Nghiên cứu cấu trúc xơ sen và tổng hợp vật liệu nanocomposite mno2diatomite ứng dụng cho xử lý nước thải dệt nhuộm sợi bông pha sen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN THƯ NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC XƠ SEN VÀ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE MnO2/DIATOMITE ỨNG DỤNG CHO XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM SỢI BÔNG PHA SEN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐẶNG TRUNG DŨNG PGS.TS NGUYỄN MINH TUẤN HÀ NỘI-2019 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu với giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, gia đình, bạn bè đồng nghiệp nỗ lực cố gắng thân, luận văn tốt nghiệp cao học hoàn thành Tác giả chân thành cảm ơn Lãnh đạo Phịng Đào tạo, Bộ mơn Cơng Nghệ Điện Hóa Bảo Vệ Kim Loaị, Viện Dệt may - Da giầy & Thời trang - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tồn thể thầy tận tình dạy bảo, tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt hai năm học vừa qua Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Đặng Trung Dũng, PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn người dành nhiều thời gian, tâm sức, tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực luận văn Do hạn chế kiến thức, tài liệu tham khảo thời gian thực nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận góp ý, bảo thêm từ thầy cô bạn đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh Hà nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Văn Thư Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi là: Nguyễn Văn Thư SHHV: CB170138 Chuyên ngành: Công nghệ Vật liệu Dệt may Lớp: 2017B-VLDM Khóa: CH2017B Nơi cơng tác: Trường Đại học Công nghiệp Dệt May Hà Nội Đề tài: Nghiên cứu cấu trúc xơ sen tổng hợp vật liệu nanocomposite MnO2/diatomite ứng dụng cho xử lý nước thải dệt nhuộm sợi vải pha sen Tôi xin cam đoan kết tơi trình bày luận văn nghiên cứu hướng dẫn TS Đặng Trung Dũng, PGS.TS Nguyễn Minh Tuấn - Bộ mơn Cơng Nghệ Điện Hóa Bảo Vệ Kim Loaị, Công Nghệ Dệt, Viện Dệt May- Da Giày & Thời trang Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Văn Thư Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .3 1.1 Tổng quan sợi sen .3 1.1.1 Lịch sử hình thành phát triển .3 1.1.2 Ứng dụng công nghiệp dệt may 1.2 Quá trình nhuộm sợi tác động đến môi trường 1.2.1 Lịch sử trình nhuộm sợi [1,2] 1.2.2 Q trình nhuộm vải bơng pha sen yêu cầu xử lý môi trường: 1.2.3 Thuốc nhuộm tác hại đến môi trường: .10 1.2.4 Xử lý thuốc nhuộm nước thải trình nhuộm sợi 14 1.2.4.1 Phương pháp hấp phụ [1,7] 14 1.2.4.2 Phương pháp ơxy hóa [1,7] .14 1.2.4.3 Phương pháp Fenton điện hóa 15 1.2.4.4 Các phương pháp ơxy hố tiên tiến 17 1.3 Vật liệu nano ứng dụng xử lý nước thải có chứa thuốc nhuộm 19 1.3.1 Vật liệu nano hình thái vật liệu nano 19 1.3.2 Các phương pháp tổng hợp 21 1.3.3 Ứng dụng vật liệu nano [18, 19]: .22 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Đối tượng nghiên cứu: 27 2.2 Nội dung nghiên cứu: 27 2.3 Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu: 27 2.3.1 Hóa chất, dụng cụ thí nghiệm quy trình chế tạo vật liệu nanocomposite MnO2/Diatomite .27 Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật 2.3.1.1 Hóa chất dụng cụ 27 2.3.1.2 Quy trình thực nghiệm .28 b Quy trình tổng hợp mẫu 28 Quy trình tổng hợp mẫu trình bày hình 2.1 28 2.3.2 Các phương pháp nghiên cứu (SEM, XRD, TEM, UV-Vis) 30 2.3.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 30 2.3.2.