Nghiên cứu quá trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu của thuốc nhuộm hoạt tính colvazoi yellow lc 3rn bằng phương pháp fenton hệ fe(iii) – oxalath2o2 ánh sáng mặt trời

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA - TRẦN THỊ NGA Đề tài: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU CỦA THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC - 3RN BẰNG PHƢƠNG PHÁP FENTON HỆ FE (III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Đà Nẵng, 04 / 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KHOA HÓA Đề tài: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU CỦA THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC - 3RN BẰNG PHƢƠNG PHÁP FENTON HỆ FE (III) – OXALAT/H2O2/ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC Sinh viên thực : Trần Thị Nga Lớp : 12CHP Giáo viên hƣớng dẫn: TS Bùi Xuân Vững Đà Nẵng, 04 / 2016 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐHSP KHOA HÓA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Thị Nga Lớp: 12CHP Tên đề tài: Nghiên cứu trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN phƣơng pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H2O2/Ánh sáng mặt trời Nguyên liệu, dụng cụ, thiết bị hóa chất - Nguyên liệu: + Bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai – Lâm Đồng + Thuốc nhuộm nhà máy dệt nhuộm Hòa Khánh - Dụng cụ: + Dụng cụ thủy tinh loại + Giấy lọc + Nhiệt kế - Thiết bị: + Máy đo pH + Cân phân tích Precisa (Đức) + Máy quang phổ UV–VIS Lambda 25 + Tủ sấy - Hóa chất: + H2C2O4.2H2O (Trung Quốc) + H2O2 30% (Trung Quốc) + H2SO4 đậm đặc 98% (Trung Quốc) + KMnO4 (Trung Quốc) + Fe2(SO4)3 (Trung Quốc) + HNO3 (Trung Quốc) + HClO4 (Trung Quốc) + Nƣớc cất Nội dung nghiên cứu - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN nhƣ: khối lƣợng bùn đỏ, nồng độ H2C2O4, nồng độ H2O2, thể tích H2C2O4, thể tích H2O2, thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời, pH - Xác định hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN Giáo viên hƣớng dẫn: TS Bùi Xuân Vững Ngày giao đề tài: 10/08/2015 Ngày hoàn thành: 22/04/2016 Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016 Kết điểm đánh giá: Ngày tháng năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đƣợc phân cơng Khoa Hóa trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng, đồng ý thầy giáo hƣớng dẫn TS Bùi Xuân Vững thực đề tài: “Nghiên cứu trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC-3RN phương pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H O /Ánh sáng mặt trời” Để hồn thành khóa luận này, tơi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm – Đại học Đà Nẵng thuộc môn, ngƣời dạy dỗ, giúp đỡ bảo suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn TS Bùi Xuân Vững tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi thực khóa luận Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh nhất, song buổi đầu làm quen với cơng trình nghiên cứu, tiếp cận với thực tế cịn nhƣ hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tránh khỏi thiếu sót định mà thân chƣa thấy đƣợc Tơi mong đƣợc góp ý q Thầy, Cơ giáo bạn để khóa luận đƣợc hồn chỉnh Cuối cùng, kính chúc q Thầy, Cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Tôi xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày 22 tháng 04 năm 2016 Sinh viên thực Trần Thị Nga MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vài nét sơ lƣợc ngành công nghiệp dệt nhuộm 1.1.1 Sự phát triển ngành dệt nhuộm 1.1.2 Sơ đồ công nghệ ngành dệt nhuộm 1.1.3 Đặc tính ảnh hƣởng nƣớc thải ngành dệt nhuộm đến môi trƣờng 1.2 1.2.1 Tổng quan thuốc nhuộm công nghệ dệt nhuộm Khái quát thuốc nhuộm 1.2.2 Phân loại thuốc nhuộm 10 1.3 Các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính nƣớc thải dệt nhuộm 13 1.3.1 