Nghiên cứu xử lý nước thải thuốc trừ sâu bằng công nghệ fenton điện hóa xúc tác fe3o4mn3o4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HUỲNH THẮNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC TRỪ SÂU BẰNG CƠNG NGHỆ FENTON ĐIỆN HĨA XÚC TÁC Fe3O4/Mn3O4 INVESTIGATE THE TREATMENT OF PESTICIDES WASTEWATER USING HETEROGENEOUS ELECTRO – FENTON WITH Fe3O4/Mn3O4 CATALYST Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã ngành: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Ngô Mạnh Thắng Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 18 tháng 01 năm 2019 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Đặng Viết Hùng PGS.TS Ngô Mạnh Thắng PGS.TS Phạm Nguyễn Kim Tuyến TS Nguyễn Như Sang TS Nguyễn Nhật Huy Xác nhận Chủ tịch hội đồng đánh giá LV Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HUỲNH THẮNG MSHV: 1670869 Ngày, tháng, năm sinh: 29 – 12 – 1994 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số : 60520320 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC TRỪ SÂU BẰNG CÔNG NGHỆ FENTON ĐIỆN HÓA XÚC TÁC Fe3O4/Mn3O4 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ❖ Điều chế, biến tính vật liệu xúc tác Fe3O4/Mn3O4 phương pháp tẩm ❖ Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4/Mn3O4 như: pH, lượng xúc tác Fe3O4/Mn3O4, điện áp, khoảng cách điện cực, tỉ lệ Fe3O4/Mn3O4, thời gian phản ứng ❖ Xác định điều kiện phản ứng tối ưu q trình Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4/Mn3O4 để xử lý nước thải thuốc trừ sâu phần mềm MODDE 5.0 ❖ Đánh giá hiệu việc tái sử dụng vật liệu xúc tác Fe3O4/Mn3O4 II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20 – 08 – 2018 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02 – 12 – 2018 IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN TẤN PHONG Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều giúp đỡ từ gia đình, thầy cơ, bạn bè Trước tiên, với tất lịng kính trọng biết ơn xin gửi đến PGS TS Nguyễn Tấn Phong, thầy hướng dẫn, bảo tận tình tạo điều kiện tốt cho suốt q trình thực đề tài Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Quý thầy cô Khoa Môi trường Tài nguyên – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM giảng dạy truyền đạt kiến thức vô quý báu suốt trình học tập trường Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến NCS Nguyễn Đức Đạt Đức nhiệt tình hướng dẫn, chia kiến thức, kinh nghiệm nghiên cứu giúp đỡ tơi q trình thực Tơi xin gửi lời cảm ơn đến quý lãnh đạo công ty sản xuất thuốc BVTV tận tình hỗ trợ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi tốt việc lấy nước thải suốt thời gian nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn đến sinh viên Ngô Thị Tuyết Thu, Trần Thị Huỳnh Như tơi vượt qua thời kì khó khăn hỗ trợ nhiệt tình suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, ủng hộ để tơi cố gắng học tập hồn thành chương trình Thạc sĩ TP.HCM, Ngày Tháng Năm 2019 Nguyễn Huỳnh Thắng TĨM TẮT Trong nghiên cứu này, cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác dị thể (HEF) áp dụng để xử lý nước thải thuốc trừ sâu Fe3O4/Mn3O4 tổng hợp phương pháp tẩm sử dụng làm chất xúc tác nhằm dễ dàng tách khỏi dung dich sau phản ứng, tái sử dụng có tính ổn định cao Thực thí nghiệm sơ tìm ba yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến trình HEF điện áp, pH chất xúc tác Xác định miền quy hoạch với ba yếu tố cho thấy điện áp từ 15 - 25 V, pH từ - 8, lượng xúc tác Fe3O4/Mn3O4 khoảng 0,2 – 0,6 g/L, điều kiện xử lý tối ưu tìm thấy Phần mềm MODDE 5.0 sử dụng để lập kế hoạch bố trí thí nghiệm theo phương án bề mặt đáp ứng bậc Box behnken tìm phương trình hồi quy cho ba yếu tố với hàm mục tiêu giá trị Imidacloprid đầu Kết từ phần mềm tính tốn cho thấy điều kiện: pH 7,2; lượng xúc tác Fe3O4/Mn3O4 0,42 g/L; điện áp 19,6 V; khoảng cách điện cực 4,0 cm; tỉ lệ Fe3O4/Mn3O4 1:1 phản ứng, hệ thống xử lý đạt điều kiện hoạt động tối ưu Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng thực tế điều kiện tối ưu theo kết tính tốn, kết giá trị thực tế giống với kết dự đốn trước với hiệu suất loại bỏ Imidacloprid TOC 96,44% 97,98% Hơn nữa, giá trị Imidacloprid đầu đạt loại A QCVN 40: 2011/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp) Khả tái sử dụng vật liệu Fe3O4/Mn3O4 kiểm chứng qua nhiều mẻ cho thấy vật liệu có tính xúc tác cao tính ổn định q trình xử lý ABSTRACT In this research, Heterogenous Electro Fenton system (HEF) is applied to treat pesticide wastewater Fe3O4/Mn3O4 synthesized by via the impregnation oxidation used as catalyst which can easily be separated, reused with has high stability Performing preliminary tests to find three material influences on HEF process is