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM 31 2.3.2.3 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 32 2.3.2.4 Phương pháp hấp thụ đa lớp Brunauer-Emmett-Teller (BET) 34 2.3.2.5 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .35 2.3.2.6 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu cấu trúc xơ sen: 38 3.2 Tổng hợp vật liệu nanocomposit MnO2/diatomite nghiên cứu đặc trưng hình thái, cấu trúc: 43 3.2.1 Hình thái bề mặt: 43 3.2.2 Thành phần, cấu trúc độ xốp: 48 3.3 Nghiên cứu ứng dụng nanocomposite MnO2/ diatomite xử lý chất màu: 51 3.3.1 Kết xử lý methyl da cam methylene xanh: 51 3.3.2 Kết xử lý nước thải từ làng nghề: 53 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hoá học Diatomite mỏ Hoà Lộc (Phú Yên): 24 Bảng 2.1 Hóa chất 28 Bảng 2.2 Dụng cụ 28 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố có mặt mẫu nanocomposite MO/diatomite 49 Bảng 3.2 Kết đo diện tích riêng bề mặt độ xốp phương pháp BET mẫu nanocomposite MO/diatomite, diatomite nguyên chất MnO2 vơ định hình để so sánh 51 Bảng 3.3 Kết phân tích khả phân hủy màu phụ thuộc vào lượng chất xử lý nanocomposite MnO 2/diatomite 53 Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quy trình lấy tơ sen từ cọng sen Hình 1.2 Rút tơ từ cọng sen Hình 1.3 Bàn vê lấy tơ sen Hình 1.4 Mắc lên guồng kéo sợi sen Hình 1.5 Đánh suốt sợi sen lên guồng Hình 1.6 Máy dệt thủ cơng vải sen Hình 1.7 Áo vest thương hiệu Lora Piana từ vài bơng pha sen Hình 1.8 Nhuộm vải pha sen nguyên liệu tự nhiên 10 Hình 1.9 Các trình hình thành gốc hydrôxyl 18 Hình 1.10 Một số cấu trúc vật liệu nano 20 Hình 1.11 Quặng diatomite Phú Yên 24 Hình 1.12 Cấu trúc siêu xốp vỏ tảo silic - diatomite 25 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo mẫu MnO2 nanocomposite MnO2/diatomite 29 Hình 2.2 Hiện tượng nhiễu xạ xảy mặt mạng 30 Hình 2.3 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM 32 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý ghi nhận tín hiệu phổ EDX SEM 33 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kính hiển vi điện từ truyền qua 35 Hình 3.1 Ảnh SEM xơ sen sau lấy từ cuống sen xử lý sơ 38 Hình 3.2 Ảnh vi mô Sợ i tơ sen; 1- Sợi tơ chụp độ phóng đại 10 lần; 2,3 – Sợi tơ chụp độ phóng đại 40 lần 39 Hình 3.3 Ảnh SEM tiết diện xơ sen (a, b) ảnh SEM màu xơ sen (c, d, e) sau lấy từ cuống sen xử lý sơ 41 Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc tế bào 42 Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.5 Ảnh SEM diatomite 43 Hình 3.6 Ảnh SEM diatomite trước phủ MnO2 (a) nanocomposite MnO2/diatomite (b) 44 Hình 3.7 Ảnh SEM CMD với tỷ lệ khối lượng KMnO4/diatomite là: a) 0.4; b) 1.6; c) 2.13; d) 3.2 45 Hình 3.8 Ảnh TEM MO/diatomite với tỷ lệ khối lượng phối hợp KMnO4/diatomite 1,6 46 Hình 3.9 Ảnh SEM-Mapping mẫu nanocomposite MO/diatomite a); ảnh SEM diatomite; b,c); ảnh SEM nanocomposite MO/diatomite; ảnh Mapping nanocomposite MO/diatomite phân tích từ ảnh c 47 Hình 3.10 Ảnh SEM kết phân tích tán xạ tia X (EDX) mẫu nanocomposite MO/diatomite 49 Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu MnO2 so sánh (a) mẫu nanocomposite MO/diatomite (b) 50 Hình 3.12 Sự biến đổi màu methyl da cam (a) methylene xanh (b) tăng lượng chất xử lý màu – nanocomposite MnO2/diatomite Phổ UV-Vis dung dịch tương ứng xử lý methyl da cam (c) methylene xanh (d) 52 Hình 3.13 Sự biến đổi màu nước thải nhuộm vải bơng pha sen thuốc nhuộm hồn ngun có nguồn gốc hữu nanocomposite MnO2/diatomite kết phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 54 Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, với phát triển xã hội, ngành dệt may khơng ngừng phát triển, gia tăng nhanh chóng sản lượng sản xuất Đây ngành thu hút lượng lớn lao động khoảng 2,5 triệu