Chế tạo vật liệu nội điện phân fe c và định hướng tiền xử lý nhóm phenol trong nước thải quá trình luyện cốc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐINH THỊ MINH HẰNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU NỘI ĐIỆN PHÂN Fe-C VÀ ĐỊNH HƯỚNG TIỀN XỬ LÝ NHÓM PHENOL TRONG NƯỚC THẢI QUÁ TRÌNH LUYỆN CỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐINH THỊ MINH HẰNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU NỘI ĐIỆN PHÂN Fe-C VÀ ĐỊNH HƯỚNG TIỀN XỬ LÝ NHĨM PHENOL TRONG NƯỚC THẢI Q TRÌNH LUYỆN CỐC Ngành: HỐ PHÂN TÍCH Mã số: 8.44.01.18 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Trà Hương THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng cơng trình Tơi xin cam đoan rằng, giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái Nguyên, tháng năm 2020 Tác giả luận văn Đinh Thị Minh Hằng LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Đỗ Trà Hương người trực tiếp giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Ngun, thầy, giáo Khoa Hóa học tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Phạm Văn Khang, cô Lê Thị Phương hướng dẫn bảo giúp em đo mẫu máy HPLC Em xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Văn Tú Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Quân cố vấn, chia sẻ kinh nghiệm hướng dẫn em tiến hành thí nghiệm Do thời gian có hạn trình độ cịn hạn chế, đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến thầy để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2020 Người thực Đinh Thị Minh Hằng MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình viii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phenol 1.1.1 Cấu tạo tính chất phenol 1.1.2 Độc tính phenol với sinh vật người 1.2 Công nghệ luyện than cốc nguồn phát sinh nước thải luyện cốc 1.2.1 Quy trình luyện than cốc 1.2.2 Nguồn phát sinh, thành phần nước thải luyện cốc giới Việt Nam 1.3 Các phương pháp xử lý phenol nước thải cốc hóa 10 1.3.1 Phương pháp sử dụng vật liệu hấp phụ 11 1.3.2 Phương pháp xử lý tác nhân oxy hóa mạnh 11 1.3.3 Phương pháp xử lý vật liệu xúc tác quang 11 1.3.4 Phương pháp Fenton 11 1.3.5 Phương pháp xử lý vi sinh vật phân hủy phenol 13 1.4 Giới thiệu phương pháp nội điện phân 13 1.4.1 Nguyên lý 13 1.4.2 Ứng dụng công nghệ nội điện phân xử lý nước thải 16 1.5 Nhà máy Cốc hóa - Cơng ty Cổ phần Gang thép Thái Nguyên 21 1.5.1 Giới thiệu chung 21 1.5.2 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải có phenol nhà máy Cốc hóa 22 Chương 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Dụng cụ, hóa chất 25 2.1.1 Dụng cụ 25 2.1.2 Hóa chất 25 2.2 Chế tạo vật liệu nội điện phân Fe-C 26 2.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt, cấu trúc, thành phần hóa học vật liệu nội điện phân Fe-C 26 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý phenol vật liệu Fe-C 26 2.4.1 Ảnh hưởng pH 26 2.4.2 Ảnh hưởng thời gian .26 2.4.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 26 2.4.4 Ảnh hưởng tốc độ lắc 27 2.4.5 Ảnh hưởng nồng độ đầu phenol 27 2.5 Nghiên cứu phân hủy phenol nước thải cốc hóa vật liệu nội điện phân Fe - C 27 2.5.1 Phương pháp khảo sát thực địa, lấy mẫu trường 27 2.5.2 Phương pháp phân tích 27 2.6 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 28 2.6.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28 2.6.2 Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM), Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDS) 30 2.6.3 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ- khử hấp phụ N2 (BET) 31 2.6.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu cao (HP-LC) 34 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Khảo sát điều kiện tối ưu xác định phenol .36 3.1.1 Khảo sát bước sóng hấp thụ quang phenol 36 3.1.2 Khảo sát lựa chọn tốc độ dòng chảy 37 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.v n 3.1.3 Khảo sát lựa chọn tỉ lệ pha động 39 3.1.4 Khảo sát lựa chọn nhiệt độ cột 40 3.2 Lập đường chuẩn xác định nồng độ phenol 42 3.3 Đặc trưng cấu trúc, hình thái bề mặt, thành phần vật liệu Fe-C 42 3.4 Kết yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất xử lý phenol vật liệu Fe-C 47 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n 3.4.1 Ảnh hưởng pH 47 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian .49 3.4.