nhau: nước (J w1 ), Na 5 P 3 O 10 (J w2 ) và axit xitric (J w3 ) 52 Hình 3.19. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng khi bề mặt màng được tác động bởi bức xạ tử ngoại trong các điều kiện khác nhau 53 Hình 3.20 Ảnh hưởng của chiếu bức xạ đến tính năng tách của màng 54 Hình 3.21. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng 55 Hình 3.22. Ảnh chụp AMF bề mặt màng trước và sau khi chiếu bức xạ tử ngoại 55 Hình 3.23. So sánh tính năng lọc của màng nền (J mn) và màng trùng hợp (J,S) 58 Hình 3.24. Năng suất lọc và độ giảm năng suất lọc của màng nền và 60 Hình 3.25. So sánh năng suất lọc của màng nền (J,mn) và các màng 63 Hình 3.26. Ảnh chụp AFM bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép 64 Hình 3.27. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với MA 65 Hình 3.28. Phổ FTIR-ATR bề mặt màng nền và màng trùng hợp ghép với AA 65 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1. Các chất gây ô nhiễm và đặc tính của nước thải ngành dệt-nhuộm 5 Bảng 1.2. Mô ̣ t số mu ̣ c tiêu ta ́ ch loa ̣ i ca ́ c chất ô nhiê ̃ m cu ̉ a ma ̀ ng RO 23 Bảng 3.1. Năng suất lọc của màng với ba loại dd thuốc nhuộm 41 Bảng 3.2. So sánh ảnh hưởng của mức độ cô đặc dung dịch thuốc nhuộm 46 Bảng 3.3. Năng suất lọc và độ lưu giữ thuốc nhuộm của màng 48 Bảng 3.4. Tính chất các mẫu nước thải nhuộm trước và sau khi lọc qua màng 51 Bảng 3.5. Độ lưu giữ và năng suất lọc của màng sau khi chiếu bức xạ tử ngoại 54 Bảng 3.6. Tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép với MA (dd 5%) 57 Bảng 3.7. Tính năng tách của màng trùng hợp ghép MA theo phương pháp nối tiếp 59 Bảng 3.8. So sánh lượng polyme được trùng hợp ghép từ axit maleic lên màng 60 Bảng 3.9. So sánh lượng thuốc nhuộm bị hấp phụ lên màng 61 Bảng 3.10. So sánh giữa các màng trùng hợp axit maleic (MA) và axit acrylic (AA) 62 Bảng 3.11. So sánh tính năng lọc của các màng trùng hợp ghép AA 5% và MA 5% 63 BẢNG KÍ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT AA: axit acrylic AFM:      DS: phân tán FTIR   MA: axit maleic    SS: song song  1 MỞ ĐẦU                                                                            ,         2       “Nghiên cứu tách thu hồi thuốc nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thuốc nhuộm qua màng”   [...]... thu c nhuộm cho phép sử dụng lại nhiều lần gồm: Thu c nhuộm axit dùng cho len và polyamit, thu c nhuộm bazo dùng cho polyacrylonitril, thu c nhuộm trực tiếp cho mặt hàng bông, thu c nhuộm phân tán cho sợi tổng hợp nhƣ polyester Cho đến nay, việc thu hồi thu c nhuộm từ dịch nhuộm bằng phƣơng pháp lọc màng đã đƣợc thực hiện thành công ở một số nƣớc để thu hồi thu c nhuộm indigo từ quá trình nhuộm sợi bông... công đoạn nhuộm Các thu c nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở nồng độ 10-50 mppm Tuy nhiên, tùy thu c vào qui mô và công nghệ áp dụng, nồng độ thu c nhuộm trong nƣớc thải có thể cao hơn nhiều Cho đến nay, việc xử lý thu c nhuộm tồn dƣ trong nƣớc thải dệt nhuộm vẫn là một thách thức đáng kể với ngành công nghiệp này 1.1.3 Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm Các... pháp màng lọc: Phƣơng pháp này đã đƣợc ứng dụng trong xử lý nƣớc thải ngành dệt nhuộm với mục đích thu hồi các chất tái sử dụng lại nhƣ hồ tinh bột, PVA, thu hồi muối và thu c nhuộm Một số kết quả nghiên cứu về việc áp dụng kỹ thu t lọc màng NF và RO đã cho thấy phƣơng pháp này khá hiệu quả, có thể giảm COD tới 99,5 % [41] Việc áp dụng công nghệ màng có