Nghiên cứu xử lý Rhodamine B bằng phương pháp oxi hóa sử dụng quặng pyrolusite làm xúc tác ở nhiệt độ thường và áp suất thường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Khanh NGHIÊN CỨU XỬ LÝ RHODAMINE B BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA SỬ DỤNG QUẶNG PYROLUSITE LÀM XÚC TÁC Ở NHIỆT ĐỘ THƯỜNG

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Khanh

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ RHODAMINE B BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXI HÓA SỬ DỤNG QUẶNG PYROLUSITE LÀM XÚC TÁC Ở NHIỆT ĐỘ

THƯỜNG VÀ ÁP SUẤT THƯỜNG

Chuyên ngành: Hóa Môi Trường

Mã số: 60 44 01 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS TRẦN HỒNG CÔN

Hà Nội - 2016

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn của

mình với đề tài: “Nghiên cứu xử lý Rhodamine B bằng phương pháp oxi hóa sử

dụng quặng pyrolusite làm xúc tác ở nhiệt độ thường và áp suất thường” Để

hoàn thành bản luận văn này, ngoài sự nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu của bản thân, phần lớn em nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong khoa Hóa Học - Trường Đại Học Khoa Học Tự nhiên - Đa ̣i Ho ̣c Quốc Gia Hà Nô ̣i

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo

PGS.TS Trần Hồng Côn đã giao đề tài và nhiê ̣t tình giúp đỡ, cho em những kiến

thức quý báu trong quá trình thực hiê ̣n luâ ̣n văn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi Trường đã tâ ̣n tình chỉ bảo và hướng dẫn em trong suốt thời gian làm viê ̣c ta ̣i phòng thí nghiệm

Em xin cảm ơn các phòng thí nghiê ̣m trong Khoa Hóa Ho ̣c- Trường Đa ̣i Ho ̣c Khoa Ho ̣c Tự Nhiên đã ta ̣o điều kiê ̣n giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiê ̣m

Xin chân thành cảm ơn các bạn ho ̣c viên, sinh viên làm viê ̣c trong phòng thí nghiê ̣m Hóa Môi Trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình tìm tài liê ̣u và làm thực nghiê ̣m

Hà Nội, ngày 16 tháng 7 năm 2016

Học viên

Nguyễn Thị Khanh

Trang 3

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 14

1.1 Nước thải dệt nhuộm 14

1.1.1 Thuốc nhuộm 14

1.1.2 Phân loại 14

1.1.3 Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm 18

1.1.4 Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm 19

1.1.5 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm 21

1.2 Đặc điểm nước thải dệt nhuộm ở Việt Nam 21

1.2.1 Mức độ tiêu hao hóa chất, thuốc nhuộm của ngành dệt 21

1.2.2 Thông số ô nhiễm điển hình của nước thải dệt nhuộm ở Việt Nam 23

1.3 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm 25

1.3.1 Phương pháp hóa lý 26

1.3.1.1 Phương pháp keo tụ 26

1.3.1.2 Phương pháp hấp phụ 27

1.3.2 Phương pháp lọc Error! Bookmark not defined 1.3.3 Phương pháp sinh học Error! Bookmark not defined 1.3.4 Phương pháp điện hóa Error! Bookmark not defined 1.3.5 Phương pháp hóa học Error! Bookmark not defined 1.3.5.1 Phương pháp khử hóa học Error! Bookmark not defined 1.3.5.2 Phương pháp oxy hóa hóa học Error! Bookmark not defined 1.3.5.3.Phương pháp oxy hóa pha lỏng (WO) Error! Bookmark not defined

1.4 Giới thiệu chung về Rhodamine B (RhB) Error! Bookmark not defined 1.5 Pyrolusite, mangan đioxit Error! Bookmark not defined

1.5.1 Giới thiệu chung về quặng pyrolusit Error! Bookmark not defined 1.5.2 Giới thiệu về mangan đioxit Error! Bookmark not defined

1.6 Ý tưởng Error! Bookmark not defined

Trang 4

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined 2.1 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.1.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined

2.2 Dụng cụ và hóa chất Error! Bookmark not defined

2.2.1 Dụng cụ Error! Bookmark not defined 2.2.2 Hóa chất Error! Bookmark not defined 2.2.2.1 Chuẩn bị hóa chất để chế tạo vật liệu Error! Bookmark not defined 2.2.2.2 Chuẩn bị hóa chất để phân tích mẫu Error! Bookmark not defined

