Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano mnfe2o4 để xử lí phẩm màu hữu cơ trong nước

LỜI CẢM ƠN Khóa luận tốt nghiệp đƣợc hồn thành Trƣờng Đại Học Lâm nghiệp Việt Nam Trong trình làm khóa luận tốt nghiệp em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ để hồn tất khóa luận tốt nghiệp Trƣớc tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành ThS Lê Khánh Toàn ThS Đặng Thế Anh, ngƣời thầy tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em suốt trình thực khóa luận tốt nghiệp Xin gửi lời cảm ơn đến q thầy Khoa Quản lí tài nguyên rừng môi trƣờng, Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam, ngƣời truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Em xin cảm ơn thầy cô Trung tâm Phân tích Ứng dụng cơng nghệ địa không gian tạo điều kiện tốt cho trình thực tập em Sau xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè bạn sinh viên lớp K59B-Khoa học môi trƣờng, động viên, giúp đỡ em q trình làm khóa luận tốt nghiệp Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng 05 năm 2018 Sinh viên Quách Văn Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm 1.1.1 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm 1.1.2 Các loại thuốc nhuộm thƣờng dùng 1.1.3 Nhu cầu nƣớc nƣớc thải trình dệt nhuộm 1.2 Ảnh hƣởng nƣớc thải dệt nhuộm đến môi trƣờng 1.2.1 Các chất nhiễm 1.2.2.Ảnh hƣởng chất thải đến môi trƣờng 1.3 Tổng quan vật liệu nano 10 1.3.1 Khái niệm vật liệu nano 10 1.3.2 Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano 11 1.3.3.Phân loại vật liệu nano 12 1.3.4 Ứng dụng vật liệu nano kỹ thuật Fenton dị thể xử lý màu thuốc nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm 16 CHƢƠNG – MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 20 2.4 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 20 2.4.1 Hóa chất 20 2.4.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 23 2.5 Các phƣơng pháp phân tích 24 2.5.1 Phƣơng pháp xác định nồng độ RY 160 mẫu 24 2.5.2 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 25 2.5.3 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) 25 2.6 Các phƣơng pháp xử lí số liệu 26 CHƢƠNG – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Xác định đặc tính vật liệu 27 3.1.1 Hình thái bề mặt 27 3.1.2 Thành phần vật liệu 29 3.2 Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng dung dịch phẩm nhuộm 30 3.3 Xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ dung dịch phẩm nhuộm 32 3.4 Khảo sát thông số ảnh hƣởng đến trình xử lí phẩm màu 35 3.4.1 Ảnh hƣởng PH 35 3.4.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác 37 3.4.3 Ảnh hƣởng hidropeoxit 38 3.4.4 Ảnh hƣởng thời gian 40 3.4.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ 41 3.4.6 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm 42 3.5 Ứng dụng xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 43 3.6 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 44 CHƢƠNG IV – KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 46 4.1 Kết luận 46 4.2 Tồn 46 4.3 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT NỘI DUNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận tốt nghiệp : ‘‘Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nƣớc ’’ Giáo viên hƣớng dẫn : ThS Lê Khánh Toàn Ths Đặng Thế Anh Sinh viên