thể giảm lƣợng nƣớc sạch tiêu tốn cho quá trình nhuộm. .. nƣớc thải trong quá trình tẩy, giảm ô nhiễm kiềm trong nƣớc thải từ công đoạn làm bóng - Thu hồi và sử dụng lại dung dịch hồ từ công đoạn hồ sợi và giũ hồ, phƣơng pháp lọc màng dùng để thu hồi PVA đƣợc ứng dụng lần đầu tiên ở Mỹ năm 1974 và cho đến nay đã đƣợc áp dụng ở nhiều nƣớc châu Âu - Sử dụng nhiều lần dịch nhuộm vừa tiết kiệm hóa chất, thu c nhuộm và giảm đƣợc ô nhiễm môi trƣờng Các loại thu c nhuộm. .. màng là một lớp chắn có tính thấm chọn lọc đặt giữa hai pha – pha đi vào (feed) và pha thấm qua (filtrate) Trong quá trình tách, màng có khả năng lƣu giữ đƣợc một số cấu tử trong hỗn hợp và cho các cấu tử khác đi qua Quá trình vận chuyển chất qua màng đƣợc thực hiện một cách tự nhiên hay cƣỡng bức nhờ động lực giữa hai phía màng Động lực của quá trình tách qua màng là chênh lệch áp suất, chênh lệch... bông Sau khi nhuộm thì phần thu c nhuộm không gắn vào sợi sẽ đi vào nƣớc giặt với nồng độ 0,1 ppm Để thu hồi thu c nhuộm, dùng phƣơng pháp lọc màng để nâng nồng độ thu c nhuộm sau lọc lên 60 đến 80 ppm và có thể đƣa vào bể nhuộm để sử dụng lại 6 Do đặc thù của công nghệ, nƣớc thải ngành dệt nhuộm chứa tổng hàm lƣợng chất rắn, độ màu, BOD, COD cao Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý cần phải dựa vào nhiều... đặc biệt là lọc bằng màng thì đòi hỏi phải có sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng lọc Trong quá trình lọc, do sự chênh lệch áp suất, màng bị nén lại làm cho độ xốp của màng bị giảm đi, trở lực của màng tăng lên Tuỳ thu c vào sự chênh lệch áp suất và thời gian làm việc mà màng bị nén ít hay nhiều, khi đó năng suất lọc cũng bị giảm xuống so với khi chƣa bị nén trong cùng điều kiện lọc [4, 7]... của màng Trở lực của màng là áp suất thu tĩnh để dung dịch có thể chảy đƣợc qua màng với lƣu lƣợng riêng nào đó Màng càng dày, càng ít lỗ thì trở lực càng lớn và ngƣợc lại [4, 7] 1.2.5 Các quá trình màng dùng động lực áp suất Các quá trình màng động lực áp suất chủ yếu gồm: lọc thƣờng, vi lọc, siêu lọc, lọc nano, thẩm thấu ngƣợc Việc phân chia thành các quá trình màng dựa theo kích thƣớc lỗ màng và. .. tính tƣơng đối Ngoài ra còn một số quá trình khác nhƣ điện thẩm tách, thẩm tách và bốc hơi qua màng[ 3,16,28] 14  Vi lọc (Microfiltration) Màng vi lọc có kích thƣớc lỗ từ 0.1 đến 10µm, có khả năng giữ đƣợc những tiểu phân có kích thƣớc tƣơng đối lớn và các loại vi khuẩn Loại màng này có độ cản thu lực thấp Quá trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế sàng lọc Vật liệu tạo màng có thể là vô cơ (gốm, thủy... trình tách qua màng xảy ra theo cơ chế hoà tan khuếch tán và hấp phụ mao quản  Lọc nano (Nanofiltration) Màng lọc nano có cấu trúc bất đối xứng và thƣờng dùng để tách các tiểu phân có kích thƣớc nhỏ (đƣờng, amino axit, thu c trừ sâu, chất diệt cỏ,…) theo cơ chế thấm khuếch tán và sàng lọc Độ cản thủy lực của quá trình này cao hơn so với quá trình siêu lọc Màng thẩm thấu ngƣợc và lọc nano dùng cho dung .  Nghiên cứu tách thu hồi thu c nhuộm dư trong nước thải nhuộm bằng màng lọc và khả năng giảm thiểu fouling cho quá trình lọc tách thu c nhuộm qua màng  . THỊ VÂN ANH NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THU C NHUỘM DƢ TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH THU C NHUỘM QUA MÀNG Chuyên ngành. THỊ VÂN ANH NGHIÊN CỨU TÁCH THU HỒI THU C NHUỘM DƢ TRONG NƢỚC THẢI NHUỘM BẰNG MÀNG LỌC VÀ KHẢ NĂNG GIẢM THIỂU FOULING CHO QUÁ TRÌNH LỌC TÁCH THU C NHUỘM QUA MÀNG