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 51 3.4.4 Ảnh hưởng tốc độ lắc 52 3.4.5 Ảnh hưởng nồng độ đầu phenol 54 3.4.6 Phân tích nồng độ phenol HPLC 55 3.5 Mức độ hình thành kết tủa 56 3.6 Động học trình phân hủy phenol vật liệu Fe-C 57 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 72 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học HPLC High Performance Liquid Phương pháp sắc ký lỏng Chromatography hiệu cao PDA Photometric Diode Array Dãy diod quang SEM TOC Total Organic Carbon Tổng cacbon hữu TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng Scanning Electron Microscory Kính hiển vi điện tử qt Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 22 I Vázquez, J Rodríguez-Iglesias, E Marón, L Castrillón, M.Álvarez (2007), "Removal of residual phenols from coke wastewater by adsorption", Journal of Hazardous Materials, 147(1-2), pp 395-400 23 Jin-Hong Fan, Lu-Ming Ma (2009), "The pretreatment by the Fe–Cu process for enhancing biologicaldegradability of the mixed wastewater", Journal of Hazardous Materials, 164(2-3), pp 1392-1397 24 Jingang Huang, Jianjun Chen, Zhengmiao Xie, Xiaojun Xu (2015), "Treatment of nanofiltration concentrates of mature landfill leachate by a coupled process of coagulation and internal micro-electrolysis adding hydrogen peroxide", Journal Environmental Technology, 36(8), pp 1001-1007 25 L Gao, S Li, Y Wang, X Gui, H Xu, L Gao (2016), "Pretreatment of coking wastewater by an adsorption process using fine coking coal", Physicochem Probl Miner Process, 52(1), pp 422-436 26 Lei Qin, Guoliang Zhang, Qin Meng, Lusheng Xu, Bosheng Lv (2012), "Enhanced MBR by internal micro-electrolysis for degradation of anthraquinone dye wastewater", Chemical Engineering Journal, 210, pp 575-584 27 Li Fan, Jinren Ni, Yanjun Wu, Yongyong Zhang (2009), "Treatment of bromoamine acid wastewater using combined process of micro-electrolysis and biological aerobic filter", Journal of Hazardous Materials, 162(2-3), pp 12041210 28 Lihui Huang, Guopeng Sun, Tao Yang, Bo Zhang, Ying He, Xinhua Wang (2019), "A preliminary study of anaerobic treatment coupled with microelectrolysis for anthraquinone dye wastewater", Desalination, 309, pp 91-96 29 Longlong Zhang, Qinyan Yue, Kunlun Yang, Pin Zhao, Baoyu Gao (2018), "Analysis of extracellular polymeric substances (EPS) and ciprofloxacindegrading microbial community in the combined Fe-C micro-electrolysis-UBAF process for the elimination of high-level ciprofloxacin", Chemosphere, 193, pp 645-654 30 Luming Ma, Wei-xian Zhang (2008), "Enhanced Biological Treatment of Industrial Wastewater With Bimetallic Zero-Valent Iron", Environ Sci Technol., 42(15), pp 5384-5389 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n 31 M H Zhang, Q L Zhao, X Bai, Z F Ye (2010), "Adsorption of organic pollutants from coking wastewater by activated coke", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 362(1-3), pp 140–146 32 Mengmeng Kang, Qingguo Chen, Jingjing Li, Mei Liu, Yisong Weng (2019), "Preparation and study of a new type of Fe–C microelectrolysis filler in oilbearing ballast water treatment", Environmental Science and Pollution Research, 26, pp 10673–10684 33 Min Li, Yihe Zhang, Pan Hu, Shixin Yu, Yuxi Guo, Hongwei Huang (2017), "The preparation, characterization of FeAC micro-electrolysis materials using low-cost biochar and the removal of ultra-high COD pesticide wastewater", Water and Environment Journal, 32(1), pp 43-50 34 Mingyou Liu, Lu Wang, Xianying Xiao, Zhibin He (2018), "Fe/C micro electrolysis and Fenton oxidation process for the removal of recalcitrant colored pollutants from mid-stage pulping effluent", Journal of Bioresources and Bioproducts, 3(3), pp 118-122 35 N K Sharma, L Philip (2016), "Combined biological and photocatalytic treatment of real coke oven wastewater", Chemical Engineering Journal, 295, pp 20-28 36 P Pal, R Kumar (2014), "Treatment of coke wastewater: A critical