thực : Quách Văn Tuấn – K59B – KHMT Mục tiêu nghiên cứu : Mục tiêu tổng quát: - Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 làm vật liệu xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao xử lí phẩm màu hữu nƣớc Mục tiêu cụ thể: - Chế tạo vật liệu nano MnFe2O4 - Nghiên cứu đặc điểm hình thái, thành phần vật liệu - Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 thành xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể oxi hóa phân hủy phẩm màu hữu Đối tƣợng nghiên cứu : - Dung dịch chứa phẩm nhuộm Reactive Yellow 160 (RY 160), Direct Red 23, Moderdirect Blue FBL, Solanis red F2G, Solanis rose FR - Vật liệu nano MnFe2O4 Nội dung nghiên cứu : -Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 - Khảo sát thành phần cấu trúc vật liệu phƣơng pháp phổ SEM EDX - Khảo sát hoạt tính xúc tác vật liệu cho q trình oxi hóa nâng cao - Ứng dụng vật liệu nano MnFe2O4 làm xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể xử lý RY 160, DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình phản ứng: pH, lƣợng xúc tác, hàm lƣợng H2O2, thời gian phản ứng, nhiệt độ, nồng độ phẩm nhuộm - Khảo sát khả thu hồi tái sử dụng vật liệu 7.Phƣơng pháp nghiên cứu : - Phƣơng pháp đồng kết tủa - Phƣơng pháp xác định nồng độ RY 160 DR 23, MB FBL, SR F2G, SR F2R mẫu - Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) - Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Những kết đạt đƣợc : - Tổng hợp thành công vật liệu nano MnFe2O4 Phƣơng pháp đồng kết tủa để xử lí phẩm màu hữu có nƣớc - Xác định đƣợc đặc trƣng vật liệu nano MnFe2O4 : hình thái bề mặt thành phần hóa học - Điều kiện phù hợp để tiến hành kỹ thuật Fenton dị thể: lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 xúc tác 0.2 g/L; nồng độ H2O2 4,9 mM; pH 2; mẫu phẩm màu Reactive Yellow 160 có nồng độ 0,05 g/L - Khả ứng dụng vật liệu để xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR - Xác định đƣợc dung lƣợng xử lí vật liệu nano MnFe2O4 phẩm nhuộm RY 160 1336.76 (mg/g) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxi sinh hóa COD Nhu cầu oxi hóa học DR 23 Direct Red 23 EDX Phổ tán xạ lƣợng tia X H Hiệu suất phân hủy MB FBL Phẩm màu Moderdirect Blue FBL RY 160 Phẩm màu Reactive Yellow 160 SEM Kính hiển vi điện tử quét SR FR Phẩm màu Solanis rose FR SR F2G Phẩm màu Solanis red F2G UV-vis Phổ tử ngoại khả kiến DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tỉ lệ Nƣớc dùng nhà máy dệt : Bảng 1.2: Các chất gây nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt - nhuộm Bảng 2.1 Các hóa chất đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm: 23 Bảng 2.2.Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 23 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố nano MnFe2O4 29 Bảng 3.2 Bƣớc sóng hấp thụ cực đại phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 31 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ ngun lý công nghệ dệt nhuộm hàng sợi nguồn nƣớc thải Hình 2.1.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính RY 160 21 Hình 2.2.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính DR 23 21 Hình 2.3.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính MB FBL 21 Hình 2.4.