pH, catalyst and voltage Determining the planning area with three above factors shows that voltage of 15 -25V, pH of - 8, and catalyst volume of Fe3O4/Mn3O4 in range of 0,2 – 0,6 g/L, optimal treatment conditions can be found MODDE 5.0 software is used to plan the test in surface method meeting levels Box behnken and find a recursive equation for these three elements with objective function is Imidacloprid value Results from software show that in conditions: pH 7,2; Fe3O4/Mn3O4 0,42 g/l; voltage 19,6 V; electrode distance 4,0 cm; Fe3O4/Mn3O4 ratio 1:1 in hours of action, the treatment reached its optimum condition A practical test performed in optimal conditions according to calculation results, results indicate that the experimental values are very similar to previous predicted values with the removal efficiency of Imidacloprid and TOC respectively 96,44% and 98% In addition, Imidacloprid value in wastewater also meets Column A of QCVN 40:2011/BTNMT (National technical regulation on industrial wastewater) The reusability of Fe3O4/Mn3O4 materials has also been verified in many batches, showing this material is highly catalytic and stability during processing of treatment LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4” sản phẩm nghiên cứu cứu cá nhân tôi, nội dung viết không chép Số liệu luận văn thực hiên trung thực, không chép từ đề tài nghiên cứu khoa học Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu TP.HCM, Ngày Tháng Năm 2019 Nguyễn Huỳnh Thắng MỤC LỤC TÓM TẮT ABSTRACT LỜI CAM ĐOAN .7 MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu .10 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 10 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 10 1.4 Ý nghĩa đề tài 10 1.4.1 Tính đề tài 10 1.4.2 Ý nghĩa khoa học .11 1.4.3 Ý nghĩa thực tiễn 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN .12 2.1 Tổng quan thuốc bảo vệ thực vật 12 2.1.1 Thuốc BVTV .12 2.1.2 Thuốc trừ sâu .15 2.1.3 Tổng quan hoạt tính Imidacloprid 17 2.2 Tổng quan nước thải thuốc trừ sâu .18 2.2.1 Nguồn phát sinh 18 2.2.2 Đặt tính nước thải thuốc trừ sâu 18 2.2.3 Thực trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu môi trường 19 2.3 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải thuốc trừ sâu 20 2.3.1 Phương pháp màng lọc 20 2.3.2 Phương pháp hấp phụ 20 i 2.3.3 Phương pháp sinh học 21 2.3.4 Phương pháp oxy hóa bậc cao 22 2.4 Tổng quan cơng nghệ Fenton điện hóa Fenton xúc tác dị thể .23 2.5 Tình hình nghiên cứu .26 2.5.1 Tình hình nước 26 2.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 27 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 3.1 Vật liệu nghiên cứu 30 3.1.1 Tổng hợp Fe3O4/Mn3O4 .30 3.1.2 Nước thải thuốc trừ sâu 30 3.1.3 Mơ hình nghiên cứu 31 3.2 Nội dung nghiên cứu .31 3.2.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 32 3.2.3 Xác định điều kiện tối ưu yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 35 3.2.4 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu xúc tác Fe3O4/Mn3O4 36 3.3 Phương pháp nghiên cứu 36 3.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 36 3.3.2 Phương pháp thực thí nghiệm 36 3.3.3 Phương pháp phân tích thực nghiệm 36 3.3.4 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm 36 3.3.5 Phương pháp thống kê xử lý số liệu 37 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 38 4.1 Đặc trưng cấu trúc Fe3O4/Mn3O4 38 4.2 Kết phân tích ảnh hưởng yếu tố 40 4.2.1 Ảnh hưởng pH .40 4.2.2 Ảnh hưởng lượng Fe3O4/Mn3O4 41 4.2.3 Ảnh hưởng điện áp 43 4.2.4 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực .45 ii 4.2.5 Ảnh hưởng tỉ lệ xúc tác .46 4.2.6 Ảnh hưởng thời gian 48 4.3 Tối ưu q trình Fenton điện hóa xúc tác dị thể 49 4.3.1 Xác định điều kiện tối ưu phân hủy thuốc trừ sâu 51 4.3.2 Tối ưu điều kiện phản ứng 57 4.4 Tái sử dụng chất xúc tác 60 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 Kết luận 63 Kiến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 DANH MỤC CÁC ƠNG TRÌNH KHOA HỌC .67 PHỤ LỤC 68 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 71 iii ... ưu yếu tố đến trình xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 Đánh giá hiệu xử lý nước thải thuốc trừ sâu cơng nghệ Fenton điện hóa xúc tác Fe3O4/Mn3O4 1.4.3... tục nghiên cứu kỹ chế trình xử lý nước thải thuốc trừ sâu Fenton điện hóa với xúc tác Fe3O4/Mn3O4 thơng qua việc phân tích sản phẩm trung gian hình thành trình xử lý với nước thải thuốc trừ sâu. .. 60520320 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỐC TRỪ SÂU BẰNG CÔNG NGHỆ FENTON ĐIỆN HÓA XÚC TÁC Fe3O4/Mn3O4 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ❖ Điều chế, biến tính vật liệu xúc tác Fe3O4/Mn3O4 phương