2.3 Các phương pháp phân tích áp dụng trong thực nghiệm Error!

Bookmark not defined

2.3.1 Xác định Rhodamine B bằng phương pháp trắc quang Error! Bookmark not defined

2.3.1.1 Xác định buớc sóng hấp thụ cực đại của RhB Error! Bookmark not

defined

2.3.1.2 Nguyên tắc của phương pháp Error! Bookmark not defined 2.3.1.3 Xây dựng đường chuẩn RhB Error! Bookmark not defined 2.3.2 Xác định mangan bằng phương pháp trắc quang Error! Bookmark not defined

2.3.2.1 Nguyên tắc xác định của phương pháp Error! Bookmark not defined 2.3.2.2 Xây dựng đường chuẩn xác định Mangan Error! Bookmark not defined 2.3.3 Xác định sắt bằng phương pháp trắc quang Error! Bookmark not defined 2.3.3.1 Nguyên tắc xác định của phương pháp Error! Bookmark not defined 2.3.3.2 Xây dựng đường chuẩn xác định Fe Error! Bookmark not defined

2.4 Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu Error! Bookmark not

defined

2.4.1 Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX hay EDS) Error! Bookmark not defined 2.4.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined

Trang 5

2.5 Phương pháp chế tạo vật liệu từ quặng pyrolusite Error! Bookmark not

defined

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ quặng pyrolusite Error! Bookmark not

defined

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian và nồng độ HCl đến quá trình chế tạo vật

liệu từ quặng Pyrolusite Error! Bookmark not defined 3.1.1.1 Biến tính quặng pyrolusite thành vật liệu M-1 Error! Bookmark not

defined

3.1.1.2 Biến tính quặng pyrolusite thành vật liệu M-2 Error! Bookmark not

defined

3.1.2 Hình thái cấu trúc vật liệu Error! Bookmark not defined

3.2 Khả năng xử lý rhdamine B của quặng tự nhiÊn M-0 Error! Bookmark

not defined

3.2.1 Khả năng xử lý RhB trong môi trường pH khác nhau của vật liệu M-0

Error! Bookmark not defined

3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ đầu vào của RhB đến khả năng xử lý của vật liệu

M-0Error! Bookmark not defined

3.3 Khả năng xử lý rhodamine B của vật liệu M-1 Error! Bookmark not

defined

3.4 Khả năng xử lý rhdamine B của vật liệu M-2 Error! Bookmark not

defined

Trang 6

3.5 Xử lý Rhodamine B bằng phương pháp động trên cột Error! Bookmark

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

BảNG 1.1: CÁC NGUồN CHủ YếU PHÁT SINH NƯớC THảI CÔNG NGHIệP DệT NHUộM 18 BảNG 1.2: TổN THấT THUốC NHUộM KHI NHUộM CÁC LOạI XƠ SợI 19 BảNG 1.3: NồNG Dộ THUốC NHUộM TRONG NƯớC SONG 20 BảNG 1.4: MứC Độ Sử DụNG CÁC LOạI THUốC NHUộM QUA CÁC NĂM22 BảNG 1.5: MứC Dộ Sử DụNG HOA CHấT VA THUốC NHUộM CủA 11 CƠ

Sở DệT MAY DIểN HINH ở HA NộI 22 BảNG 1.6: THế OXI HOA KHử CủA MộT Số CặP OXI HOA KHử THƯờNG GặP ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

BảNG 2.1: KếT QUả XAC DịNH DƯờNG CHUẩN RHB ERROR!

BOOKMARK NOT DEFINED

BảNG 2.2: KếT QUả XÁC ĐịNH ĐƯờNG CHUẩN MN ERROR!

BảNG 2.3: KếT QUả XÁC ĐịNH ĐƯờNG CHUẩN FE ERROR!

BảNG 3.1: KếT QUả PHAN TICH NồNG Dộ MN2+, FE3+ TRONG DUNG

DịCH HCL ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

BảNG 3.2: KÝ HIệU CAC VậT LIệU CHế TạO DƯợC Từ QUặNG

PYROLUSITE ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

BảNG 3.3: THANH PHầN NGUYEN Tố CủA QUặNG Tự NHIEN M-0

ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

BảNG 3.4: THANH PHầN NGUYEN Tố CủA VậT LIệU M-1 ERROR!

BảNG 3.5: THÀNH PHầN NGUYÊN Tố CủA VậT LIệU M-2 ERROR!