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR F2G 22 Hình 2.5.Cơng thức cấu tạo thuốc nhuộm hoạt tính SR FR 22 Hình 3.1 Ảnh SEM vật liệu nano MnFe2O4 kích thƣớc µm (a), kích thƣớc µm (b) kích thƣớc 500 nm (c) 28 Hình 3.2 Phổ EDX nano MnFe2O4 29 Hình 3.3 Phổ UV-vis RY 160 30 Hình 3.4 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm RY 160 bƣớc sóng 422 nm 32 Hình 3.5 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm DR 23 bƣớc sóng 500 nm 33 Hình 3.6 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm MB FBL bƣớc sóng 607 nm 33 Hình 3.8 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm SR FR bƣớc sóng 350 nm 35 Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH tới hiệu xử lý 36 Hình 3.10 Các hợp chất Fe(III) phụ thuộc vào pH 37 Hình 3.11 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 tới hiệu xử lý 38 Hình 3.12 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới hiệu xử lý 39 Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian đến trình xử lí 40 Hình 3.14 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu xử lí 41 Hình 3.15 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm đến hiệu suất xử lí 42 Hình 3.16 xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR 44 Hình 3.17 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 45 MỞ ĐẦU Ơ nhiễm mơi trƣờng nói chung, nhiễm mơi trƣờng nƣớc nói riêng vấn đề tồn cầu Nguồn gốc nhiễm mơi trƣờng nƣớc chủ yếu nguồn nƣớc thải không đƣợc xử lý thải trực tiếp môi trƣờng bao gồm nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trƣờng lớn ngành dệt nhuộm Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nƣớc thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Nghiên cứu, xử lý nƣớc thải có chứa phầm nhuộmhữu khó phân hủy vấn đề quan trọng nhằm loại bỏ hết chất trƣớc xả môi trƣờng, bảo vệ ngƣời môi trƣờng sinh thái Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, phƣơng pháp sinh học, phƣơng pháp hố học, phƣơng pháp điện hố Trong đó, việc xử lý hợp chất hữu độc hại kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng vật liệu nano hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc quan tâm nghiên cứu, góp phần vào việc khắc phục nhƣợc điểm kỹ thuật Fenton đồng thể chi phí cao cho hóa chất, nguyên vật liệu khó thu hồi xúc tác Trong khóa luận Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nước, vật liệu nano MnFe2O4 sử dụng làm xúc tác Fenton dị thể, loại vật liệu có khả xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao, chi phí thấp, ảnh hƣởng đến môi trƣờng, tiến hành tối ƣu hóa điều kiện vận hành tính tốn thơng số bản, đặc trƣng q trình xử lý CHƢƠNG – TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm Ngành dệt nhuộm có nguồn gốc từ làng nghề truyền thồng, sản xuất thủ công từ lâu đời Tại Việt Nam ngành dệt nhuộm đƣợc hình thành phát triển theo quy mô công nghiệp từ năm 1897 với nhà máy nhà máy dệt Nam Định Sau đó, ngành cơng nghiệp nhanh chóng lớn mạnh sau Thế Chiến thứ với quy mô hình thức khác Ở miền Nam, doanh nghiệp đƣợc thành lập sử dụng máy móc đại Châu Âu Ở miền Bắc, doanh nghiệp nhà nƣớc Trung Quốc, Liên Bang Xô Viết cũ Đơng Âu thiết bị máy móc nhƣ giai đoạn Năm 1954, sau miền bắc giành độc lập, Nhà máy Dệt Nam Định Nhà máy Dệt lụa Nam Định đƣợc khơi phục, có thêm số nhà máy khác đƣợc xây dựng nhƣ Nhà máy Dệt 8/3, Nhà máy Dệt Vĩnh Phú,… Các