người, với 6.000 doanh nghiệp Hiện nhu cầu việc tìm kiếm nguồn cung cấp loại nguyên liệu cho sản xuất sợi, vải cao cấp vô cấp thiết Trong đó, sợi từ xơ sen hướng có nhiều triển vọng Vì việc nghiên cứu cấu trúc tính chất xơ sen việc làm cần thiết, có tính ứng dụng lâu dài Sự phát triển ngành dệt may kéo theo hệ lụy ô nhiễm môi trường Để nâng cao lực sản xuất giảm thiểu chất thải, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, ngành dệt may áp dụng giải pháp sản xuất hơn, nhằm thay đổi mơ hình sản xuất theo hướng bền vững thân thiện môi trường Bên cạnh công ty, nhà máy đầu tư bàn với khu xử lý lý nước thải đại, tập trung, cịn có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyền thống Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất không xử lý, mà thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳng môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng cho hệ thống cống, rãnh, ao, hồ, khơng cịn thẩm thấu xuống mạch nước ngầm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Việc tẩy, nhuộm vải loại thuốc nhuộm khác thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm phân tán… khiến cho lượng nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm khác (chất tạo màu, chất làm bền màu ) Trong năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phương pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nước thải như: phương pháp vật lý, phương pháp sinh học, phương pháp hố học, phương Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật pháp điện hoá Mỗi phương pháp có ưu điểm hạn chế định mặt kỹ thuật mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia - Đề tài với nội dung: Nghiên cứu cấu trúc xơ sen tổng hợp vật liệu nanocomposite MnO2/diatomite ứng dụng cho xử lý nước thải dệt nhuộm sợi vải pha sen, xuất phát từ nguyên nhân khách quan chủ quan Đề tài triển khai gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Đối tượng, nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Kết luận luận văn Tài liệu tham khảo Phụ lục Nguyễn Văn Thư Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật việc đưa MnO2 lên diatomite, chắn độ xốp, diện tích bề mặt riêng vật liệu tạo thành tăng lên nhờ cấu trúc xốp diatomite Độ xốp diện tích bề mặt riêng thơng số quan trọng, có ảnh hưởng định đến khả xúc tác trình loại bỏ chất màu khỏi dung dịch nước thải Hình 3.7 Ảnh SEM CMD với tỷ lệ khối lượng KMnO4/diatomite là: a) 0.4; b) 1.6; c) 2.13; d) 3.2 Quan sát mẫu sản phẩm thu sau trình phủ MnO2 lên diatomite ta thấy: pha phủ MnO2 có cấu trúc vơ định hình với hình thái đặc trưng cụm nano (nanoclusters) tạo thành từ đơn vị nhỏ - thường gọi với tên gọi nanoworms (được thể rõ hình phóng to, góc bên phải hình 3.6b) Q trình bao phủ MnO2 (MO) vô định hình lên bề mặt diatomite đã diễn tốt với việc tạo thành lớp phủ MO dày toàn bề mặt cấu trúc nền, đồng thời vẫn giữ cấu trúc xốp tự nhiên xương diatomite, yếu Nguyễn Văn Thư 45 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật tố mấu chốt tạo nên độ xốp diện tích riêng bề mặt lớn cho vật liệu, điều vô cần thiết cho vật liệu xúc tác dị thể Quá trình phủ MO diatomite tạo cấu trúc đồng đều, đồng thời giữ cấu trúc xốp tự nhiên diatomite Tuy nhiên để đạt hình thái bề mặt mẫu đẹp nhóm nghiên cứu phải tiến hành làm nhiều thí nghiệm khác nhau, với nhiều tỷ lệ phối trộn khác hai nguyên liệu MnO2 Diatomite, để tỷ lệ tốt Hình 3.7 thể ảnh SEM mẫu MO/diatomite với tỷ lệ đầu vào khác KMnO4 - chất đầu vào có vai trị tạo thành MnO2 (MO) diatomite chất Kết cho thấy, tỷ lệ phối hợp tốt KMnO4 diatomite 1,6, cụ thể 1g diatomite dùng với 10 ml dung dịch KMnO4 có nồng