Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính colvazoi yellow lc 3rn bằng hệ fenton cải tiến fe(iii) oxalat h2o2 ánh sáng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA HĨA LÊ THỊ NHƯ HỒI Đề tài: NGHIÊN CỨU CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC – 3RN BẰNG HỆ FENTON CẢI TIẾN FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng – 05/ 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG KHOA HÓA Đề tài: NGHIÊN CỨU CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC – 3RN BẰNG HỆ FENTON CẢI TIẾN FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực : Lê Thị Như Hoài Lớp : 12CHP Giáo viên hướng dẫn : TS Bùi Xuân Vững Đà Nẵng – 05/2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Như Hoài Lớp : 12CHP Tên đề tài: Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời Nguyên liệu, dụng cụ thiết bị - Nguyên liệu: Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai – Lâm Đồng, bột thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN lấy từ nhà máy dệt nhuộm Hòa Khánh – Đà Nẵng - Dụng cụ: bình tam giác, bình định mức, ống đong, pipet loại, buret, cốc, phễu, đũa thủy tinh, nắp kính đồng hồ - Thiết bị: bếp cách thủy, máy đo pH Branson (Anh), cân phân tích Precisa (Đức), máy quang phổ UV – VIS Lambda 25 – Perkin Elmer (USA), tủ sấy, tủ hút - Hóa chất: Fe2(SO4)3, H2C2O4.2H2O, H2SO4 đậm đặc 98%, H2O2 30%, KMnO4, NaOH, C2H5OH 96°, 1,10 – phenalthroline, NH4OCl, HNO3, HClO4, HCl, Nước cất, CH3COONH4 Nội dung nghiên cứu - Phân tích, xác định hàm lượng sắt có bùn đỏ - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chiết sắt bùn đỏ sau trung hòa axit H2C2O4 như: nhiệt độ, thể tích axit, thời gian, sử dụng máy quang phổ UV – VIS - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình xử lý Fenton cải tiến như: pH, thời gian phản ứng, nồng độ H2O2, nồng độ Fe3+ Giáo viên hướng dẫn: TS Bùi Xuân Vững Ngày giao đề tài: 10/ 08/ 2015 Ngày hoàn thành: 27/ 04/ 2016 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa, ngày tháng năm 2016 Kết điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Được phân cơng Khoa Hóa trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đồng ý thầy giáo hướng dẫn TS Bùi Xuân Vững thực đề tài: “Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC-3 RN hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2 /Ánh sáng mặt trời” Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS Bùi Xuân Vững tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Chủ Nhiệm khoa tồn thể thầy giáo Khoa Hóa dạy dỗ tạo điều kiện giúp tơi nghiên cứu, thực khóa luận Mặc dù thân có nhiều cố gắng, với thực tiễn cịn hạn chế nên báo cáo khóa luận khơng tránh khỏi sai sót Rất mong quan tâm đóng góp ý kiến nhiệt tình q thầy để báo cáo tơi hồn thiện Cuối cùng, kính chúc q Thầy, Cơ dồi sức khỏe thành công nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày …… tháng … năm 2016 Sinh viên thực Lê Thị Như Hoài MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP DỆT NHUỘM .5 1.1.1 Khái quát ngành công nghiệp dệt nhuộm 1.1.2 Khái quát thuốc nhuộm .5 1.1.3 Phân loại thuốc nhuộm 1.1.4 Các tác động môi trường thuốc nhuộm 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM DO THUỐC NHUỘM 11 1.2.1 Phương pháp sinh học 11 1.2.2 Phương pháp điện hóa 11 1.2.3 Phương pháp hóa lý .11 1.2.4 Phương pháp hóa học 14 1.2.5 Quá trình oxy hóa nâng cao 15 1.3 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ UV – VIS .21 1.3.