làng nghề truyền thống, hợp tác xã dệt may đƣợc khuyến khích phát triển Sau Việt Nam thống (tháng năm 1975), Chính phủ tiếp quản loạt nhà máy miền Nam nhƣ Công ty Dệt Thắng Lợi, Cơng ty Dệt Thành Cơng,…Sau đó, số doanh nghiệp quốc doanh trung ƣơng đƣợc xây dựng nhƣ Công ty May Hà Nội, Công ty Dệt may Nha Trang, Công ty Dệt may Huế Một số quan cấp địa phƣơng thành lập doanh nghiệp may Năm 2017, kim ngạch xuất ngành dệt may đạt 31,16 tỷ USD d, Phẩm nhuộm SR F2G Đƣờng chuẩn phụ thuộc cƣờng độ hấp thụ bƣớc sóng hấp thụ cực đại λmax = 523 nm vào nồng độ phẩm nhuộm MB FBL đƣợc biểu biễn hình 3.7 Hình 3.7 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm SR F2G bƣớc sóng 523 nm e, phẩm nhuộm SR FR Đƣờng chuẩn phụ thuộc cƣờng độ hấp thụ bƣớc sóng hấp thụ cực đại λmax = 350 nm vào nồng độ phẩm nhuộm SR FR đƣợc biểu biễn hình 3.8 34 Hình 3.8 Tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm SR FR bƣớc sóng 350 nm 3.4 Khảo sát thơng số ảnh hƣởng đến q trình xử lí phẩm màu 3.4.1 Ảnh hƣởng PH pH yếu tố ảnh hƣởng mạnh tới hiệu suất phân hủy chất hữu kĩ thuật Fenton Thông thƣờng, q trình Fenton diễn thuận lợi mơi trƣờng axit, nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng pH đƣợc tiến hành giá trị 2, 3, 5; điều kiện khác đƣợc giữ cố định bao 35 gồm nồng độ phẩm nhuộm RY 160 50 mg/L; hàm lƣợng xúc tác 0,2 g/L; nồng độ H2O2 4,9mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút Hình 3.9 Ảnh hƣởng pH tới hiệu xử lý ([RY 160] = 50 mg/L; [MnFe2O4] = 0,2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết thực nghiệm hình 3.9 cho thấy pH có ảnh hƣởng mạnh đến q trình xử lý; tăng pH từ lên đến hiệu xử lí giảm mạnh, pH=2 hiệu xử lí cao lên đến 99.01% sau 60 phút xử lí, hiệu xử lí giảm dần tăng pH từ lên đến Hiệu xử lý giảm mạnh pH pH ion sắt có xu hƣớng tạo thành phức chất bền bề mặt bùn đỏ biến tính (hình 3.10), làm giảm hoạt tính xúc tác 36 Hình 3.10 Các hợp chất Fe(III) phụ thuộc vào pH Nhƣ vậy, giá trị pH tối ƣu hiệu tốc độ xử lý pH 3.4.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác Trong trình Fenton dị thể, hiệu suất xử lý ảnh hƣởng mạnh hàm lƣợng xúc tác, tiến hành khảo sát lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 giá trị 0,05g/L; 0.1 g/L; 0.15 g/L; 0.2 g/L; 0.25 g/L; 0.5 g/L 0.75 g/L điều kiện cố định pH 2; nồng độ H2O2 4,9 mM; nồng độ RY 160 50 mg/L 37 Hình 3.11 Ảnh hƣởng hàm lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 tới hiệu xử lý ([RY 160] = 50 mg/L; [H2O2] = 4,9 mM; pH 2; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết thực nghiệm hình 3.11 cho thấy lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 sử dụng có ảnh hƣởng tới hiệu xử lý, hàm lƣợng vật liệu xúc tác tăng từ 0.05 g/L lên 0.2 g/L hiệu xử lí RY 160 tăng rõ rệt, hiệu xử cao mức nồng độ 0.2 g/L lên đến 99,98%, tiếp tục tăng hàm lƣợng xúc tác hiệu xử lí có xu hƣớng giảm nhẹ Khi tăng hàm lƣợng vật liệu cao thấp không đạt đƣợc giá trị tối ƣu Qua hình 3.11 ta thấy, giá trị hàm lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 tối ƣu 0.2 g/L 3.4.3 Ảnh hƣởng hidropeoxit Trong hệ phản ứng Fenton, dị thể hay đồng thể, nồng độ hydropeoxit yếu tố ảnh hƣởng mạnh tới hình thành tiêu thụ nhóm hydroxyl, định hiệu trình xử lý Tiến hành khảo sát ảnh hƣởng hydropeoxit mức nồng độ 2,45 