Trang 8

BảNG 3.6: ẢNH HƯởNG CủA THờI GIAN DếN KHả NANG Xử LÝ RHB

TRONG MOI TRƯờNG PH 2 CủA VậT LIệU M-0ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

TRONG MOI TRƯờNG PH 4,6,8,10,12,14 CủA VậT LIệU M-0 ERROR!

BảNG 3.8: KHả NĂNG Xử LÝ NồNG Độ RHB KHÁC NHAU CủA VậT LIệU

M-0 ở PH 2 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

TRONG MOI TRƯờNG PH 2 CủA VậT LIệU M-1ERROR! BOOKMARK NOT

DEFINED

TRONG MOI TRƯờNG PH 2 CủA VậT LIệU M-2ERROR! BOOKMARK NOT

DEFINED

BảNG 3.15: KếT QUả VậT LIệU Xử LÝ RHB CHảY QUA CộT TRONG MOI

TRƯờNG PH 2 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED BảNG 3.16: KHảO SAT KHả NANG TAI Sử DụNG VậT LIệU ERROR!

Trang 10

Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể của ε-MnO2 Error! Bookmark not defined Hình 1.9: Công thức cấu tạo của RhB Error! Bookmark not defined Hình 2.1 : Bước sóng cực đại của RhB ở các pH khác nhauError! Bookmark not

defined

Hình 2.2: Đường chuẩn RhB (đường chuẩn I) Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Đường chuẩn của Mangan (đường chuẩn II)Error! Bookmark not defined

Hình 2.4: Đường chuẩn của sắt ( đường chuẩn III) Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Nguyên lý của phép phân tích EDX (EDS)Error! Bookmark not defined

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét SEMError! Bookmark not defined

Hình 3.1: Ảnh SEM quặng tự nhiên M-0 (500nm) Error! Bookmark not defined Hình 3.2 : Ảnh SEM vật liệu M-1 (500nm -1 µm) Error! Bookmark not defined Hình 3.3a Ảnh SEM vật liệu M-2(10 -3 µm) Error! Bookmark not defined Hình 3.3b Ảnh SEM vật liệu M-2 (1 µm) Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Biểu đồ EDX của quặng tự nhiên Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Biểu đồ EDX của vât liệu M-1 Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Biểu đồ EDX của vât liệu M-2 Error! Bookmark not defined

Hình 3.7: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng xử lý RhB trong môi trường pH 2 của

vật liệu M-0 Error! Bookmark not defined

Trang 11

Hình 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng xử lý RhB trong môi trường pH

4,6,8,10,12,14 của vật liệu M-0 Error! Bookmark not defined

Hình 3.9: Đồ thị đường cong xử lý nồng độ RhB khác nhau của vật liệu M-0 ở pH 2

Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu M-0 ở các nồng độ khác nhau Error!

Bookmark not defined

Hình 3.13: Đồ thị đường cong xử lý nồng độ RhB khác nhau của vật liệu M-1 ở pH

2 Error! Bookmark not defined Hình 3.14: Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu M-1 ở các nồng độ khác nhau Error!

Hình 3.17: Đồ thị đường cong xử lý nồng độ RhB khác nhau của vật liệu M-2 ở

pH2 Error! Bookmark not defined Hình 3.18: Hiệu suất xử lý RhB của vật liệu M-2 ở các nồng độ khác nhau Error!

Hình 3.19: Kết quả vật liệu xử lý RhB chảy qua cột trong môi trường pH 2 Error!

Hình 3.20: Khả năng tái sử dụng vật liệu Error! Bookmark not defined

Trang 12

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Số thứ tự Viết tắt Tên đầy đủ

1 TNHT Thuốc nhuộm hoạt tính

2 POPs Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy- persistent

organic pollutants

1 Abs Độ hấp thụ quang - Absorbance

2 EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy

3 M-0 Quặng pyrolusite nguyên khai

3 M-1 Pyrolusite đƣợc hoạt hóa bằng HCl và NaOH,

Trang 13

Tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªnViÖn Hãa häc

LuËn v¨n Th¹c sü NguyÔn ThÞ Trang

MỞ ĐẦU

Việt Nam đang trong thời kỳ công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước với sự mở rộng sản xuất và phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp Bên cạnh những lợi ích to lớn mà sản xuất công nghiệp mang lại, chúng ta không thể phủ nhận những tổn hại môi trường do chất thải công nghiệp gây ra Với Việt Nam, một trong những nguồn thải đáng chú ý nhất là nước thải dệt nhuộm, đặc biệt là nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Chúng ta biết rằng ngành dệt may đã đem lại ngoại tệ nhiều thứ hai cho đất nước (8 tỷ USD) sau xuất khẩu dầu mỏ và theo dự đoán trong một tương lai gần giá trị kinh tế mà ngành mang lại sẽ tăng nhanh hơn xuất khẩu dầu mỏ Bởi thế việc xử lý chất thải dệt nhuộm với lượng ngày càng tăng có ý nghĩa to lớn: đảm bảo phát triển bền vững ngành ngành Dệt may trong môi trường cạnh tranh, luật môi trường thắt chặt và các cam kết môi trường chung của Việt Nam trước thế giới được thực hiện