độ 0,1 mol M (1,6 g KMnO4) Tỷ lệ khối lượng KMnO4 diatomite = 1,6 cho cấu trúc đồng phẳng bề mặt bao phủ kín bề mặt lại khơng làm lỗ xốp diatomite Hình 3.8 Ảnh TEM MO/diatomite với tỷ lệ khối lượng phối hợp KMnO4/diatomite 1,6 Nguyễn Văn Thư 46 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.9 Ảnh SEM-Mapping mẫu nanocomposite MO/diatomite a); ảnh SEM diatomite; b,c); ảnh SEM nanocomposite MO/diatomite; ảnh Mapping nanocomposite MO/diatomite phân tích từ ảnh c Sau tìm tỷ lệ tối ưu tạo vật liệu nanocomposite MO/diatomite, tiến hành phân tích sâu hình thái bề mặt mẫu với tỷ lệ tối ưu (1,6) phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) – hình 3.8b, cho thấy rõ ràng MnO2 đã Nguyễn Văn Thư 47 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật phủ kín lên bề mặt diatomite cấu trúc lỗ xốp diatomite vẫn giữ nguyên mà không bị Để bước đầu tìm hiểu thành phần sản phẩm nanocomposite MO/diatomite tổng hợp, phương pháp SEM-Mapping tiến hành với sản phẩm (hình 3.9) Với phương pháp này, ta xác định nguyên tố tồn mẫu Với mẫu nanocomposite tổng hợp nên, kết Mapping cho thấy, nguyên tố Si, Mn O tồn toàn cấu trúc mẫu tương ứng với mầu xanh lam, đỏ xanh dương (hình d, e, f) Kết đã phần khẳng định tồn thành phần SiO2 (nền diatomite) MnO2 (lớp phủ MO) mẫu dự kiến Để khẳng định chắn thành phần cấu trúc sản phẩm nanocomposite tạo thành, phép phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD) phổ tán xạ tia X (EDX) tiến hành 3.2.2 Thành phần, cấu trúc độ xốp: Các kết phân tích EDX thể hình 3.10 mẫu sản phẩm nanocomposite MO/diatomite thu cho thấy có mặt với hàm lượng lớn ngun tố Mn, Ơxy, Si (bảng 3.1) Ngồi ta thấy diện với hàm lượng nhỏ Al vết nguyên tố K Điều giải thích sau Hàm lượng ơxy, silic cao có diện oxit silic, thêm thành phần Al hoàn toàn phù hợp với thành phần tự nhiên diatomit Theo kết phân tích khoa học, thành phần khống vật diatomite thường 87 ÷ 91% SiO lượng lại Al2O3 Fe2O3 (phụ thuộc vào vùng biển) [24] Do việc tồn Al mẫu phù hợp Vết nguyên tố K đến từ nguyên liệu đầu vào KMnO4 Trong mẫu cịn có lượng lớn ngun tố Mn, thành phần tạo nên lớp phủ MnO2 với Ôxy Nguyễn Văn Thư 48 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.10 Ảnh SEM kết phân tích tán xạ tia X (EDX) mẫu nanocomposite MO/diatomite Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố có mặt mẫu nanocomposite MO/diatomite Nguyên tố % Khối lượng % Nguyên tố O 44.85 63,46 Mn 20,4 8,51 Al 0.42 0,35 Si 34.33 27,68 Tổng 100 100 Nguyễn Văn Thư 49 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.11 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu MnO2 so sánh (a) mẫu nanocomposite MO/diatomite (b) Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) MnO2 so sánh có cấu trúc nano vơ định hình (nanoamophous) hình thành phản ứng KMnO4 HCl khơng có diatomite thể hình 3.11a Sự vắng mặt đỉnh pic nhọn phổ cho thấy chất rắn hình thành MnO2 dạng vơ định hình (theo liệu quốc tế cấu trúc tinh thể JCPD Card # 00-001-0649) Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu nanocomposite MO/diatomite thể hình 3.11b cho thấy dạng phổ tương đồng với kết thu khảo sát mẫu MnO2 so sánh Ngoài ta thấy xuất đỉnh đặc trưng diatomit vị trí (011) Qua kết phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X, khẳng định, mẫu nanocomposite MO/diatomite tạo thành bao gồm diatomit lớp phủ MnO2 vô định hình Kết phân tích độ xốp phương pháp BET trình bầy bảng 3.2 cho thấy sản phẩm tạo thành nanocomposite MnO2 phủ diatomite có độ xốp cao gần 150 m2/g Đây độ xốp tương đối cao dành cho vật liệu ứng dụng cho khả xúc tác xử lý môi trường Nguyễn Văn Thư 