mM; 4,90 mM; 7,36 mM 9,81 mM với điều kiện khác trình xử lý đƣợc giữ cố định pH 2, nồng độ RY 160 50 mg/L, hàm lƣợng xúc tác 0.2 g/L 38 Hình 3.12 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới hiệu xử lý ([RY 160] = 50 mg/L; pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết nghiên cứu, xác định ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 tới hiệu phân hủy RY 160 đƣợc thể hình 3.12 cho thấy hiệu xử lý tăng nồng độ H2O2 tăng từ 2.45 mM lên đến 9,81 mM, số lƣợng gốc OH• dung dịch tăng lên, đƣợc thể qua phản ứng (3.2) H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH− + OH· (3.2) Nồng độ H2O2 hai giá trị 4,9 mM 7.36 mM hiệu suất xử lý chênh lệch khơng đáng kể, khoảng nồng độ này, lƣợng H2O2 phản ứng với lƣợng xúc tác tạo gốc OH•, lƣợng H2O2 dƣ phân hủy theo phản ứng (3.3) hấp thụ gốc OH• theo phản ứng (3.4): H2O2 → 2H2O + O2 (3.3) OH• + H2O2 → H2O + HO2• (3.4) Khi tăng nồng độ H2O2 từ 2.45 mM đến 7.36 mM hiệu xử lí tăng theo đạt 99.98% mức nồng độ 4.9 mM, tiếp tục tăng nồng độ H2O2 lên 9.81 mM hiệu xử lí có xu hƣớng giảm 39 Khảo sát thay nồng độ H2O2 mục 3.4.3 lƣợng xúc tác mục 3.4.2 có tƣơng tự hiệu xử lý thay đổi lƣợng xúc tác nồng độ H2O2 thấp cao khơng đạt đƣợc giá trị tối ƣu, nói cách khác, hiệu xử lý phụ thuộc vào tỷ lệ lƣợng xúc tác nồng độ H2O2, tỷ lệ tối ƣu 1000 mL dung dịch phẩm màu RY 160 [MnFe2O4]/[ H2O2] = 0.2 g/L xúc tác / 4,9 mM H2O2 Nhƣ vậy, nồng độ H2O2 tối ƣu đƣợc chọn 4,9 mM 3.4.4 Ảnh hƣởng thời gian Trong trình fenton dị thể, tiến hành xác định ảnh hƣởng thời gian đến trình xử lí phẩm màu Reactive Yellow 160 (RY 160) Tiến hành khảo sát hiệu suất q trình xử lí theo khoảng thời gian lần lƣợt 10 phút; 20 phút; 30 phút; 40 phút; 50 phút; 60 phút 90 phút, điều kiện khác đƣợc giữ cố định pH 2, nồng độ RY 160 50 mg/L, hàm lƣợng xúc tác 0.2 g/L, nồng độ H2O2 4,9 mM Ảnh hƣởng thời gian đến trình xử lí đƣợc thể dƣới hình 3.13 Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian đến trình xử lí ([RY 160] = 50 mg/L; pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) 40 Qua hình 3.13 ta thấy hiệu xử lí tăng dần theo thời gian từ 10 phút đến 90 phút, hiệu suất cao 99.98% mốc thời gian 60 phút, lí giải cho điều q trình xử lí cần khoảng thời gian đủ để vật liệu xúc tác hấp thụ dung dịch phẩm màu Từ giá trị 40 phút đến 90 phút hiệu suất có tăng nhẹ nhƣng khác biệt khơng lớn đạt hiệu suất 96% Khoảng thời gian từ 60 phút đến 90 phút hiệu xuất xử lí lại có xu hƣớng giảm nhẹ, giảm 0.25% , lí giải khoảng thời gian xảy tƣợng giải hấp thụ trình xử lí 3.4.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu xử lý, chế tốc độ phản ứng Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ tới trình xử lý 30⁰C, 40⁰C 50⁰C, cốc đựng dung dịch RY 160 nồng độ 50 mg/L đƣợc đun nóng tới nhiệt độ khảo sát kiểm tra nhiệt kế thủy ngân, sau bổ sung hóa chất với giá trị tối ƣu: lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 0.2 g/L, nồng độ H2O2 4.9 mM, pH khảo sát đƣợc giữ cố định Hình 3.14 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu xử lí ([RY 160] = 50 mg/L; pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) 41 Kết thí nghiệm thể hình 3.14 cho thấy hiệu xử lý RY 160 tăng nhiệt độ tăng, thể rõ 10 phút đầu trình xử lý Điều giải thích tăng nhiệt độ tốc độ phân hủy H2O2 tạo thành OH• nhanh, gốc OH• nhiệt độ cao trở nên linh động, kết hợp làm tăng khả xử lý màu hệ phản ứng Tuy nhiên, kéo dài thời gian xử lý sau 60 phút, hiệu xử lý màu nhiệt độ đạt 99 %, màu dung dịch trở nên suốt, không quan sát thấy màu mắt thƣờng 3.4.6 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm Nồng độ phẩm nhuộm ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lí, tiến hành thí nghiệm khảo sát phẩm nhuộm RY 160 mức nồng độ 50 mg/L, 100 mg/L, 200 mg/L, 500 mg/L, 1000 mg/L Các điều kiện khác đƣợc giữ cố định: pH 2; nồng độ H2O2 4,9 mM; hàm lƣợng xúc tác 0.2 g/L Hình 3.15 Ảnh hƣởng nồng độ phẩm nhuộm đến hiệu suất xử lí (pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết thí nghiệm đƣợc thể hình 3.15 cho thấy tăng nồng độ phẩm nhuộm RY 160 từ 50 mg/L lên đến 1000 mg/L hiệu suất có xu hƣớng giảm dần Hiệu suất mức nồng độ phẩm nhuộm 50 mg/L đạt tới 99.98% đến mức nồng độ 1000 mg/L hiệu suất giảm xuống đến 26.36% 42 Nhƣ ta thấy tăng nồng độ phẩm nhuộm hiệu suất xử lí giảm, chứng tỏ vật liệu nano MnFe2O4 hấp thụ lƣợng phẩm nhuộm định Để xác định lƣợng phẩm nhuộm tối đa mà 1g vật liệu xử lí, ta tiến hành tính dung lƣợng xử lí mức nồng độ phẩm nhuộm 1000 mg/L theo công thức (3.5) nhƣ sau: (3.5) (trong nồng độ phẩm nhuộm trƣớc xử lí, nồng độ phẩm nhuộm sau xử lí) Qua giá trị dung lƣợng cho thấy 1g vật liệu nano MnFe2O4 xử lí đƣợc 1336.76 (mg) phẩm nhuộm 3.5 Ứng dụng xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR Tiến hành khảo sát hiệu suất xử lý điều kiện khảo sát đƣợc phẩm màu RY 160, pH 2, nồng độ phẩm nhuộm 50 mg/L, hàm lƣợng xúc tác 0.2 g/L, nồng độ H2O2 4,9 mM cho phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR Kết thí nghiệm đƣợc thể dƣới hình 3.16 43 Hình 3.16 xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR (Nồng độ phẩm nhuộm = 50 mg/L; pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Kết thể hình 3.16 cho thấy vật liệu nano MnFe2O4 xử lí tốt phẩm nhuộm, hiệu suất đạt 54% Hiệu suất xử lí phẩm nhuộm DR 23 vƣợt trội hẳn phẩm nhuộm MB FBL, SR F2G SR FR, đạt tới 97.25% 3.6 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 Khả thu hồi tái sử dụng yếu tố đƣợc quan tâm để ứng dụng vật liệu vào xử lí phẩm nhuộm, tiến hành khảo sát khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 điều kiện tối ƣu mà thí nghiệm ra: pH 2, nồng độ RY 160 50 mg/L, hàm lƣợng xúc tác 0.2 g/L, nồng độ H2O2 4,9 mM Kết đƣợc thể dƣới hình 3.17 44 Hình 3.17 Khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 ([RY 160] = 50 mg/L; pH 2; [MnFe2O4] = 0.2 g/L; [H2O2] = 4,9 mM; tốc độ khuấy 120 vòng/phút) Qua Hình 3.17 cho thấy khả thu hồi tái sử dụng vật liệu nano MnFe2O4 tƣơng đối thấp, khả thu hồi thấp đạt 45% Khả tái sử dụng vật liệu đạt 33.19%, không tiến hành khảo sát tái sử dụng tiếp 45 CHƢƠNG IV – KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Trên sở kết đạt đƣợc, rút số kết luận sau đây: Tổng hợp thành công vật liệu nano MnFe2O4 Phƣơng pháp đồng kết tủa để xử lí phẩm màu hữu có nƣớc Xác định đƣợc đặc trƣng vật liệu nano MnFe2O4 : hình thái bề mặt thành phần hóa học Điều kiện phù hợp để tiến hành kỹ thuật Fenton dị thể: lƣợng vật liệu nano MnFe2O4 xúc tác 0.2 g/L; nồng độ H2O2 4,9 mM; pH 2; mẫu phẩm màu Reactive Yellow 160 có nồng độ 0,05 