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp 21 1.3.2 Cấu tạo máy quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS 22 1.3.3 Các phương pháp định lượng 23 1.3.4 Các điều kiện tối ưu hóa 24 1.4 TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ 24 1.4.1 Khái quát bùn đỏ .24 1.4.2 Công nghệ Bayer 24 1.4.3 Thành phần tác hại bùn đỏ 25 1.4.4 Thực trạng thải bùn đỏ giới Việt Nam 27 1.4.5 Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ xử lý nước 27 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT 29 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 29 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 29 2.2 TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM .30 2.2.1 Phương pháp nghiên cứu .30 2.2.1.1 Phương pháp xử lý bùn đỏ 30 2.2.1.2 Phương pháp chuẩn bị hóa chất 30 2.2.1.3 Phương pháp đánh giá hiệu xử lý .30 2.2.2 Xác định hàm lượng Fe2O3 mẫu bùn đỏ 31 2.2.3 Xây dựng đường chuẩn Fe(III) – Oxalat .32 2.2.4 Khảo sát trình chiết sắt từ bùn đỏ 32 2.2.5 Khảo sát trình xử lý Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời với phức sắt oxalat chiết từ bùn đỏ .33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA BÙN ĐỎ 35 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ 36 3.2.1 Xây dựng đường chuẩn phức Fe(III) - oxalat 36 3.2.2 Kết khảo sát điều kiện tối ưu cho trình chiết sắt từ bùn đỏ 37 3.2.2.1 Kết khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat 37 3.2.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến trình chiết phức sắt oxalat 38 3.2.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến trình chiết phức sắt oxalat 39 3.2.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến trình chiết phức sắt oxalat 40 3.2.2.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến q trình chiết phức sắt oxalat 42 3.3 KẾT QUẢ XỬ LÝ HỆ FENTON FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI VỚI FE(III) – OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN ĐỎ .43 3.3.1 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm 43 3.3.2 Kết khảo sát điều kiện tối ưu cho trình xử lý thuốc nhuộm Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời 44 3.3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 44 3.3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng 45 3.3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) – Oxalat 47 3.3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 KẾT LUẬN 52 1.1 Thành phần hóa học bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng .52 1.2 Quá trình chiết phức sắt oxalat 52 1.3 Quá trình Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời 52 KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ứng dụng thuốc nhuộm loại vải .9 Bảng 1.2 Các mức độ sử dụng hết trung bình 10 Bảng 1.3 Phân loại hấp phụ 13 Bảng 1.4 Thế oxy hóa số tác nhân oxy hóa thường gặp 16 Bảng 1.5 Các q trình oxy hóa nâng cao khơng nhờ tác nhân ánh sáng 17 Bảng 1.6 Các q trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng 18 Bảng 1.7 Thành phần hóa học bùn đỏ .26 Bảng 3.1 Giá trị nồng độ sắt mẫu bùn 35 Bảng 3.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) – Oxalat 36 Bảng 3.3 Khảo sát ảnh hưởng trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt oxalat 37 Bảng 3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến trình chiết sắt oxalat 38 Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến trình chiết sắt oxalat .39 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến trình chiết sắt oxalat 40 Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit đến q trình chiết sắt oxalat 42 Bảng 3.8 Số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm .43 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu 44 Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu 46 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu .47 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ chế phản ứng xoay vịng hệ ánh sáng mặt trời 21 Hình 1.2 Đồ thị chuẩn A – C cách xác định nồng độ từ Ax đo 23 Hình 3.1 Đồ thị đường chuẩn sắt tổng .35 Hình 3.2 Đồ thị đường chuẩn nồng độ Fe(III) – Oxalat 36 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng trình tự chiết đến hiệu suất chiết sắt 37 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian đun đến hiệu suất chiết sắt oxalat 38 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đun đến hiệu suất chiết sắt oxalat 