Phƣơng pháp hóa lý 13 1.3.2 Phƣơng pháp sinh học 16 1.3.3 Phƣơng pháp điện hóa 17 1.3.4 Phƣơng pháp hóa học .18 1.3.5 Q trình oxy hóa nâng cao Fenton 19 1.4 Tổng quan bùn đỏ 27 1.4.1 Khái quát Bauxite 27 1.4.2 Công nghệ Bayer 27 1.4.3 Thành phần tác hại bùn đỏ 28 1.4.4 Thực trạng thải bùn đỏ giới Việt Nam 29 1.4.5 Một số phƣơng pháp xử lý bùn đỏ 30 1.4.6 Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ Việt Nam giới 31 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 33 2.1 Nguyên liệu, dụng cụ hóa chất .33 2.1.1 Nguyên liệu hóa chất 33 2.1.2 Dụng cụ thiết bị nghiên cứu 33 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu .33 2.2.1 Phƣơng pháp xử lý bùn đỏ .33 2.2.2 Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng oxit sắt bùn đỏ 33 2.2.3 Phƣơng pháp chuẩn bị hóa chất .34 2.2.4 Xây dựng đƣờng chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN .35 2.2.5 Tiến hành keo tụ thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN 35 2.2.6 Phƣơng pháp đánh giá hiệu xử lý 35 2.2.7 Khảo sát trình xử lý Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H2O2/ Ánh sáng mặt trời……… 35 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 40 3.1 Hàm lƣợng oxit sắt Fe2O3 có bùn đỏ 40 3.2 Kết xây dựng đƣờng chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN .40 3.3 Kết xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính sau keo tụ 41 3.4 Kết khảo sát trình xử lý Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H2O2/ Ánh sáng mặt trời 42 3.4.1 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng bùn đỏ 42 3.4.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2C2O4 44 3.4.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2 46 3.4.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2O2 48 3.4.5 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 .50 3.4.6 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời 53 3.4.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên viết tắt Tên tiếng anh Tên tiếng Việt PAC Polymer Aluminium Chloride Poly nhôm clorua BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học AOX Adsorbable Organic halogens Hấp thụ halogen hữu ANPO Advanced Non – Photochemical Q trình oxy hóa nâng cao Process khơng nhờ tác nhân ánh sáng Advanced Photochemical Q trình oxy hóa nâng cao nhờ Process tác nhân ánh sáng TSS Total Suspended Solid Tổng cacbon hữu UV UltraViolet Vùng tử ngoại VIS Visible Vùng nhìn thấy APO BTNMT Bộ tài nguyên môi trƣờng MKN Mất nung QCVN Quy chuẩn Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các chất gây nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt nhuộm…………………………………………………………………………… Bảng 1.2 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia nƣớc thải công nghiệp dệt may……………………………………………………………………………… Bảng 1.3 Thế oxy hóa số tác nhân oxy hóa thƣờng gặp……………………20 Bảng 1.4 Phân loại q trình oxy hóa nâng cao…………………………………21 Bảng 1.5 Thành phần nguyên tố hóa học bùn đỏ……………………………… 29 Bảng 2.1 Xây dựng đƣờng chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN……… ………………………………… 35 Bảng 2.2 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng bùn đỏ……………………… 36 Bảng 2.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2C2O4……………………………… 36 Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H O …………………………… 37 Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H O …………………………… 37 Bảng 2.6 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H C O ………………………… 38 Bảng 2.7 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời…… 38 Bảng 2.8 Khảo sát ảnh hƣởng pH…………………………………………39 Bảng 3.1 Kết phân tích hàm lƣợng oxit sắt bùn đỏ……………….40 Bảng 3.2 Kết đo mật độ quang đƣờng chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN………………………………………………… 40 Bảng 3.3 Kết đo mật độ quang thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN trƣớc sau keo tụ………………………………………… 41 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng bùn đỏ…………………… 42 Bảng 3.5 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H C O …………………44 Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2……………………… 46 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2O2……………………………48 Bảng 3.8 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2C2O4…………………………50 Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời……………………………………………………………………………….53 Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH…………………………… 55 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan quy trình tạo sản phẩm may……………………………5 Hình 1.2 Sơ đồ chế phản ứng xoay vòng hệ mặt trời… ………….26 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính nồng độ thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN mật độ quang……………….…… 40 Hình 3.2 Dãy dung dịch chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN…………………………………………………………………………… 41 Hình 3.3 Thuốc nhuộm hoạt tính ban đầu sau keo tụ………………………… 41 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng khối lƣợng bùn đỏ đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN……………… 42 Hình 3.5 Khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng bùn đỏ……………………… 43 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nồng độ H C O đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN……44 Hình 3.7 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2C2O4……………………………… 45 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN…………………….47 Hình 3.9 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ H2O2………………………………… 47 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thể tích H2O2 đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN…………………….49 Hình 3.11 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2O2………………………………… 49 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN…………………….51 Hình 3.13 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2C2O4……………………………… 51 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN…………………………………………………………………………….53 Hình 3.15 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời… 54 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng pH đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN………………… 55 Hình 3.17 Khảo sát ảnh hƣởng pH……………………………………….56 Tổng hợp phản ứng thành: FeIII(C2O4)33− + hν → F e + + C O + C O − Fe 2+ đƣợc sinh làm phát sinh gốc HO∙ với phản ứng Fenton sau: Fe2+ + H2O2 + C O − → FeIII(C2O4)33− + OH− + OH∙ Khi nồng độ H O tăng cao có phản ứng H O với gốc HO∙ vừa sinh theo phản ứng: HO∙ + H O → H O + HO ∙ (k = 3,3×10 M −1 s −1 ) Gốc HO ∙ làm giảm gốc HO∙ theo phƣơng trình: HO∙ + HO ∙ → H O + O Ngoài ra, HO∙ kết hợp với để tái tạo H O HO∙ + HO∙ → H O Kết lƣợng HO∙ giảm hệ thống phản ứng, độ phân hủy màu thuốc nhuộm giảm Ngoài ra, việc dƣ H O nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh hƣởng đến mơi trƣờng.Vì vậy, nồng độ H O phù hợp nghiên cứu 2M 3.4.4 Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích H2O2 Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2O2 Cốc 100ml Khối lƣợng bùn đỏ (g) 0,7 Thuốc nhuộm hoạt tính keo tụ (ml) 50 Thể tích dd H2O2 2M (ml) 10 15 20 25 30 Thể tích dd H2C2O4 0.01M (ml) pH 3–4 Thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời (phút) Mật độ quang (D) 60 0,1775 0,1340 0,1229 0,1061 0,1257 Hiệu suất phân hủy màu (H %) 84,88 88,59 89,53 90,96 89,29 48 Ảnh hƣởng thể tích H2O2 92 91 90.96 90 H (%) 89.29 89.53 89 88.59 88 87 86 85 84.88 84 10 15 20 25 30 35 Thể tích H2O2 (ml) Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thể tích H2O2 đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN Hình 3.11 