review for developing sustainable management strategies", Separation and Purification Reviews, 43(2), pp 89–123 37 Peng Li, Zhipeng Liu, Xuegang Wang, Yadan Guo, Lizhang Wang (2017), "Enhanced decolorization of methyl orange in aqueous solution using ironecarbon micro-electrolysis activation of sodium persulfate", Chemosphere, 180, pp 100-107 38 Q Gu, T Sun, G Wu, M Li, W Qiu (2014), "Influence of carrier filling ratio on the performance of moving bed biofilm reactor in treating coking wastewater", Bioresource Technology, 166 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.v n 39 Qin Yuejiao, Yu Lisheng, Luo Shuai, Jiao Weizhou, Liu Youzhi (2017), "Degradation of Nitrobenzene Wastewater via Iron/Carbon Micro-electrolysis Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n Enhanced by Ultrasound Coupled with Hydrogen Peroxide", China Petroleum Processing and Petrochemical Technology, 19(4), pp 72-81 40 Qiushi Zhu, Shaohui Guo, Chunmei Guo, Di Dai, Xinkang Jiao, Tianqi Ma, Jinfu Chen (2014), "Stability of Fe-C Micro-Electrolysis and Biological Process in Treating Ultra-High Concentration Organic Wastewater", Chemical Engineering Journal, 255, pp 535-540 41 Richard G Luthy, James T Tallon (1980), "Biological treatment of a coal gasification process wastewater", Water Research, 14(9), pp 1269-1282 42 Ruihong Yang, Jianzhong Zhu, Yingliu Li, Hui Zhang (2016), "A Study on the Preparation of Regular Multiple Micro-Electrolysis Filler and the Application in Pretreatment of Oil Refinery Wastewater", International Journal of Environmental Research and Public Health, 13(5), pp 457 43 Run-hua Chen, Li-yuan Chai, Yun-yan Wang, Hui Liu, Yu-de Shu, Jing Zhao (2012), "Degradation of organic wastewater containing Cu-EDTA by Fe-C micro-electrolysis", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 22(4), pp 983-990 44 S Pimple, S Karikkat, M Devanna, V Yanamadni, R Sah, S M R Prasad (2016), "Comparison of MBR/RO and UF/RO hybrid systems for the treatment of coke-oven effluents", Desalination and Water Treatment, 57(1), pp 3002– 3010 45 S S Anna Kwiecińska, Jan Figa (2016), "The use of phenolic wastewater in coke production", Polish Journal of Environmental Studies, 25(2), pp 465-470 46 Seok-Young Oh, Pei C Chiu, Byung J Kim, Daniel K Cha (2003), "Enhancing Fenton oxidation of TNT and RDX throung pretreatment with zero-valent iron", Water Research, 37(17), pp 4275-4283 47 Shibao Lu, Liang Pei (2016), "A study on phenol migration by coupling the liquid membrane in the ionic liquid", International Journal of Hydrogen Energy, 41(23), pp 15724-15732 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.v n 48 Shuchuan Peng, Lili Zhao, Xixi Liu, Dong Chen (2010), "The oxidative degradation by pyrolusite of p-nitrophenol wastewater after micro-electrolysis pretreatment", International Journal of Engineering, 2(7), pp 104-109 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n 49 T Bounicore, A Wayne (2007), "Coke Manufacturing", Industry Description and Practices, 1(2), pp 57 50 T Chen, X Huang, M Pan, S Jin, S Peng, P H Fallgren (2009), "Treatment of coking wastewater by using manganese and magnesium ores", Journal of Hazardous Materials, 168(2-3), pp 843-847 51 W Tao Zhao, X Huang, D jong Lee (2009), "Enhanced treatment of coke plant wastewater using an anaerobic-anoxic-oxic membrane bioreactor system", Separation and Purification Technology, 66(2), pp 279-286 52 Wang Yu-ping, Wang Lian-jun, Peng Pan-ying, Lu Tian-hong (2006), "Treatment of naphthalene derivatives with iron-carbon micro-electrolysis", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 16(6), pp 1442-1447 53 Weiwei Ma, YuxingHan, Chunyan Xu, Hongjun Han, Wencheng Ma, Hao Zhu, Kun Li, Dexin Wang (2018), "Enhanced degradation of phenolic compounds in coal gasification wastewater by a novel integration of micro-electrolysis with biological reactor (MEBR) under the micro-oxygen condition", Bioresource Technology, 251, pp 303-310 54 Xiangli Yin, Wenjuan Bian, Junwen Shi (2009), "4-chlorophenol degradation by pulsed high voltage discharge coupling internal