39 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian ngâm đến hiệu suất chiết sắt oxalat 41 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích axit đến hiệu suất chiết sắt oxalat 42 Hình 3.8 Bùn đỏ trước sau chiết sắt 43 Hình 3.9 Đồ thị đường chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN 44 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm 45 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm 46 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm .48 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm 49 Hình 3.14 Màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN trước sau xử lý Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời 51 Hiệu suất (%) 95 90 85 80 75 70 65 60 55 18 19 20 21 22 23 24 Thời gian ngâm (h) Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian ngâm đến hiệu suất chiết sắt oxalat Nhận xét: Trong q trình chiết sắt phải có thời gian ngâm để làm cho trình chiết đạt đến trạng thái ổn định, lượng sắt tạo phức với axit oxalic tối đa Qua Bảng 3.6 Hình 3.6 cho thấy, thời gian ngâm 21h lượng phức tạo thành ổn định Do đó, chọn thời gian ngâm 21h để khảo sát yếu tố Giải thích: Để cho q trình chiết xảy hồn tồn, cần có thời gian cho phức oxalat ổn định Vì thời gian lâu lượng phức sắt tạo thành lớn hiệu suất chiết cao Tuy nhiên thời gian lâu, lượng phức ổn định hiệu suất giảm 41 3.2.2.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến trình chiết phức sắt oxalat Kết ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến q trình chiết sắt oxalat thể Bảng 3.7 Tiến hành pha loãng 10 lần mẫu trước đo quang Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit đến trình chiết sắt oxalat Thời gian Nhiệt độ Thời gian Thể tích Mật độ H2 C O4 Nồng độ Fe(III)- Oxalat Hiệu suất đun (h) đun (°C) ngâm (h) 90 21 40 0.2694 240032.69 81.55 90 21 45 0.2812 250749.25 85.19 90 21 50 0.3001 267913.90 91.03 90 21 55 0.3274 292707.29 99.45 90 21 60 0.2992 267096.54 90.75 quang A (ml) (ppm) chiết (%) Hiệu suất (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 35 40 45 50 55 60 65 VH2C2O4 (ml) Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích axit đến hiệu suất chiết sắt oxalat Nhận xét: Qua Bảng 3.7 Hình 3.7 cho thấy thể tích dung dịch axit oxalic 1M 55ml khả tạo phức axit oxalic với sắt bùn đỏ tốt Giải thích: Nồng độ phức sắt oxalat chiết tỉ lệ với lượng phối tử oxalat thêm vào thêm nhiều axit hiệu suất chiết tăng (99.45%) Nhưng 42 lượng axit cho vào lớn tạo phức với lượng sắt cố định bùn đỏ nên hiệu suất khơng tăng Hình 3.8 Bùn đỏ trước sau chiết sắt 3.3 KẾT QUẢ XỬ LÝ HỆ FENTON FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI VỚI FE(III) – OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN ĐỎ 3.3.1 Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm Sau thực qt tìm bước sóng tối ưu máy đo quang UV – VIS Lambda 25, dãy dung dịch thuốc nhuộm đo bước sóng 420.8 nm Kết số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm STT Nồng độ thuốc nhuộm (ppm) Mật độ quang A 20 40 60 80 100 0.3355 0.6268 0.9645 1.2090 1.4713 43 1.6 y = 0.0147x + 0.0311 R² = 0.997 mật độ quang 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 20 40 60 C(ppm) 80 100 120 Hình 3.9 Đồ thị đường chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN Phương trình đường chuẩn: y = 0.0147x + 0.0311; R = 0.997 Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định nồng độ thuốc nhuộm dung dịch sau xử lý tính hiệu suất xử lý màu 3.3.2 Kết khảo sát điều kiện tối ưu cho trình xử lý thuốc nhuộm Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời 3.3.