g/L Xác định đƣợc dung lƣợng xử lí vật liệu nano MnFe2O4 phẩm nhuộm RY 160 1336.76 (mg/g) Khả ứng dụng vật liệu để xử lí phẩm nhuộm DR 23, MB FBL, SR F2G SR FR Các kết thu đƣợc mở triển vọng phát triển áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể vật liệu nano MnFe2O4 xử lý nƣớc thải dệt nhuộm chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học thành hợp chất hữu dễ phân hủy sinh học 4.2 Tồn Nghiên cứu tiến hành thời gian ngắn, số vấn đề thiếu sót : - Trong q trình tiến hành thí nghiệm thiếu sót - Vật liệu nano MnFe2O4 đƣợc chế tạo có khả thu hồi tái sử dụng thấp 4.3 Kiến nghị - Tiếp tục nghiên cứu đầy đủ đặc tính vật liệu nano MnFe2O4 - Tìm điều kiện thích hợp để chế tạo vật liệu nano MnFe2O4 có khả thu hồi tái sử dụng cao 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt Đặng Trấn Phòng (2005), Xử lý nƣớc cấp nƣớc thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đặng Trấn Phòng (2014), Sổ tay sử dụng thuốc nhuộm – tập 2: Nhuộm len len pha, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Đặng Xuân Việt (2007), "Nghiên cứu phƣơng pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nƣớc thải dệt nhuộm", Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội Hồ Thị Nga Trần Văn Nhân (2005), “ Giáo trình cơng nghệ xử lý nƣớc thải”, NXB Khoa học Kỹ thuật Hồng Văn Huệ, Trần Đức Hạ,2002, Thốt nƣớc tập II- Xử lý nƣớc thải, NXB Khoa học Kỹ thuật Nguyễn Hƣơng (2004), "Khử màu COD nƣớc thải từ sở dệt nhuộm phƣơng pháp oxi hóa với tác nhân Fenton", Tạp chí cơng nghệ hóa chất, số 12, tr 7 Phổ hấp thụ phân tử UV-vis http://utt.edu.vn/khcb/nghien-cuu-khoahoc/pho-hap-thu-phan-tu-uv-visva-ung-dung-trong-phan-tich-a6555.html Phẩm màu hữu https://tailieu.vn/doc/giao-trinh-hop-chat-mau-huu-co1175521.html B Tài liệu tiếng anh Handbook of water and wastewater treatment technologies Hernandez R., Zappi M., Colucci J., Jones R (2002), "Comparing the performance of various advanced oxydation processes for treatment of acetone contaminated water", Journal of Hazardous Materials, 92, pp 33-50 Industrial wate treatment handbook Rupert G., Bauer R., Heisler G (1993), "The photo-Fenton reaction: an effective photochemical wastewater treatment process", Journal of Photochemistry and Photobiology A, 73, pp 75-78 Tang W.Z., Huang C.P (1996), "2,4-Dichlorophenol oxydation kinetics by Fenton‟s reagent", Environmental Science & Technology, 17, pp 1371-1378 Yong Liu, Chuxia Lin, Yonggui Wu (2007), "Characterization of red mud derived from a combined Bayer Process and bauxite calcination method", Journal of Hazardous Materials 146, pp 255–261 Water and wastewater engineering ... ngun vật liệu khó thu hồi xúc tác Trong khóa luận Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 để xử lí phẩm màu hữu nước, vật liệu nano MnFe2O4 sử dụng làm xúc tác Fenton dị thể, loại vật liệu. .. tiêu nghiên cứu : Mục tiêu tổng quát: - Tổng hợp vật liệu nano MnFe2O4 làm vật liệu xúc tác cho q trình oxi hóa nâng cao xử lí phẩm màu hữu nƣớc Mục tiêu cụ thể: - Chế tạo vật liệu nano MnFe2O4. .. vào tính chất vật liệu: ngƣời ta chia vật liệu nano thành vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano kim loại, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học, 12 - Căn vào hình dáng vật liệu: cách phân