Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 29-32 Động học q trình khử màu Reactive Blue 21 axít Peracetic Lê Văn Chiều* Ban quản lý dự án, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội Nhận ngày 10 tháng năm 2017 Chỉnh sửa ngày 19 tháng năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 22 tháng năm 2017 Tóm tắt: Tốc độ khử màu Reactive Blue 21 axít peracetic dung dịch khảo sát pH = 6,0 Các thí nghiệm thực với nồng độ axít peracetic khoảng ÷ mM Diễn biến phản ứng theo dõi thông qua đo biến thiên độ hấp thụ quang bước sóng hấp thụ cực đại Reactive Blue 21 660 nm Kết nghiên cứu cho thấy màu thực qua hai chế phản ứng không xúc tác phản ứng tự xúc tác Trên sở dự liệu thực nghiệm, mô hình động học bậc hai đề xuất cho hai phản ứng Từ khóa: Reactive Blue 21, Axít peracetic, động học, xúc tác, xử lý màu Tổng quan hóa màu hiệu thân thiện mơi trường, đề tài đánh giá khả khử màu Reactive Blue 21 (RB21) axít peracetic (PAA) Xử lý màu nước thải nói chung màu dệt nhuộm nói riêng hướng nghiên cứu quan tâm giới Nhiều phương pháp nghiên cứu hấp phụ, keo tụ - tạo bơng, keo tụ điện hóa, trao đổi ion, lọc thẩm thấu ngược, xử lý sinh học, ôxi hóa hóa học, ơxi hóa tiên tiến[1, 2] Nước thải dệt nhuộm có thành phần nhiễm tương đối đa dạng bao gồm cặn lơ lửng, kim loại nặng, chất màu bền, chất hữu cơ, pH cao [3] Do đó, hệ xử lý nước thải dệt nhuộm thường tổ hợp phương pháp tiền xử lý, xử lý chính, sau xử lý Đến nay, xử lý sinh học áp dụng phổ biến để xử lý nước thải dệt nhuộm Tuy nhiên, phương pháp chưa xử lý triệt để độ màu nên cần thêm giải pháp ơxi hóa để phá màu bền vững Nhằm tìm kiếm chất ơxi Phương pháp nghiên cứu Phản ứng RB21 PAA thực dung dịch với thể tích L có khuấy từ pH = 6,0 nhiệt độ 25 ± oC Nồng độ PAA khảo sát khoảng đến mM Nồng độ màu ban đầu khoảng 25 mg/L Tốc độ màu theo dõi thông qua đo biến thiên hấp thụ quang RB21 bước sóng 660 nm Trong nghiên cứu, màu RB21 sử dụng có nguồn gốc từ Trung Quốc có độ tinh khiết 95 % PAA điều chế trực tiếp phịng thí nghiệm từ phản ứng CH3COOH đặc với H2O2 (30 %) theo tỉ lệ thể tích 1,5: theo phản ứng sau: CH3COOH + H2O2 = CH3COOOH + H2O _ ĐT.: 84-904119229 Email: lechieu@vnu.edu.vn https://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.4106 29 30 L.V Chiều / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 29-32 1,0 mM 30 1,5 mM 2,0 mM 2,5 mM 25 Nồng độ màu, mg/L 3,0 mM 20 15 10 R-SO2NHC6H4SO2CH2CH2OSO3Na Hình Cơng thức cấu tạo RB21 [4] PAA hình thành có nồng độ 2,1 M xác định phương pháp chuẩn độ iốt ngược nhiệt độ < -10 oC Trong nghiên cứu, màu RB21 sử dụng có nguồn gốc từ Trung Quốc có độ tinh khiết 95 % PAA điều chế trực tiếp phịng thí nghiệm từ phản ứng CH3COOH đặc với H2O2 (30 %) theo tỉ lệ thể tích 1,5: theo phản ứng sau: CH3COOH + H2O2 = CH3COOOH + H2O PAA hình thành có nồng độ 2,1 M xác định phương pháp chuẩn độ iốt ngược nhiệt độ < -10 oC Kết thảo luận 3.1 Tốc độ khử màu theo thời gian Dung dịch PAA điều chế có chứa H2O2, nên trước đánh giá hiệu khử màu PAA, thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng H2O2 thực Sau 120 phút phản ứng, cường độ màu gần khơng đổi kết luận có mặt H2O2 dung dịch PAA khơng đóng góp vào q trình khử màu Tốc độ khử màu RB21 khảo sát với nồng độ PAA khác khoảng đến mM Kết biến thiên nồng màu theo thời gian trình bày hình 50 100 150 Thời gian, phút Hình Tốc độ khử màu RB21 với nồng độ PAA khác pH = Hình thể rõ tốc độ khử màu tăng nồng độ PAA tăng Điều hoàn toàn phù hợp với quy luật động học phản ứng Tuy nhiên, với phản ứng thơng thường (khơng có yếu tố tự xúc tác), tốc độ phản ứng (thể độ dốc đường cong động học) giảm dần theo thời gian Hình lại cho thấy tốc độ phản ứng tăng khoảng thời gian 40 đến 100 phút (thời gian cụ thể phụ thuộc vào nồng độ đầu PAA) Vì vậy, phản ứng RB21 PAA có tượng tự xúc tác hay sản phẩm xúc tác cho phản ứng Công thức cấu tạo RB21 có nguyên tử Cu2+, ion có khả giải phóng sau phản ứng để đóng vai trị tác nhân xúc tác 3.2 Mơ hình động học trình màu Với biện luận trên, trình khử màu giả thiết xảy theo hai hướng phản ứng khử màu không xúc tác tự xúc tác có quy luật động học bậc hai Trong đó, phản ứng tự xúc tác phụ thuộc bậc vào nồng độ chất màu bậc vào nồng độ sản