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu trình bày Bảng 3.9 Bảng 3.9 Ảnh hưởng pH đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu Nồng độ sau phản ứng Hiệu suất xử lý (ppm) màu (%) 0.0447 0.925 99.54 0.0421 0.748 99.63 0.0396 0.578 99.71 0.0429 0.803 99.60 0.0588 1.884 99.06 pH Mật độ quang A 44 99.8 Hiệu suất (%) 99.6 99.4 99.2 99 pH Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng pH đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Nhận xét: Từ kết Hình 3.10 cho thấy phân hủy màu tăng cao pH tăng từ đến sau giảm xuống pH > 5, hiệu suất phân hủy màu tốt pH Giải thích: pH = – phức sắt oxalat dạng FeIII(C2O4)2- FeIII(C2O4)33tăng, phức phản ứng với H2O2 với tốc độ nhanh gấp – lần so với Fe2+ nên hiệu suất tăng dần Ở pH cao (pH > 5) Fe(II) Fe(III) tồn nhiều dạng Fe(II) – OH Fe(III) – OH tạo kết tủa với OH- làm cho tính quang hoạt giảm, lúc hiệu suất tạo Fe2+ giảm nên hiệu suất khử màu giảm rõ rệt [8] Như vậy, xử lý thuốc nhuộm Fenton Fe(III) – Oxalat có hiệu cao khoảng pH = – (so với Fenton cổ điển pH = – 4), xử lý điều kiện tiết kiệm hóa chất  Như chọn điều kiện pH = để khảo sát trình 3.3.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu trình bày Bảng 3.10 45 Bảng 3.10 Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu Thời gian Mật độ quang A (phút) Nồng độ sau phản ứng Hiệu suất xử lý (ppm) màu (%) 30 0.3343 20.626 89.69 45 0.0393 0.558 99.72 60 0.0459 1.007 99.49 75 0.0504 1.313 99.34 90 0.1505 8.122 95.94 Hiệu suất (%) 102 100 98 96 94 92 90 88 20 40 60 t (phút) 80 100 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Nhận xét: Dựa vào Bảng 3.10 Hình 3.11 ta thấy trình xử lý Fenton oxalat đạt hiệu suất cao từ khoảng 30 phút đến 75 phút (thời gian phản ứng cao hệ Fenton thường) Hiệu suất đạt cao cho phản ứng 45 phút Giải thích: Khi cho phức Fe (III) – oxalat pH = thường tồn Fe3+ dạng phức FeIII(C2O4)2- FeIII(C2O4)33- có tính quang hoạt cao chúng phải thực phản ứng sau để chuyển Fe2+: FeIII(C2O4)2- + h७  Fe2+ + C2O42- + C2O4-· 46 FeIII(C2O4)33- + h७  Fe2+ + 2C2O42- + C2O4-· Fe2+ + 3C2O42- + H2O2  FeIII(C2O4)33- + OH- + OH· Do hiệu suất xử lý màu tăng thời gian tăng Nhưng thời gian lâu (quá 75 phút) xảy phản ứng sau làm giảm lượng HO· tạo thành nên hiệu suất giảm theo: H2O2 + OH·  HO2· + H2O C2O42- + OH·  2CO2 + OHC2O4-· + O2  2CO2 + O2-· Fe2+ + O2-·  Fe3+ + H2O2  Vậy chọn thời gian phản ứng 45 phút để khảo sát trình 3.3.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) – Oxalat Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu trình bày Bảng 3.11 Bảng 3.11 Ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu Nồng độ Fe(III) – Oxalat Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng Hiệu suất xử lý (ppm) màu (%) (ppm) 400 0.5121 32.721 83.64 600 0.3251 20.000 90.00 800 0.3072 18.782 90.61 1000 0.0317 0.041 99.98 1200 0.1166 5.816 97.09 47 102 100 Hiệu suất (%) 98 96 94 92 90 88 86 84 82 300 500 700 900 1100 1300 nồng độ phức (ppm) Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Nhận xét: Các kết Hình 3.12 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu có xu hướng tăng tăng nồng độ phức Fe(III) – Oxalat tăng từ 400ppm đến 1000ppm đạt giá trị cao nồng độ phức sắt 1000ppm (99.98%) Giải thích: Phức sắt oxalat không tăng hiệu suất lượng tử cho khử Fe3+ vùng UV mà mở rộng dải hấp thụ vào vùng khả kiến làm cho hấp thụ chiếu xạ tăng Dưới điều kiện chiếu xạ, phức FeIII(C2O4)33- chuyển ion Fe3+ Fe2+ cách hiệu Ion Fe2+ sinh phản ứng với H2O2 để hình thành gốc HO· Kết số lượng gốc HO· tăng lên, hiệu suất phân hủy tăng lên Thêm vào đó, điều kiện chiếu xạ FeIII(C2O4)33- cịn tạo H2O2 dung dịch phản ứng cung cấp thêm nguồn H2O2 để tiếp tục trình Fenton mặt trời [22], [23] Tuy nhiên lượng H2O2 sinh không nhiều FeIII(C2O4)33- + h७  Fe2+ + 2C2O42- + C2O4-· C2O4-· + O2  CO2 + CO2-· C2O4-· + O2  2CO2 + O2-· Hoặc CO2-· + O2  2CO2 + O2-· O2-· + 2H+  O2 + H2O2 Nhưng tăng lên 1000ppm hiệu xử lý khơng đáng kể 48 phần Fe3+ gây keo tụ, phần tiêu tốn HO∙ sinh phản ứng sau: C2O42- + HO∙  CO2 + CO2-· + OH Vì chọn nồng độ phức sắt oxalat 1000ppm để khảo sát cho trình nghiên cứu 3.3.