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2O2 Nhận xét: Qua Bảng 3.7 Hình 3.10 cho thấy thể tích H2O2 phù hợp nghiên cứu 25ml Giải thích: Khi tăng thể tích H2O2 từ 10ml đến 25 ml hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 90,96% sau 60 phút xử lý Tuy nhiên thể tích H2O2 tăng 25ml hiệu suất bắt đầu giảm Điều giải thích tăng thể tích H2O2 gốc HO∙ đƣợc tạo nhiều theo phƣơng trình [42]: FeIII(C2O4)33− + hν → F e + + C O − + C2O4∙− C O ∙ − → CO2∙ − + C O 49 CO2∙ − + FeIII(C2O4)33− → F e + + C O + C O − Tổng hợp phản ứng thành: FeIII(C2O4)33− + hν → F e + + C O + C O − Fe 2+ đƣợc sinh làm phát sinh gốc HO∙ với phản ứng Fenton sau: Fe2+ + H2O2 + C O − → FeIII(C2O4)33− + OH− + OH∙ Khi thể tích H O tăng cao có phản ứng H O với gốc HO∙ vừa sinh theo phản ứng [42]: HO∙ + H O → H O + HO ∙(k = 3,3×10 M ‒1 s ‒1 ) Gốc HO ∙ làm giảm gốc HO∙ theo phƣơng trình: HO∙ + HO ∙ → H O + O Ngoài ra, HO∙ kết hợp với để tái tạo H O HO∙ + HO∙ → H O Kết lƣợng HO∙ giảm hệ thống phản ứng, độ phân hủy màu thuốc nhuộm giảm Ngoài ra, việc dƣ H O nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh hƣởng đến mơi trƣờng.Vì vậy, thể tích H O phù hợp nghiên cứu 25ml 3.4.5 Kết khảo sát ảnh hưởng thể tích H2C2O4 Bảng 3.8 Kết khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 Cốc 100ml Khối lƣợng bùn đỏ (g) 0,7 Thuốc nhuộm hoạt tính keo tụ (ml) Thể tích dd H2O2 2M (ml) 50 Thể tích dd H2C2O4 0,01M (ml) pH Thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời (phút) Mật độ quang (D) Hiệu suất phân hủy màu (H %) 2,5 25 0,5 1,5 3–4 60 0,1135 0,0896 0,1228 0,1247 0,1264 90,33 92,37 89,54 89,38 89,23 50 Ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 93 92 92.37 H (%) 91 90.33 90 89.54 89.38 89.23 89 88 87 0.5 1.5 2.5 Thể tích H2C2O4 (ml) Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN Hình 3.13 Khảo sát ảnh hƣởng thể tích H2C2O4 Nhận xét: Qua Bảng 3.8 Hình 3.12 cho thấy thể tích H2C2O4 phù hợp nghiên cứu 1ml Giải thích: Khi tăng thể tích H2C2O4 từ 0,5ml đến 2,5ml hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 92,37% sau 60 phút xử lý Điều giải thích tăng thể tích H2C2O4 dẫn đến hình thành phức sắt oxalat nhanh nhiều hơn, dẫn đến tăng nồng độ HO∙ Kết hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm tăng nhanh Trong có mặt oxalat pH khoảng – 4, phức sắt (III) oxalat chiếm ƣu theo phƣơng trình sau [42]: 51 Fe3+ + C2O42− ↔ FeIII(C2O4)+ FeIII(C2O4)+ + C2O42− ↔ FeIII(C2O4)2− FeIII(C2O4)2− + C2O42− ↔ FeIII(C2O4)33− Phức sắt oxalat không tăng hiệu suất lƣợng tử cho khử Fe 3+ vùng UV mà mở rộng dải hấp thụ vào vùng khả kiến Kết hấp thụ chiếu xạ tăng lên Dƣới điều kiện chiếu xạ, Fe III (C O ) 3− chuyển ion Fe 3+ Fe 2+ cách hiệu Ion Fe 2+ sinh phản ứng với H O để hình thành gốc HO∙ Kết số lƣợng gốc HO∙ tăng lên, hiệu suất phân hủy màu tăng lên Thêm vào đó, dƣới điều kiện chiếu xạ, Fe III (C O ) 3− tạo thêm H O dung dịch phản ứng, cung cấp thêm nguồn H O để tiếp tục cho trình Fenton: FeIII(C2O4)33− + hν → F e + + C O − + C2O4∙− C O ∙ − → CO2∙ − + C O C O ∙ ‒ CO2∙ − + O → 1CO2 + O2∙− 2O2∙− + 2H+ → H2O2 + O2 Tuy nhiên thể tích H C O tăng 1ml hiệu suất bắt đầu giảm Đó C O 2− nhiều phản ứng với gốc HO∙ theo phƣơng trình: C2O42‒ + HO∙ → CO2 + CO2∙ − + OH− Số lƣợng gốc HO∙ giảm hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm giảm Vì vậy, thể tích H2C2O4 phù hợp nghiên cứu 1ml 52 3.4.6 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian để ánh nắng mặt trời Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời Cốc 100ml Khối lƣợng bùn đỏ (g) 0,7 Thuốc nhuộm hoạt tính keo tụ (ml) Thể tích dd H2O2 2M (ml) 50 Thể tích dd H2C2O4 0,01M (ml) pH 3–4 Thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời (phút) Mật độ quang (D) Hiệu suất phân hủy màu (H %) 96 25 30 45 60 75 90 0,1309 0,1292 