Nghiên cứu quá trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính màu đỏ họ azo bằng tio2 uv

CÔNG TRÌNH ĐƯC THỰC HIỆN TẠI PHÒNG DẦU KHÍ & XÚC TÁC VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PGS.TSKH Lưu Cẩm Lộc Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS NGUYỄN THỊ DUNG Cán chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 10 thána12.năm 2005 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Nguyễn Thị Thùy Vân Ngày, tháng, năm sinh : 30-06-1978 Phái : Nữ Nơi sinh : Tây Ninh Chuyên ngành : Công nghệ Hoá Học Mã số : CNHH12 - 025 I.TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH MÀU ĐỎ HỌ AZO BẰNG TiO2 & UV II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu động học màu khoáng hoá thuốc nhuộm hoạt tính màu đỏ họ Azo UV TiO2 - Xác định bậc phản ứng số tốc độ màu - Khảo sát phân hủy dị nguyên tố ( Nitơ, lưu huỳnh) tiến trình chuyển hoá - Nghiên cứu phân huỷ nhân triazin III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS - TSKH Lưu Cẩm Lộc CHỦ NHIỆM NGÀNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Đầu tiên biết ơn to lớn đến PGS.TSKH Lưu Cẩm Lộc, người trực tiếp hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian qua Tôi cảm ơn ủng hộ giúp đỡ lãnh đạo bạn đồng nghiệp Viện Công nghệ hoá học, đặc biệt cô Bùi Thanh Hương hướng dẫn giúp đỡ em nhiều thực luận văn Em xin cảm ơn thầy cô khoa Công nghệ hoá học, phòng quản lý sau Đại học nhiệt tình giúp đỡ em suốt thời gian học trường Em chân thành cảm ơn quý thấy cô Hội đồng chấm Luận van dành thời gian quý báu để đọc đưa nhận xét giúp em hoàn thiện luận văn Sau cảm ơn đến gia đình bè bạn , người sát cánh thời gian qua TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Quá trình phân huỷ thuốc nhuộm hoạt tính màu đỏ họ Azo có xúc tác TiO2 tia UV hoàn toàn khả phân hủy thuốc nhuộm ( tốc độ phân hủy 1%) kết hợp UV TiO2 thuốc nhuộm bị phân hủy hòan tòan Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính phản ứng bậc với số tốc độ phản ứng 0,4 h-1 Bậc phản ứng suy giảm COD 0,35 với số tốc độ phản ứng 153.18 (µmol)0.65/(l0.65*h) Còn TOC bậc phản ứng 0,17 với số tốc độ phản ứng 62.30 (µmol)0.83/(l0.83*h) Nghiên cứu chứng minh có mặt anion thêm vào làm chậm trình phân hủy thuốc nhuộm thành phần hữu chuyển hóa hòan toàn thành CO2 đánh giá giới hạn giá trị COD TOC Ngòai nghiên cứu thử nghiệm với dung dịch nước thải nhà máy dệt Phước Long đề xuất công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm nhà máy dệt nhuộm MỤC LỤC Trang Mở đầu Phần I: Tổng quan 10 I.1.Tình hình ô nhiễm môi trường ngành dệt nhuộm 11 I.1.1.Công nghệ sản xuất nguồn gốc nước thải dệt nhuộm 11 I.1.2.Các nguồn gây ô nhiễm, đặc tính nước thải tác động đến môi trường 17 I.1.3.Những vấn đề ô nhiễm môi trường thuốc nhuộm hữu 19 I.2.Một số phương pháp xử lý chất ô nhiễm hữu nước nước thải 22 I.2.1.Phương pháp học hóa lý 23 I.2.2.Phương pháp nhiệt 23 I.2.3.Phương pháp sinh học 23 I.2.4.Phương pháp oxy hóa cổ điển 24 I.2.5.Phương pháp oxy hóa nâng cao 25 29 I.3.Phản ứng quang hóa xúc tác TiO2 I.3.1.Các nguyên lý bản, mức lượng Fermi 29 I.3.2.Cấu trúc tính chất TiO2 30 I.3.3.Bản chất chế trình 31 I.3.4.