electrolysis", Journal of Hazardous Materials, 166(2-3), pp 1474-1479 55 Xiaohui Guan, Xiaohui Xu, Min Lu, Hongfeng Li (2012), "Pretreatment of Oil Shale Retort Wastewater by Acidification and Ferric-Carbon Micro- Electrolysis", SciVerse ScienceDirect, Energy Procedia 17, pp 1655-1661 56 Xiaoyi Xu, Yao Cheng, Tingting Zhang, Fangying Ji, Xuan Xu (2016), "Treatment of electrolysis/Fenton pharmaceutical wastewater oxidation-coagulation and using interior biological micro- degradation", Chemosphere, 152, pp 23-30 57 Xiaoyi Yang, Yu Xue, WennaWang (2009), "Mechanism, kinetics and application studies on enhanced activated sludge by interior microelectrolysis", Bioresource Technology, 100(2), pp 649-653 58 Xiaoying Zheng, Mengqi Jin, Xiang Zhou, Wei Chen, Dan Lu, Yuan Zhang, Xiaoyao Shao (2019), "Enhanced removal mechanism of iron carbon microSố hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n electrolysis constructed wetland on C, N, and P in salty permitted effluent of wastewater treatment plant", Science of the Total Environment, 649, pp 21-30 59 Xun-an Ning, Weibin Wen, Yaping Zhang, Ruijing Li, Jian Sun, Yujie Wang, Zuoyi Yang, Jingyong Liu (2015), "Enhanced dewaterability of textile dyeing sludge using micro-electrolysis pretreatment", Journal of Environmental Management, 161, pp 181-187 60 Yan Wang, Xianwei Wu, Ju Yi, Lijun Chen, Tianxiang Lan, Jie Dai (2018), "Pretreatment of printing and dyeing wastewater by Fe/C micro-electrolysis combined with H2O2 process", Water Sci Technol, 2017(3), pp 707-717 61 Yi-Zhong Jin, Yue-Feng Zhang, Wei Li (2003), "Micro-electrolysis technology for industrial wastewater treatment", Journal of Environmental Sciences, 13(3), pp 334-338 62 Z L Yongjun Liu, Jing Liu, Aining Zhang (2017), "Treatment effects and genotoxicity relevance of the toxic organic pollutants in semi-coking wastewater by combined treatment process", Environmental Pollution, 220, pp 13-19 63 Zemeng Yang, Yuepeng Ma, Ying Liu, Qunsheng Li, Zhiyong Zhou, Zhongqi Ren (2017), "Degradation of organic pollutants in near-neutral pH solution by Fe-C micro-electrolysis system", Chemical Engineering Journal, 315, pp 403-414 64 Zhenchao Zhang (2017), "Treatment of oilfield wastewater by combined process of micro-electrolysis, Fenton oxidation and coagulation", Waster Science and Technology, 76(12), pp 3278-3288 65 Zhu Youchun, Fang Zhanqiang, Xia Zhixin (2001), "Study on the reaction materials for micro-electrolysis treatment of wastewater", Membrane Science and Technology, 04, pp 56-60 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN n Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI Đỗ Trà Hương, Nguyễn Văn Tú, Đinh Thị Minh Hằng, Nguyễn Anh Tiến (2020) “Phân hủy phenol môi trường nước trình nội điện phân vật liệu Fe-C” Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học Tập 25, số 1, tr 143- 148 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn PHỤ LỤC Phụ lục 1: Diện tích bề mặt riêng vật liệu Fe- C PL1 Phụ lục 2: Kết đo, phân tích nước thải Hình 2.1: Kết đo, phân tích mẫu nước thải ban đầu PL2 Hình 2.2: Kết đo, phân tích mẫu nước thải sau xử lý vật liệu nội điện phân Fe-C PL3 Phụ lục 3: Hình ảnh chụp thực tế quy trình xử lý nước thải nhà máy Cốc Hóa Gang Thép - Thái Ngun Hình 3.1: Bể điều hịa – nước thải chứa phenol từ xưởng Cốc Hình 3.2: Bể lắng tách dầu mỡ PL4 Hình 3.3: Bể Aroten Hình 3.4: Bể lắng đứng PL5 Hình 3.5: Nước thải phenol qua xử lí PL6 ... than c? ? ?c Nư? ?c thải chứa CN-, phenol sinh trình luyện c? ? ?c thu gom vào đường ống đưa trạm xử lý nư? ?c thải Sơ đồ c? ?ng nghệ sản xuất than c? ? ?c nguồn phát sinh nư? ?c thải luyện c? ? ?c chứa phenol c? ?ng... thải luyện c? ? ?c hay nư? ?c thải sinh hóa Nư? ?c thải chứa lượng lớn phenol CN- Trong nhà máy luyện than c? ? ?c, nư? ?c thải luyện c? ? ?c thường tập trung với nguồn thải kh? ?c phân xưởng gom trạm xử lý nư? ?c. .. phần nư? ?c thải luyện c? ? ?c giới Việt Nam  Nguồn phát sinh nư? ?c thải luyện c? ? ?c Than xưởng luyện c? ? ?c sau luyện 1.000oC sinh khí lị c? ? ?c khơ, l? ?c khí lị c? ? ?c khơ c? ? nhiệt độ khoảng 800oC Khí lị c? ? ?c sau