50 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Bảng 3.2 Kết đo diện tích riêng bề mặt độ xốp phương pháp BET mẫu nanocomposite MO/diatomite, diatomite nguyên chất MnO2 vô định hình để so sánh 3.3 Nghiên cứu ứng dụng nanocomposite MnO2/ diatomite xử lý chất màu: Khả xúc tác xử lý chất màu nanocomposite MnO2 phủ diatomite đánh giá thơng q trình xử lý chất mầu mô là: methyl da cam methylene xanh Hai chất màu lựa chọn methyl da cam chất màu thông dụng, đại diện cho họ chất màu azo (họ chất màu thông dụng chất màu-thuốc nhuộm hữu nay) methylene xanh đại diện cho họ chất màu thiazine (cũng chất màu thông dụng thực tiễn) 3.3.1 Kết xử lý methyl da cam methylene xanh: Ở trình nghiên cứu xử lý chất màu dùng dung dịch methyl da cam đại diện cho nhóm mầu azo với nồng độ 0.1 milimon (mM) dung dịch xanh methylen đại diện cho nhóm thuốc nhuộm thiazine với nồng độ 0.06 milimon (mM) Dung dịch bổ sung lượng chất xúc tác khác tăng dần vào Sau đó, tiến hành khuấy dung dịch thuốc nhuộm với xúc tác nanocomposite MnO2/diatomite vòng 30 phút Sau đó, dung dịch lọc chất xúc tác đem phân tích lượng chất màu phép phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Kết xử lý chất màu methyl da cam methylene xanh biểu diễn hình 3.12 Nguyễn Văn Thư 51 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.12 Sự biến đổi màu methyl da cam (a) methylene xanh (b) tăng lượng chất xử lý màu – nanocomposite MnO2/diatomite Phổ UV-Vis dung dịch tương ứng xử lý methyl da cam (c) methylene xanh (d) Bằng ngoại quan- quan sát trực quan mắt thường (hình 3.12a b), tăng dần lượng chất xúc tác nanocomposite MnO2/diatomite, mầu giảm dần lúc gần mầu Kết phép phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) (hình 3.12c d) cho thấy pic đặc trưng cho chất màu methyl da cam (465 nm) methylene xanh (660 nm), cường độ đỉnh pic giảm rõ rệt Qua tính tốn, kết định lượng độ suy giảm chất màu thể bảng 3.3 Qua tính tốn cho thấy độ giảm chất mầu phụ thuộc vào lượng chất xúc tác đưa vào Khi tăng lương chất xúc tác nanocomposite MnO2/diatomite từ ÷ 0,0125g lượng chất mầu bị xử lý tăng dần lên tương ứng với độ mầu giảm Khi lượng xúc tác nanocomposite MnO2/diatomite thêm vào 0,0125g độ suy Nguyễn Văn Thư 52 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật giảm màu đạt tới 93 ÷ 95%, gần xử lý hoàn toàn chất mầu dung dịch Bảng 3.3 Kết phân tích khả phân hủy màu phụ thuộc vào lượng chất xử lý nanocomposite MnO2/diatomite 3.3.2 Kết xử lý nước thải từ làng nghề: Nước thải từ khâu nhuộm dây truyền nhuộm vải pha sen thuốc nhuộm hồn ngun có nguồn gốc hữu làng nghề Phùng Xá (Thạch Thất, Hà Nội) tiến hành xử lý nanocomposite MnO2/diatomite Dung dịch nước thải lọc tạp học giấy lọc thô, sau đưa cốc thí nghiệm, bổ sung lượng chất xúc tác tăng dần từ nhỏ đến lớn Hỗn hợp khuấy 30 phút đem lọc kết tủa Dung dịch thu sau xử lý chụp ảnh quang học phân tích phép phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Kết thể hình 3.13 Nguyễn Văn Thư 53 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hình 3.13 Sự biến đổi màu nước thải nhuộm vải pha sen thuốc nhuộm hồn ngun có nguồn gốc hữu nanocomposite MnO2/diatomite kết phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Kết cho thấy: chất màu nước thải từ dây truyền nhuộm vải pha sen loại bỏ Độ suy giảm màu tăng dần tăng lượng chất xúc tác Để phân tích định lượng, dung dịch sau xử lý tiền hành phân tích quang phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) Tuy nhiên thấy xuất số vấn đề: Nguyễn Văn Thư 54 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật - Thứ nhất, hóa chất cơng nghiệp nên khơng thể biết