Động học phản ứng xúc tác dị thể 33 I.3.5.Các yếu tố ảnh hước đến hoạt tính xúc tác 34 I.3.5.1.nh hưởng đến yếu tối bề mặt xúc tác 34 I.3.5.2.nh hưởng hàm lượng xúc tác 34 I.3.5.3.nh hưởng pH 35 I.3.5.4.nh hưởng bước sóng 36 I.3.5.5.nh hưởng nồng độ đầu chất phản ứng 36 I.3.5.6.nh hưởng cường độ chiếu sáng 37 I.3.5.7.nh hưởng anion vô 38 I.3.5.8.Nguồn chiếu tia sáng 38 I.3.5.9.Tia tử ngoại 39 I.3.5.10.Tia khả kiến 40 Phần II: Thực nghiệm 41 II.1.Thiết bị & hóa chất sử dụng 42 II.1.1.Hóa chất sử dụng 42 II.1.2.Dụng cụ & thiết bị 42 II.1.3.Sơ đồ thí nghiệm 44 II.1.4.Mô tả thí nghiệm 44 II.2.Các phương pháp phân tích sản phẩm 44 II.2.1.Phương pháp so màu 44 II.2.2.Phương pháp quang phổ hấp thu vùng tử ngọai khả kiến 46 II.2.3.Phương pháp xác định COD (Chemical Oxygen Demand) 46 II.2.4.Phương pháp xác định TOC ( Total orgain cacbon) 49 II.2.5.Xử lý kết thực nghiệm 50 II.2.5.1.Tính toán động học phản ứng 50 II.2.5.2.Phần trăm thuốc nhuộm lại 50 II.2.5.3.Phần trăm TOC lại 50 II.2.5.4.Phần trăm COD lại 51 II.2.6.Phân tích xác định hợp chất trung gian HPLC 51 II.2.7.Phân tích anion tạo thành phương pháp sắc ký ion 52 Phần III: Kết & thực nghiệm 53 III.1.nh hưởng điều kiện phản ứng phân hủy thuốc nhuộm 54 hoạt tính họ azo xúc tác quang hóa III.1.1.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm có TiO2 54 III.1.2.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm có UV 55 III.1.3.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm có UV TiO2 56 III.1.4.nh hưởng hàm lượng xúc tác 60 III.1.5.nh hưởng pH 65 III.2.Xác định bậc phản ứng & số tốc độ phản ứng theo 71 nồng độ thuốc nhuộm III.2.1.Động học phản ứng phân hủy thuốc nhuộm 71 III.2.1.1.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm 100µmol/lít 72 III.2.1.2.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm 83.34µmol/lít 73 III.2.1.3.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm họat tính 55.56µmol/lít 73 III.2.1.4.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm họat tính 41.46µmol/lít 75 III.2.2.Động học suy giảm COD 76 III.2.2.1.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 100 µmol/lít 77 III.2.2.2.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 83.34µmol/lí 78 III.2.2.3.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 55.56µmol/lít 78 III.2.2.4.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 41.46µmol/lí 79 III.2.3.Động học suy giảm TOC III.2.3.1.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 100µmol/lít 80 80 III.2.3.2.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 83.34µmol/lít 81 III.2.3.3 Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 55.56µmol/lít 82 III.2.3.4.Nồng độ ban đầu thuốc nhuộm đỏ hoạt tính 41.46µmol/lít 82 III.3.nh hưởng anion đến trình phân hủy thuốc nhuộm 83 III.4.Nghiên cứu chế phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính 88 III.4.1.Sự hình thành ion sunphat 88 III.4.2.Sự hình thành hợp chất nitơ 91 III.4.3.Sự tạo thành axit xyanuric 94 III.5.Nghiên cứu trình phân hủy nước thải dệt nhuộm xúc tác 99 TiO2 + UV & đề xuất phương pháp xử lý III.5.1.Nghiên cứu trình phân hủy nước thải dệt nhuộm 99 III.5.2.