Các hợp chất hữu cơ ô nhiễm khó phân hủy (POPs) là các hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi trường, thời gian bán hủy từ vài chục năm đến vài trăm năm.Tuy ở nồng

độ rất nhỏ cũng đặc biệt gây nguy hại lớn đối với môi trường và sức khỏe con người Ở Việt Nam, POPs chủ yếu có trong tồn dư thuốc bảo vệ thực vật và dược phẩm, thuốc nhuộm

Đặc điểm nổi bật của nước thải dệt nhuộm là nước có chứa nồng độ cao chất màu hữu cơ bền vi sinh Thêm vào đó là việc sử dụng thuốc nhuộm hoạt tính một loại thuốc nhuộm rất khó xử lý ngày càng nhiều, phổ biến Nó đưa đến nguy cơ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và cần một chi phí không nhỏ cho xử lý

Trong khi đó, hiện nay, Việt Nam cũng như thế giới, vẫn chưa có một phương pháp nào xử lý nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT) thật sự hiệu quả và kinh tế

Các phương pháp truyền thống và cả những phương pháp hiện đại chỉ có thể chuyển chất ô nhiễm từ pha này sang pha khác mà không thể xử lý triệt để thuốc nhuộm

Trang 14

Em tập trung vào phương pháp oxi hóa xúc tác vì nhận thấy sự phù hợp của nó đối với nước thải dệt nhuộm Xúc tác được sử dụng để giảm chi phí năng lượng cho phản ứng Như vậy xúc tác giữ vai trò then chốt trong vấn đề xử lý chất màu hữu cơ bền Xúc tác oxi hóa là các kim loại quý đã được biết từ lâu về hoạt tính cao của nó, song đây là loại xúc tác rất dễ nhiễm độc và rất đắt cho xử lý môi trường Nhóm xúc tác oxit kim loại chuyển tiếp được người ta chú ý đến nhiều hơn ở khía cạnh này Điều đáng chú ý là các oxit kim loại này đều có trong thành phần quặng tự nhiên Nếu có thể biến quặng thành xúc tác thì đây thực sự là loại xúc tác có tính cạnh tranh nhất về giá thành

Chính vì vậy, Em đã có ý tưởng dùng quặng tự nhiên có hoạt tính xúc tác oxi hóa làm xúc tác cho phản ứng Em đã chọn lọc xúc tác từ những quặng phổ biến, có tiềm năng xúc tác của Việt Nam Hơn nữa, để đáp được đồng thời các yêu cầu về hoạt tính xúc tác, thời gian sống, an toàn với môi trường và chi phí hợp lý, em đã biến tính quặng được chọn để xử lý ô nhiễm nước thải dệt nhuộm của Việt Nam

Với mong muốn được tham gia giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường đó, luận văn

này tập trung nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xử lý Rhodamine B bằng phương pháp

oxi hóa sử dụng quặng pyrolusite làm xúc tác ở nhiệt độ thường và áp suất thường”

Trang 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm

1.1.1 Thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay, con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu- tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện, tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với thuốc nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý nước thải dệt nhuộm Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π không cố định như: >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N-, -NO2 …

Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như: -NH2, COOH,

-SO3H, -OH đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [4,10,11,14]

Vật liệu dệt thường là xơ thiên nhiên (tơ tằm, len, gai ), xơ nhân tạo (tơ visco, tơ acetat, ), xơ tổng hợp (tơ polyamit, polyeste, )

1.1.2 Phân loại

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng Tùy thuộc cấu tạo, tính chất và phạm vi sử dụng, thuốc nhuộm được phân chia thành các họ, các loại khác nhau Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:

+ Phân loại theo cấu trúc hóa học

+ Phân loại theo đặc tính áp dụng

Phân loại theo cấu trúc hóa học là cách phân loại dựa trên cấu tạo của nhóm

mang màu, theo đó thuốc nhuộm được phân thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau[10,17] Các họ chính là:

 Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) Đây là họ

Định dạng
Số trang	31
Dung lượng	713,7 KB