0,0915 0,0611 0,1047 88,85 89,00 92,21 94,80 91,08 Ảnh hƣởng thời gian 94.80 H (%) 94 92.21 92 91.08 90 88.85 89.00 88 30 45 60 75 90 105 Thời gian (phút) Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN 53 Hình 3.15 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời Nhận xét: Qua Bảng 3.9 Hình 3.14 cho thấy thời gian phù hợp nghiên cứu 75 phút Giải thích: Khi tăng thời gian từ 30 đến 75 phút hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 95,14% Điều giải thích nhƣ sau: Tại pH = 4, phức sắt (III) – oxalat thƣờng tồn dƣới dạng phức sau Fe III (C O ) ‒ Fe III (C O ) 3‒ có tính quang hoạt cao, nhƣng chúng phải thực phản ứng sau để chuyển Fe 2+ : FeIII(C2O4)2− + hν → F e + + C O − FeIII(C2O4)33− + hν → F e + + C O − + C2O4∙− + C2O4∙− Fe2+ + H2O2 + C O − → FeIII(C2O4)33− + OH− + OH∙ Tạo nhiều gốc tự HO∙ nên hiệu suất phân hủy màu tăng Nhƣng thời gian lâu (> 75 phút) xảy phản ứng sau làm giảm lƣợng HO∙ tạo thành nên hiệu suất phân hủy màu giảm: H O + HO∙ → H O + HO ∙ C O 2‒ + HO∙ → C O ∙ ‒ + OH ‒ C O ∙ ‒ + O → 2CO + O ∙ ‒ Fe 2+ O ∙ ‒ → Fe 3+ + H O Vậy thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời phù hợp nghiên cứu 75 phút 54 3.4.7 Kết khảo sát ảnh hưởng pH Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH Cốc 100ml Khối lƣợng bùn đỏ (g) 0,7 Thuốc nhuộm hoạt tính keo tụ (ml) Thể tích dd H2O2 2M (ml) 50 Thể tích dd H2C2O4 0,01M (ml) pH Thời gian để dƣới ánh nắng mặt trời (phút) Mật độ quang (D) 6 25 75 0,0695 0,0604 0,0571 0,3658 0,6521 0,7425 94,08 94,86 95,14 Hiệu suất phân hủy màu (H %) 68,84 44,46 36,76 Ảnh hƣởng pH 120 94.08 100 94.86 95.14 80 H (%) 68.84 60 44.46 36.76 40 20 pH Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng pH đến hiệu suất phân hủy màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN 55 Hình 3.17 Khảo sát ảnh hƣởng pH Nhận xét: Qua Bảng 3.10 Hình 3.16 cho thấy pH phù hợp nghiên cứu Giải thích: Khi pH tăng từ đến hiệu suất phân hủy màu tăng sau giảm xuống pH > 4, hiệu suất phân hủy màu tốt pH Điều đƣợc giải thích nhƣ sau: Tại pH thấp (pH = 2) gốc HO∙ bị khử ion H + theo phản ứng: HO∙ + H + + e → H O Vì sản sinh gốc HO∙ làm giảm tốc độ phân hủy Hơn nữa, pH thấp phức oxalat tồn dạng Fe III (C O ) + nên khả quang hoạt kém, hiệu xử lý Ở pH = phức oxalat tồn chủ yếu dạng Fe III (C O ) − Fe III (C O ) 3− có tính quang hoạt cao, gốc tự HO∙ đƣợc tạo nhiều nên hiệu xử lý cao hai phản ứng sau [42]: Fe III (C O ) − + hν → Fe 2+ + C O 2− + C O ∙ − Fe III (C O ) 3− + hν → Fe 2+ + 2C O 2− + C O ∙ − Fe 2+ + H O + 3C O 2− → Fe III (C O ) 3− + OH − + HO∙ Ở pH > 4, trình kết tủa Fe 3+ xảy nhanh trình khử phản ứng: Fe 3+ + H O → Fe 2+ + H + + HO ∙ làm giảm ion sắt tự thành yếu tố hạn chế tốc độ phản ứng Vì vậy, hiệu suất phân hủy màu giảm 56 Sau khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H O /Ánh sáng mặt trời, tiến hành xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN theo điều kiện tối ƣu xác định Hiệu suất phân hủy màu: H= Dt - Ds D t × 100 = × 100 = 95,14 (%) Hình 3.18 Thuốc nhuộm sau xử lý Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H2O2/ Ánh sáng mặt trời 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian thực đề tài: “Nghiên cứu trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN phƣơng pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H O /Ánh sáng mặt trời”, rút đƣợc số kết luận nhƣ sau: Điều kiện tốt cho việc xử lý thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN dƣới ánh sáng mặt trời từ 10 đến 14 pH = 4, khối lƣợng bùn đỏ 0,7gam, nồng độ H O 2M, nồng độ H C O 0,01M, thể tích H O 25ml, thể tích H C O 1ml hiệu suất phân hủy màu đạt giá trị 95,14% sau thời gian75 phút xử lý Kiến nghị Nghiên cứu góp phần tận dụng phế thải bùn đỏ công nghiệp sản xuất nhôm (alumin) từ quặng bauxite để