Đề nghị qui trình công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm 104 Phần IV: Kết luận & kiến nghị 106 IV.1.Kết luận 107 IV.2.Các kiến nghị 109 Tài liệu tham khảo MỞ ĐẦU Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp nước ta ngày phát triển đạt thành tựu to lớn Bên cạnh vấn đề ô nhiễm môi trường hoạt động sản xuất công nghiệp gây nên, đặc biệt ô nhiễm chất độc hoá học vấn đề nghiêm trọng Các chất độc hóa học xuất phát từ nhiều nguồn khác công nghiệp sản xuất hóa chất, tai nạn rò rỉ hóa chất đặc biệt từ nguồn chất thải công nghiệp Công nghiệp dệt nhuộm ngành công nghiệp quan trọng chiến lược phát triển kinh tế, xã hội nước ta Công nghiệp dệt nhuộm góp phần quan trọng việc tăng tỷ trọng xuất khẩu, cung cấp sản phẩm vải may mặc cho nước, giải công việc làm cho lượng lớn lao động Theo dự báo đến năm 2010, ngành dệt nhuộm nước sản xuất tỷ mét vải/ năm, xuất từ 3.5 đến tỷ USD/năm, tạo 1.8 triệu việc làm Tuy nhiên, với lợi ích kinh tế to lớn thu được, vấn đề quan tâm, nạn ô nhiễm môi trường nước thải từ nhà máy gây Nước thải dệt nhuộm nước thải thu từ ngành công nghiệp có dây chuyền công nghệ phức tạp sử dụng nhiều nguyên vật liệu hóa chất khác nhau, bao gồm công đoạn : Làm nguyên liệu, kéo sợi, hồ sợi dọc, tẩy trắng, nhuộm vải loại thuốc nhuộm khác nhau, làm bền màu giặt, sấy khô, in hoa hoàn thiện sản phẩm Tùy theo công đoạn phương pháp công nghệ sử dụng công đoạn phương pháp công nghệ sử dụng mà nước thải có chứa chất ô nhiễm khác Đáng ý công đoạn nhuộm có chứa lượng lớn hóa chất sa, kiềm, muối thiosulphit, thiosulphat, axit acetic, chất sử dụng làm ổn định màu lọai thuốc nhuộm hóa chất độc độc Hiện nay, Việt Nam, đa số nhà máy dệt nhuộm hệ thống xử lý nước thải có chưa đạt yêu cầu thải môi trường Hầu hết chất thải nhà máy thải dạng lỏng đa số thải trực tiếp kênh rạch Đây nguyên nhân gây ô nhiễm nặng nề môi trường Để tiến tới phát triển toàn diện bảo đảm cân sinh thái, chất thải cần phải xử lý để đạt tiêu chuẩn nước thải theo qui định quan có thẩm quyền môi trường Do vậy, xử lý nước thải ô nhiễm ngành dệt nhuộm mục tiêu quan tâm hàng đầu xã hội Để đóng góp phần nhỏ nhiệm vụ xử lý chất thải dệt nhuộm từ nhà máy dệt nhuộm nước đồng thời nhiệm vụ luận văn Tốt nghiệp Cao học, nội dung luận văn nghiên cứu động học khảo sát sản phẩm tạo thành trình phân hủy thuốc nhuộm hoạt tính màu đỏ họ azo TiO2 tia tử ngoại PHẦN I TỔNG QUAN 10 III.5.NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM TRÊN XÚC TÁC TIO2 + UV VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ III.5.1.Nghiên cứu trình phân hủy nước thải dệt nhuộm Các thí nghiệm khảo sát trình phân hủy nước thải nhà máy dệt nhuộm tiến hành với mẫu nước thải nghiên cứu lấy Công ty dệt Phước Long, Phường Phước Long B Quận TP Hồ Chí Minh Mẫu nước thải ban đầu có đặc trưng sau : Bảng 3.22: Số liệu số đặc trưng mẫu nước thải dệt nhuộm nhà máy dệt Phước Long Thông số Nước thải dệt Tiêu chuẩn nước thải nhuộm loại B TCVN5945-1995 COD, mg/l 983mg/l 100mg/l BOD, mg/l 235mg/l 50mg/l pH 9.76 6-9 TSS 815mg/l 100 Độ màu ( Pt-Co) 686 Axit cyanuric Nghiên cứu ảnh hưởng anion đến trình phân hủy thuốc nhuộm khẳng định rằng: anion thêm vào làm chậm trình phân hủy thuốc nhuộm môi trường có tính axit TiO2 tích điện âm Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm nhà máy dệt Phước Long Các kết mở hướng giải khả thi cho môi