phẩm (Cu2+) Phương trình tốc độ màu tổng biểu diễn sau: d M (1) r k PAAM k ' M Cu dt Trong đó: [M] nồng độ chất màu Các số tốc độ phản ứng bậc hai k k' tối ưu từ số liệu động học sử dụng lệnh solver excel với cách tính tốn sau: L.V Chiều / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 29-32 M k PAAM k ' M Cu 2 t hay: (2) 1,5 mM 2,0 mM 2,5 mM 25 3,0 mM 20 15 10 M (k PAAM k ' M Cu )t (3) b) Trong bước mô phỏng, nồng độ PAA coi không đổi Biến thiên nồng độ màu bước thứ i tính tốn theo nồng độ bước thứ (i -1) sau: 1,0 mM 30 Nồng độ màu, mg/L a) Chia thời gian phản ứng thành bước mơ nhỏ nối tiếp có khoảng thời gian Δt = phút Với bước, phương trình vi phân (1) trở thành: 31 M (k PAAM k ' M Cu )t (4) c) Cho hai giá trị k k’ bất kỳ, tính tốn lý thuyết biến thiên nồng độ màu theo thời gian theo phương trình (4) d) Tối ưu giá trị k k’ lệnh Solver cho sai số giá trị lý thuyết kết đo thực nghiệm nhỏ Kết tối ưu giá trị k k’ nồng độ PAA khác cho bảng Các số k k' bảng sử dụng để mô tốc độ màu với nồng độ PAA khác Kết mơ trình bày hình với số liệu thực nghiệm Dữ liệu tính tốn phù hợp với thực nghiệm Như vậy, mơ hình phản ứng đồng thời theo hai chế không xúc tác tự xúc tác mơ tả tốt q trình màu xảy hệ phản ứng RB21 PAA Bảng Giá trị số tốc độ phản ứng k k' [PAA], mM 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Giá trị trung bình k, x 103 1,21 1,26 1,87 1,93 1,87 1,63 k' 1,11 1,07 0,98 0,62 0,93 0,94 50 100 150 Thời gian, phút Hình Kết mơ tốc độ màu RB21 sử dụng mơ hình tự xúc tác Kết luận Nghiên cứu đánh giá khả khử màu dung dịch Reactive Blue 21 axit peracetic pH = nhiệt độ 25 ± oC Các kết thực nghiệm PAA có hiệu khử màu RB21 tốt, tiền chất tạo PAA H2O2 khơng có khả khử màu Động học màu RB21 PAA chứng minh xảy đồng thời theo hai chế không xúc tác tự xúc tác Hai phản ứng xảy theo quy luật động học bậc hai Các số tốc độ bậc hai k k' tối ưu từ số liệu thực nghiệm có giá trị trung bình k = 1,63 x 10-3 mM-1phút-1 k' = 0,94 mM-1phút-1 Tài liệu tham khảo [1] V K Gupta; S Khamparia; I.Tyagi; D Jaspal; A Malviya, Decolorization of mixture of dyes: A critical review, Global J Environ Sci Manage., (1) (2015) 71 [2] Siew-Teng Ong, Pei-Sin Keng, Weng-Nam Lee, Sie-Tiong Ha, Yung-Tse Hung, Dye Waste Treatment, Water, (2011) 157 [3] Srebrenkoska Vineta, Zhezhova Silvana, Risteski Sanja, Saska Golomeova, Methods for waste waters treatment in textile industry, International scientific conference, November 2014, Gabrovo [4] Maria Cristina Silva, Angelita Duarte Corrêa, Maria Teresa Sousa Pessoa Amorim, Píer Parpot Juliana Arriel Torres, Pricila Maria Batista Chagas, Decolorization of the phthalocyanine dye reactive blue 21 by turnip peroxidase and assessment of its oxidation products, Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic 77 (2012) 32 L.V Chiều / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất Môi trường, Tập 33, Số (2017) 29-32 Kinetics of Reactive Blue 21 Decolorization Using Peracetic Acid Le Van Chieu VNU Project Management Department, 144 Xuan Thuy, Cau Giay, Hanoi, Vietnam Abstract: Decolorization rate of Reactive Blue 21 by peracetic acid in aqueous solutions was measured at pH 6.0 Concentrations of peracetic acid were applied in the range of - mM The reaction kinetics were monitored by recording the light absorption of the Reactive Blue 21 at 660 nm The obtained results showed that the decolorization happened via non-catalytic and auto-catalytic reactions Both the reactions were proposed to obey the second-order rate law Keywords: Reactive Blue 21, peracetic acid, kinetics, catalyst, decolorization ... vào q trình khử màu Tốc độ khử màu RB21 khảo sát với nồng độ PAA khác khoảng đến mM Kết biến thiên nồng màu theo thời gian trình bày hình 50 100 150 Thời gian, phút Hình Tốc độ khử màu RB21 với... tốc độ màu RB21 sử dụng mơ hình tự xúc tác Kết luận Nghiên cứu đánh giá khả khử màu dung dịch Reactive Blue 21 axit peracetic pH = nhiệt độ 25 ± oC Các kết thực nghiệm PAA có hiệu khử màu RB21 tốt,... Công thức cấu tạo RB21 có nguyên tử Cu2+, ion có khả giải phóng sau phản ứng để đóng vai trị tác nhân xúc tác 3.2 Mơ hình động học trình màu Với biện luận trên, trình khử màu giả thiết xảy theo