xử lý thuốc nhuộm Đặc biệt tận dụng hiệu đƣợc nguồn lƣợng mặt trời tự nhiên tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí xử lý 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cao Hữu Trƣợng, Hồng Thị Lĩnh, Hóa học thuốc nhuộm, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, (1995) [2] Hoàng Thị Thu Thảo, “Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm xanh methylen bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng”, Luận văn thạc sĩ, trƣờng đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng, (2013) [3] “Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm”, Cục Thẩm định Đánh giá tác động môi trƣờng, Tổng cục Môi trƣờng, Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, Hà Nội (2008) [4] Lƣơng Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học, trang 100, Nhà xuất giáo dục, (2003) [5] Nguyễn Thị Hƣờng, Bài giảng xử lý nước thải, Khoa hóa, Đại học Sƣ phạm Đà Nẵng [6] Nguyễn Trung Minh, “Nghiên cứu số tính chất hóa lý hấp phụ hạt hấp phụ chế tạo từ bùn đỏ”, Tạp chí khoa học Trái Đất, 33(2), 231237, (2011) [7] Phạm Thị Lan Hƣơng (2010), Thiết kế trạm xử lý nước thải cho nhà máy dệt nhuộm công suất 300 m3/ngày đêm, Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, Đại học Bách Khoa Hà Nội [8] Quy chuẩn quốc gia nƣớc thải công nghiệp, QCVN 13:2008/BTNMT [9] Tài liệu “Hướng dẫn sản xuất ngành dệt nhuộm” Viện Khoa học Công nghệ Môi trƣờng, Bộ Công Thƣơng (2008) [10] Thái Hữu Thịnh, “Cơng nghệ luyện nhơm”, Tạp chí khoa học – công nghệ Nghệ An, số 7, (2014) [11] Trần Mạnh Lục, Hóa học hệ phân tán keo, Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng, (2012) [12] 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) [13] Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, (2002) 59 Tiếng Anh [14] A Georgi, A.Schierz, F-D.Kopinke, “Activation of hydrogen perde by complexes of iron(III) with humic acid for chemical degradation of organic compounds in water”, UFZ Centre for Environmental Research Leipzig, Halle Gmethyl blueH, Department of Environmental Techolog, (2000) [15] Amit Bhatnagar, Vítor J.P.Vilar, Cidália M.S.Botelho &Rui A.R Boaventura, “A review of the use of red mud as adsorbent for the removal of toxic pollutants from water and wastewater”, Environmental Technology, 32:3, pp.231-249, (2011) [16] Anna Goi, “Advanced oxidation processes for water purification and soil remediation”, Faculty of Chemical and Materials Technology, Department of Chemical Engineering [17] A Papadoulos, D Fatta, A Mentzis, “Study on the use of Fenton’s Reagent for the treatment of refractory organics contained in the tex tile wastewater”, School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens, (2006) [18] Huaili Zheng, Yunxia Pan, Xinyi Xiang, “Oxydation of acidic dye Eosin Y by the solar photo-Fenton processes”, Journal of Hazardous Material, Volume141, Issue 3, Pages 457–464, (2007) [19] Huynh Ky Phuong Ha, Tran Thi Ngoc Mai, Nguyen Le Truc, Faculty of Chemical Engineering, Ho Chi Minh city University of Technology, Vietnam, (2012) [20] H.Zhou, D.W.Smith, “Advanced technologies in water and wastewater treatment”, J.Environ.Eng.Sci 1: 247–264, (2002) [21] IARC, “Diesel and Gasoline Engine Exhausts and Some Nitroarenes”, IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans, Vol.46.Lyon, France: International Agency for Research on Cancer 458 pp, (1989) [22] J.Jeong, J.Yoon, “Dualroles of CO 2•- for degrading synthetic organic Chemmicals in the photo/ferrioxalat systems”, Water reasearch, 38 (16), pp.3531-3540, (2004) 60 [23] Joonseon Jeong, Jeyong Yoon, “pH effect on OH radical production in photo/ferrioxalat system”, Water research, 23(9), pp.1073-1080, (2005) [24] L.Q.Huy, “Research on alum extraction from the waste mud of Bao Loc Bauxite ore to produce flocculation for waste water treatment”, 11th Conference of Science and Technology-HCMUT, pp 89–95 (in Vietnamese), (2009) [25] LinS.