trường ngành dệt nhuộm nước ta Tuy nhiên, nước thải nhà máy khác hàm lượng loại thuốc nhuộm, áp dụng qui trình xử lý thực tế cần phải có tính toán hợp lý để kết hợp hiệu kỹ thuật xử lý hiệu kinh tế Điều tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể nhà máy, loại nước thải nhà máy Các kết nghiên cứu ưu trình khử ô nhiễm nước thải nhà máy dệt nhuộm quang xúc tác dị thể: Không đòi hỏi 108 chất hóa học phản ứng ( oxy không khí) xúc tác TiO2 rẻ, tái sử dụng, nguồn phát UV rẻ ổn định IV.2.Các kiến nghị - Do xúc tác TiO2 có kích thước nhỏ, khó tách khỏi dung dịch nên để thu hồi sau sử dụng xử lý nước thải cần phải mang TiO2 chất mang khác như: thuỷ tinh, zeolit, than hoạt tính… -Nước thải sau xử lý có pH thấp nên cần phải phân loại nguồn thải nhà máy dệt nhuộm kết hợp với phương pháp sinh học để dễ xử lý hiệu xử lý cao -Triển khai kết thí nghiệm mô hình Pilot kết hợp ứng dụng qui mô công nghiệp với nhà máy cụ thể -Tiến hành nghiên cứu hiệu phương pháp xử lý ứng với nhiều loại nước thải khác -Tính toán hệ thống thiết bị, mặt bằng, qui trình yếu tố kinh tế việc xử lý 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.PGS.TSKH Lưu Cẩm Lộc, Giáo trình hoá keo, TP.HCM 2001 2.Lê Văn Cát, Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống Kê 2002 3.Sở Khoa học Công nghệ & Môi trường, “Sổ tay xử lý ô nhiễm môi trường ngành tiểu thủ công nghiệp”, TP HCM, 1998-1999 4.PGS.TS Hoàng Văn Huệ, Trần Đức Hạ, Xử lý nước thải, NXB Khoa học Kỹ thuật HN 2002 5.Chunmei Zhu, Liangyan Wang, Linren Kong, Photocatalytic deradation of Azo dyes by supported TiO2 + UV in aqueous solution, Chemosphere 41, p.303-309, 2000 6.Scalfani A., Herrmann J M, J Phys Chem.,100, 13655-1996, 7.Bui Thanh Huong, Nguyen Thanh Hong, Nguyen Thi Dunh, etl, Degradation of reactive blue by TiO2 using UV& TiO2, 2001 8.Roland Benedix, Frank Dehn, Jana Quaas, Marko Orgass-Lacer, 5-2000 9.Idil Arslan, Isil Akmehmet Balcioglu, Detlef W.Bahnemann, Advanced oxidation of a reactive dyebath effluent:comparion of O3, H2O2/ UV-C and TiO2/UV, A processes, Water research 36, p.43-54, 2002 10.R.Franke, C.Franke, Model reactor for photocatalyic degradation of persistent chemical in pond and waste water, Chemosphere 15, p.2651-2659, 1991 11.Claudio Minero, Kinetic analysis of photoinduced reactions at the water semiconductor interface, Catalysis today 54, p.205-216, 1999 12.István Ilisz, Zsuzsanna László, András Dombi – Ejject of charge trapping species on the dergadation kinetics, Applied Catalysis A: General, 180, p.25-33, 1999 13.M.Sokmen, A.Ozkan, Decolourisingtextile wastewater with modified titania: the effects of inorganic anions on photocatalysis, Journal of Photochemistry ang Photobiology147, p.77-81, 2002 14.J.M Herrmann, Heterogeneous photocatalysis: Concepts, reaction mechanisms 110 and potential application in environmental problem,Trends in Photochemistry & Photobiology, 3, p.663-642, 1994 15.G.Ertl, H.Knozinger, J Weitkamp, Handbook of Heterogenous Catalysis,4, p.2111-2122, 1997 16.M.Karkmaz,E.Puzenat,C.Guillard, J.M.Herramn, Photocatalytic degradation of the alimentary azo dye amaranth Mineralization of the azo group to nitrogen, Applied Catalysis B:Environmental 51, p.183-194, 