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu trình bày Bảng 3.12 Bảng 3.12 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang hiệu suất xử lý màu Nồng độ H2O2 (M) Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng Hiệu suất xử lý (ppm) màu (%) 0.1 0.0390 0.537 99.73 0.3 0.0380 0.469 99.77 0.5 0.0360 0.333 99.83 0.7 0.1030 4.891 97.55 0.9 0.2115 12.272 93.86 101 Hiệu suất (%) 100 99 98 97 96 95 94 93 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 [H2O2] (M) Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm 49 Nhận xét: Kết từ Hình 3.13 cho thấy việc tăng nồng độ H2O2 0.1M đến 0.5M làm hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 99.83% sau 45 phút xử lý Tuy nhiên giá trị nồng độ tăng 0.5M hiệu suất bắt đầu giảm Giải thích: tăng nồng độ H2O2 gốc HO· tạo nhiều theo phản ứng sau: FeIII(C2O4)33- + h७  Fe2+ + 2C2O42- + C2O4-· C2O4-·  CO2 + CO2-· FeIII(C2O4)33- + CO2-·  Fe2+ + 2C2O42- + CO2 Tổng hợp phản ứng thành: 2FeIII(C2O4)33- + h७  Fe2+ + 5C2O42- + CO2 Fe2+ sinh thực phản ứng Fenton tạo HO· theo phản ứng: Fe2+ + H2O2 + C2O42-  FeIII(C2O4)33- + OH- + HO· Nhưng lượng H2O2 tăng cao có phản ứng H2O2 với gốc HO· vừa sinh theo phản ứng [18]: HO· + H2O2  H2O + HO2· Gốc HO2· làm giảm gốc HO· theo phương trình: HO· + HO2·  H2O + O2 Kết lượng HO· giảm hệ thống phản ứng, từ độ phân hủy tăng lên khơng đáng kể Ngồi ra,việc dư H2O2 nhiều vừa khơng kinh tế vừa ảnh hưởng đến mơi trường  Vì nồng độ H2O2 phù hợp nghiên cứu 0.5M 50 Hình 3.14 Màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN trước sau xử lý Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài “Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời” rút số kết luận sau: 1.1 Thành phần hóa học bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng Theo kết phân tích, hàm lượng Fe2O3 có bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng Fe2O3 : 42.05% 1.2 Quá trình chiết phức sắt oxalat Quá trình chiết sắt (III) oxalat tối ưu cho 1.000g bùn đỏ sau trung hòa axit HCl 0.1M vào 55ml axit oxalic H2C2O4 1M đun bếp cách thủy 90°C thời gian 2h ngâm 21h, hiệu suất lượng sắt bùn chiết dạng phức sắt oxalat 99.45% 1.3 Quá trình Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời Điều kiện tốt cho việc xử lý màu thuốc nhuộm ánh sáng mặt trời pH = 4, nồng độ H2O2 0.5M, nồng độ FeIII(C2O4)33- 1000ppm, hiệu suất phân hủy màu đạt giá trị 99.83% KIẾN NGHỊ Nghiên cứu góp phần tận dụng phế thải bùn đỏ công nghiệp sản xuất nhôm(Alumin) từ quặng bauxite để xử lý nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm, đặc biệt tận dụng hiệu nguồn lượng mặt trời góp phần giải tình trạng lượng ngày cạn kiệt tiết kiệm nhiều chi phí xử lý Chất xúc tác Fenton hệ Fe(III) – Oxalat có chi phí thấp, khoảng pH xử lý hiệu rộng so với q trình Fenton thơng thường, tiết kiệm nhiều hóa chất 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cao Hữu Trượng, Hồng Thị Lĩnh, Hóa học thuốc nhuộm,Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1995 [2] Bùi Xuân Vững, Giáo trình phương pháp oxy hóa nâng cao, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2015 [3] Hoàng Thị Thu Thảo, Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm xanh metylen bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2013 [4] Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm, Cục Thẩm định Đánh giá tác động môi trường, Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên Môi trường, Hà Nội, 2008 [5] Huỳnh Thị Hà Duy, Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý nước thải dệt nhuộm sau hấp phụ hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2015 [6] Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, nhà cuất giáo dục, 2003 [7] Nguyễn Thị Hường, Bài giảng xử lý nước thải, Khoa Hóa, Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2016 [8] Nguyễn Thị Kim Yến, Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy thuốc trừ sâu Diazin tác nhân (Fenton UV) Fe2+/ UV/ H2O2, Fe(III) oxalate/ H2O2, luận văn Thạc sĩ khoa học, Đại học Đà Nẵng, 2012 [9] Nguyễn