-S and M.D.Gurol, “Heterogeneous catalytic oxydation of organic compounds by hydrogen peroxyde”, Water Science and Technology, Vol 34, No 9, pp 57–64, (1996) [26] Lu MC, “Oxydation of chlorophenols with hydrogen peroxyde in the presence of goethite”, Chemosphere; 40(2):125-30, (2000) [27] Malay “Degradation Chaudhuri, of Haii Pesticide Zuhali and Augustine Chioma Affam, Chlorothalonil by VisibleLight-Responsive Photocatalyst Ferrioxalatand H2O2 under Solar Irradiation”, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, Article ID 435017, 7pages, (2013) [28] MarianneE Balmer and Barbara Sulzberger, “Atrazine degradation in Irradiated Ion/Oxalat system: Effects of pH and oxalat”, Environment Science and Technology, 33(14), pp 2418–2424, (1999) [29] Michel Vedrenneab, Rubén Vasquez-Medrano, Dorian Prato-Garcia, Bernardo A Frontana-Uribecl, Margarita Hernández-Esparza, Juan Manuel de Andrés, “Aferrous oxalat mediated photo-Fenton system: Toward an increased biodegrad ability of Índigo dyed wastewaters”, Journal of Hazadous Material, Vol243, pp292–301, (2012) [30] N.Kulik, Y.Panova, M.Trapido, “The Fenton chemistry and its comethyl blueination with coagulation for treatment of dye solutions”, Department of Chemical Engineering, Technical University of Technology, (2004) [31] Safarzadeh-Amiri, J.R.Bolton, andS.R.Cater, “Ferrioxalat-mediated photodegradation of organic pollutants in contami-nated water”, Water Research, vol.31, no.4, pp 787–798, (1997) [32] V.K.Gupta, I.Ali, and V.K.Saini, “Removal of chlorophenols from wastewater usingred mud: An aluminum industry waste”, Environ Sci Technol.38, pp.4012–4018, (2004) 61 [33] 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 industrywaste”, Industrial Engineering Chemistry Research, 43(7), pp.1740– 1747, (2004) [34] 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 470-476, (2007) [35] Y.Zou, J.Holgne, “Formation of hydrogen peroxide and depletion of oxalic acid in atmospereic water by photolysis of Iron (III)–oxalate complexes”, Emviron.Sci.Technol, 26, pp 1014 – 1022, (1992) Trang web [36] http://www.baoxaydung.com.vn/news/vn/vat-lieu/viet-nam-se-san-xuatthep-va-gach-xop-tu-bun-do.html [37] http://nld.com.vn/khoa-hoc/che-tao-xi-mang-tu-bun-do20091014100230911.htm [38] http://vi.wikipedia.org/wiki/bùn_đỏ [39] http://vneconomy.vn/the-gioi/tham-hoa-bun-do-tai-hungary-bai-hoc-caydang-20101009025241262.htm [40] http://www.baodaknong.org.vn/boxit/san-xuat-thep-va-gach-xop-tu-bun-dobo-xit-33920.html [41] http://luanvan.co/luan-van/luan-van-toi-uu-hoa-quy-trinh-xu-ly-nuocthai-det-nhuom-bang-he-xuc-tac-fenton-44226/ [42] http://ebook.net.vn/ebook/luan-van-nghien-cuu-cac-yeu-to-anh-huongden-qua-trinh-phan-huy-thuoc-tru-sau-diazinon-bang-cac-tac-nhan-fenton-uvfe-2-3928/ [43] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-nghien-cuu-xu-ly-nuoc-thai-det-nhuombang-phuong-phap-oxy-hoa-nang-cao-9910/ [44] http://vi.m.wikipedia.org/wiki/Bơ_xít 62 ... ? ?Nghiên cứu trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC - 3RN phương pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H O / Ánh sáng mặt trời? ?? Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu trình. .. Đề tài: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG BÙN ĐỎ ĐỂ XỬ LÝ MÀU CỦA THUỐC NHUỘM HOẠT TÍNH COLVAZOI YELLOW LC - 3RN BẰNG PHƢƠNG PHÁP FENTON HỆ FE (III) – OXALAT/H2O2 /ÁNH SÁNG MẶT TRỜI KHÓA LUẬN... Vững thực đề tài: ? ?Nghiên cứu trình sử dụng bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC- 3RN phương pháp Fenton hệ Fe (III) – Oxalat/H O /Ánh sáng mặt trời? ?? Để hoàn thành khóa