2004 17.Mario Schiavello, Heterogeneous Photocatalysis, 3, John Wiley & Son, 1997 18.Maria Stylidi, Dimitris I Kondarides, Xenophon E.Verykios, Applied Catalysis B: Environmental, 40, p.271-286, 2003 19.Nader M.Bastaki, Performance of advanced methods for treatment of wasterwater : UV/TiO2, RO, Chemical Engineering and Processing 43, p.935-940, 2004 20.Haoqiang Zhan, Kongchang Chen, and He Tian-Dye and pigments 37, 3, p.241-247, 1998 21.Hui Zhong M Sc, Kinetic Study On Photochemical Degradation Of Carbamate With Ultra Violet/Hydro Peroxide, University of Bremen, Germany, 1997 22.K Hofstadler, Rupert Bauer, S Novalic and G Heisler, Environ Sci Technol 28, p.670-674, 1994 23.S.Horikoshi, N Watanabe, H Onishi, H Hidaka, N Serpone, Applied Catalysis B: Environmental 37, p.117-129, 2002 24.Zhenshi Sun, Yingxu Chen, Qiang Ke, Ye Yang, Jun Yuan - Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 149, p.169-174, 2002 25.Susan J Masten, Simon H R Davies-Environ Sci Technol 28, 4, p.180 – 184, 1994 26.Hinda Lacheb, Eric Puzenat, Ammar Houas, Mohamed Ksibi, J.M.Herrmann, Photocatalytic degradation of various of dyes (Alizarin S, Cocein Orange G, Methyl Red, Congo Red, Methylene Blue) in water by UV+TiO2, Applied catalysis B : Environmental 39, p.75-90, 2002 27.Roberto Andreozzi, Vincenzo Caprio, Amedeo Insola, Raffaele Marotta, Advancaed oxidation processes (AOP) for water purification and recovery, Catalysis Today 53, p 51-59, 1999 111 28.J.M.Herrmann, Heterogeneous photocatalysis:Fundamentals and application to the removal of various types of aqueous pollutants, Catalysis Today 53, p.115129, 1999 29.Idil Arslan, Isil Akemhemet balcioglu, Detlef W Bahnemann, Heterogeneous photocatalytic treatment of simulated dyehuose effluents using novel TiO2 photocatalysis, Applied catalysis B:Environmental 26, p.193-206, 2000 30.Chun Hu, Jimmy C Yu, Zhengping Hao, Po Keung Wong, Photocatalytic degradation og triazine containing azo dyes in aqueous TiO2 suspensions, Applied Catalysis B:Environmental 4, p.47-55, 2003 112 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ & tên : Nguyễn Thị Thùy Vân Ngày, tháng, năm sinh : 30-06-1978 Nơi sinh : Tây ninh Địa liên lạc : Số Mạc Đónh Chi Quận TP Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Từ năm 1995 đến năm 2000: học Đại học trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Minh - Từ năm 2001 đến học cao học trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: -Từ năm 2000 đến công tác Viện Công Nghệ Hóa Học-Số Mạc Đónh Chi Quận TP Hồ Chí Minh 113 ... Hoá Học Mã số : CNHH12 - 025 I.TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH MÀU ĐỎ HỌ AZO BẰNG TiO2 & UV II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu động học màu khoáng hoá thuốc nhuộm. .. VĂN THẠC SĨ Quá trình phân huỷ thuốc nhuộm hoạt tính màu đỏ họ Azo có xúc tác TiO2 tia UV hoàn toàn khả phân hủy thuốc nhuộm ( tốc độ phân hủy 1%) kết hợp UV TiO2 thuốc nhuộm bị phân hủy hòan tòan... ứng phân hủy thuốc nhuộm 54 hoạt tính họ azo xúc tác quang hóa III.1.1.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm có TiO2 54 III.1.2.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm có UV 55 III.1.3.Phản ứng phân hủy thuốc nhuộm