Trung Minh, Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bauxit Bảo Lộc định hướng ứng dụng xử lý ô nhiễm nước thải, Tạp chí Khoa học Trái Đất, 2011 [10] Tài liệu Hướng dẫn sản xuất ngành dệt nhuộm, Viện Khoa học Công nghệ Môi trường, Bộ Công thương, 2008 [11] Tài liệu hướng dẫn sử dụng hóa chất, Tiến sĩ Dieter Sedlak ( ngành Hóa) [12] Thái Hữu Thịnh, Cơng nghệ luyện nhơm, Tạp chí Khoa học – Công nghệ 53 Nghệ An, số 7, 2014 [13] Trần Mạnh Lục, Hóa học hệ phân tán keo, Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2012 [14] Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, Các q trình oxy hóa nâng cao xử lý nước nước thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [15] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [16] Phạm Thị Hà, Giáo trình phương pháp phân tích quang học, Đại học Sư phạm Đà Nẵng,2008 Tiếng Anh [17] Anna Goi, Advanced oxidation processes for water purification and soil remediation, Faculty of Chemical and Materials Technology, Department of Chemical Engineering [18] Degradation of Orange G Induced by Fe(III)-Oxalate Complex in Irradiated Solution, XIAOXIA OU * , FENGJIE ZHANG, CHONG WANG and WUYUNNA College of Environment and Resource, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, P.R China [19] Huaili Zheng, Yunxia Pan, Xinyi Xiang, Oxydation of acidic dye Eosin Y by the solar photo – Fenton processes, Journal of Hazardous Materials, Volume 141, Issue 3, 2007 [20] Hzhou, D.W.Smith, Advanced technologies in water and wastewater treatment, J.Environ Eng.Sci, 2002 [21] J.Jeong, J Yoon, Dual roles of CO2•- for degrading synthetic organic chemmicals in the photo/ferrioxalat systems, Water reasearch, 3531-3540, 2004 [22] Joonseon Jeong, Jeyong Yoon, pH effect on OH radical production in photo/ferrioxalat system, Water research, 23(9), 1073-1080, 2005 [23] L Q Huy, Research on alum extraction from the waste mud of BaoLoc Bauxite ore to produce flocculation for waste water treatment, 11th Conference of Science and Technology-HCMUT, 2009 54 [24] Malay Chaudhuri, Haii Zuhali and Augustine Chioma Affam, Degradation of Pesticide Chlorothalonil by Visible Light-Responsive Photocatalyst Ferrioxalat and H O under Solar Irradiation, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, Article ID 435017, 2013 [25] Marianne E Balmer and Barbara Sulzberger, Atrazine degradation in Irradiated Ion/Oxalat system: Effects of pH and oxalat, Environment Science and Technology,1999 [26] V.K Gupta, Suhas, I Ali, and V.K Saini, Removal of rhodamine B, fast green, and methylene blue from wastewater using red mud, an aluminum industry waste, Industrial Engineering Chemistry Research, 43(7), pp, 2004 [27] Xiaoli Dong, Wei Ding, Xiufang Zhang, Ximiao Liang, Mechanism and kinetics model of synthetic dyes by UV-Vis/H O /Ferrioxalat complexes, Dyes and Pigments, 74, pp, 2007 Trang web [28].http://www.asianjournalofchemistry.co.in/User/ViewFreeArticle.aspx?ArticleI D=24_8_3 [29] http://hoachatnhuomvai.com/nguon-goc-ra-doi-thuoc-nhuom-vai/ [30].http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-thiet-ke-he-thong-xu-ly-nuoc-thai-detnhuom-9263/ [31] http://vi.wikipedia.org/wiki/bùn_đỏ [32].http://vneconomy.vn/the-gioi/tham-hoa-bun-do-tai-hungary-bai-hoc-cay-dang20101009025241262.htm [33].https://voer.edu.vn/m/khai-quat-ve-xuat-khau-hang-det-may-o-viet-nam-vavai-tro-cua-no-doi-voi-nen-kinh-te/ebe05f9f [34] https://vi.wikipedia.org/wiki/B%C3%B9n_%C4%91%E1%BB%8F 55 ... cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ Ánh sáng mặt trời? ?? Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu trình chiết sắt. .. NẴNG KHOA HÓA Đề tài: NGHIÊN CỨU CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC – 3RN BẰNG HỆ FENTON CẢI TIẾN FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP... Lớp : 12CHP Tên đề tài: Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời Nguyên liệu, dụng