rõ thành phần, khơng trắc chắn pic đặc trưng chất mầu nằm vị trí dẫn tới việc khó định lượng độ suy giảm màu - Thứ hai, có xuất nhiều nhiễu phổ UV-Vis (trong khu vực từ bước sóng 200 ÷ 300 nm Nguyên nhân nước thải có chứa nhiều loại tạp khác nhau, xuất phát từ việc nước thải nước thải cuối nguồn từ xưởng sản xuất nhỏ lẻ Do đó, khơng nước thải khâu nhuộm mà cịn có nước thải nhiều khâu khác đổ chung vào Điều dẫn đến bị xuất nhiều nhiễu kết phân tích UV- Vis Như vậy, quan sát cảm quan cho thấy chất mầu nước thải thực tế có bị loại bỏ, có bị mầu trình định lượng chưa tiến hành Tuy nhiên điều quan trọng việc xử lý chất mầu việc loại bỏ mầu sắc nước thải Đây nguyên nhân mà người dân nhìn thấy rõ ràng tiến hành phản đối, khởi kiện doanh nghiệp nhiều Và điều bước đầu nghiên cứu đã giải Nguyễn Văn Thư 55 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN Đã tiến hành gia công thu xơ sen từ cuống sen làng Phùng Xá Xơ sen thu được tiến hành phân tích hình thái, cấu trúc đặc tính học Các kết thu khả quan, phù hợp ứng dụng cho chế tạo vải pha sen Vật liệu tổ hợp nanocomposite MnO2/diatomite tổng hợp thành cơng với quy trình đơn giản cần thơng qua bước phản ứng hóa học KMnO4 HCL với có mặt diatomite Hình thái cấu trúc sản phẩm phân tích với phương pháp đáng tin cậy hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (EDX), tán xạ tia X (XRD), phương pháp đo độ xốp BET Khả xử lý chất màu thuộc họ azo thiazine (methyl da cam methylene xanh) thử nghiệm phân tích định lượng phương pháp UV-Vis Kết cho thấy vật liệu tổ hợp nanocomposite MnO2/diatomite tổng hợp nên có khả xử lý chất mầu Đã tiến hành thử nghiệm xử lý nước thải từ q trình nhuộm vải bơng pha sen thực tế lấy từ làng nghề Phùng Xá (Thạch Thất, Hà Nội) Kết bước đầu cho thấy vật liệu nanocomposite MnO2/diatomite tổng hợp có khả loại bỏ chất mầu nước thải q trình nhuộm sợi, nhiên cịn có vấn đề cần giải thời gian Nguyễn Văn Thư 56 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ, “Xử lý nước cấp nước thải dệt nhuộm”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [2] Đặng Trấn Phịng, Sinh thái mơi trường dệt nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [3] Hà Tây: Bao khắc phục ô nhiễm môi trường làng nghề dệt? http://www.monre.gov.vn [4] Eric R Bandala, Miguel A Peláez, A Javier García-López, Maria de J Salgado, Gabriela Moeller, Photocatalytic decolourisation of synthetic and real textile wastewater containing benzidine-based azo dyes, Chemical Engineering and Processing 47, 169-176, 2008 [5] H Zollinger, color Chemistry-Synthesis Properties and Application of Organic Dyes and Pigments, VCH Publishers, New York, 1991 [6] Cao Hữu Trượng, Hồng Thị Lĩnh - Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1995 [7] Cục Thẩm định Đánh giá tác động môi trường - Tổng cục môi trường, “Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm”, Hà Nội, 2009 [8] Oturan M.A., Oturan N., Aaron J.J., Traitement des micropolluants organiques dans l'eau par des procédés d'oxydation avancée, Actual Chimique 277-278, 57-63, 2004 [9] Oturan M.A., Oturan N., Lahitte C., Trévin S., Production of hydroxyl radicals by electrochemically assisted Fenton reagent Application to the mineralization of an organic micropollutant, pentachlorophenol, J Electroanal Chem 507, 96-102, 2001 [10] Oturan M.A., Pinson J., Hydroxylation by electrochemically generated •OH radicals Mono - and polyhydroxylation of benzoic acid: products and isomers' distribution, J Phys Chem 99, 13948-13954, 1995 Nguyễn Văn Thư 57 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [11] Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Do J.S., Chen P., In situ oxydative degradation of formaldehyde with hydrogen peroxyde electrogenerated on modified graphite, J Appl Electrochem 24, 936–942, 1994 [12] Brillas E., Boye B., Dieng M.M., Peroxy-coagulation and photoperoxycoagulation treatments of the herbicides 4-chlorophenoxyacetic acid in aqueous medium using an oxygen diffusion cathode, J Electrochem Soc 150, 148-154, 2003 [13] Grimm J., Bessarabov D., Sanderson R., Electro-assisted methods for water purification, Desalination 115, 285-294, 1998 [14] Brillas E., Casado J., Aniline degradation by electro-Fenton and peroxycoagulation processes using a flow reactor for wastewater treatment, Chemosphere 47, 241-248, 2002 [15] Buxton G.V., Grennstock C.L., Helman W.P., Ross A.B., Critical review of rate constants for reactions of hydrated electrons, hydrogen atoms and hydroxyl radicals (OH•/O•-) in aqueous solution, J Phys Chem Ref Data 17, 513-886, 1988 [16] Haag W.R., Yao C.C.D., Rate constants for reaction of hydroxyl radicals with several drinking water contaminants, Environ Sci Technol 26, 10051013, 1992 [17] Staehelin J., Hoigné J., Decomposition of ozone in water, rate of initiation by hydroxyde ions and hydrogen peroxyde, Environ Sci Technol 16, 676681, 1982 [18] Nguyễn Anh Tuấn (2012), Vật liệu cấu trúc nano, Trung tâm nghiên cứu phát triển vật liệu, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội [19] Peidong Yang, University of California, Berkeley, USA: Chemistry of Nanoatructured Materials, World Scientific Publishing Co Pte Ltd (2003) [20] Thái Phạm Tuyết Phương,Luận văn Điều chế xác định đặc tính nano mangan dioxit theo phương pháp oxi hóa khử KMnO4 (C6H5COO)2Mn, 2008 Nguyễn Văn Thư 58 Khóa 2017B Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [21] Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Alireza Khataeea, Soghra Bozorga, Behrouz Vahidb, Trung-Dung Dang, Younes Hanifehpourd andSang Woo Jood, Synthesis and Immobilization of MnO2 Nanoparticles on Diatomit for the Efficient Degradation of an Azo Dye in the Aqueous Solution, 2015, Vol 11, No [22] Kim, Taeho Kim, Eric Momin Jonghoon Choi,Kristy Yuan, Hasan Zaidi,| Jaeyun Mihyun Park,Nohyun Lee, Michael T McMahon, Alfredo QuinonesHinojosa,Jeff W M Bulte Taeghwan Hyeon, and Assaf A Gilad, Mesoporous SilicaCoated Hollow Manganese Oxide Nanoparticles as Positive T1 Contrast Agents for Labeling and MRI Tracking of Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells, J Am Chem Soc 2011, 133, 2955–2961 [23] Mohammad A Al-Ghouti, Yehya S Al-Degs, Majeda A.M Khraisheh, Mohammad N Ahmad, “Mechanisms and chemistry of dye adsorption on manganese oxides-modified diatomite”, Journal of Environmental Management 90 (2009) 3520 –3527 [24] Wen-Tien Tsai, Chi-Wei Lai, Kuo-Jong Hsien,” Characterizatio and adsorption properties of diatomaceous earth modified by hydrochloric acid etching” J Colloids and Interface Science 297 (206) 749-754 Nguyễn Văn Thư 59 Khóa 2017B ... phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia - Đề tài với nội dung: Nghiên cứu cấu trúc xơ sen tổng hợp vật liệu nanocomposite MnO2/diatomite ứng dụng cho xử lý nước thải dệt nhuộm sợi vải pha sen, ... tiêu: - Nghiên cứu cấu trúc xơ sen chế tạo từ sen làng Phùng Xá Tìm hướng xử lý thuốc nhuộm sinh từ quy trình nhuộm vải bơng pha sen chế tạo từ xơ sen làng Phùng Xá - Tổng hợp vật liệu nanocomposite. .. vậy, nghiên cứu này, việc tổng hợp vật liệu có cấu trúc nano có khả xúc tác cho trình ơxy hóa xử lý chất màu từ nước thải q trình nhuộm vải bơng pha sen lựa chọn 1.3 Vật liệu nano ứng dụng