Ứng dụng vật liệu bifeo3 xử lý phẩm màu hữu cơ trong môi trường nước

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian qua, để hoàn thành đƣợc khóa luận tốt nghiệp, em nhận đƣợc giúp đỡ tận tình tạo điều kiện từ Khoa Quản lí Tài ngun rừng Mơi trƣờng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam Em xin cảm ơn ban lãnh đạo cán Khoa giúp đỡ để em có hội đƣợc thực khóa luận Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS Trần Thị Phƣơng tận tình giúp đỡ hƣớng dẫn em suốt thời gian em tiến hành làm khóa luận tốt nghiệp Ngƣời tận tình hƣớng dẫn bảo để em hồn thành tốt hạn báo cáo khóa luận Em xin cảm ơn thầy phịng thí nghiệm Hóa học, Trung tâm Phân tích mơi trƣờng ứng dụng cơng nghệ địa không gian trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam nhiệt tình hỗ trợ em trình tiến hành thực nghiệm Với kiến thức, lực kinh nghiệm cịn hạn hẹp, em khơng tránh khỏi mắc phải thiếu sót nên mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, nhận xét từ phía Thầy Cơ Hội đồng bảo vệ khóa luận để em hoàn thiện báo cáo Cuối em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ em trình học tập Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội,ngày…tháng năm 2019 Sinh viên Đinh Thị Hòa i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi ĐẶT VẤN ĐỀ Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu ô nhiễm hữu nƣớc 1.1.1 nhiễm nƣớc ngành dệt nhuộm 1.1.2 Ảnh hƣởng nƣớc thải dệt nhuộm đến môi trƣờng 1.2 Một số phƣơng pháp xử lý hợp chất hữu nƣớc thải 1.2.1 Phƣơng pháp hóa học 1.2.2 Phƣơng pháp vật lý 1.2.3 Phƣơng pháp hóa lý 1.2.4 Phƣơng pháp sinh học 11 1.3 Tổng quan vật liệu quang xúc tác 11 1.3.1 Khái niệm phản ứng xúc tác quang 11 1.3.2 Ứng dụng vật liệu quang xúc tác 12 1.3.3 Một số phƣơng pháp tổng hợp vật liệu quang xúc tác 12 1.3.4 Vật liệu quang xúc tác BiFeO3 14 Chƣơng MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 18 2.2 Nội dung nghiên cứu 18 2.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 18 2.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 18 2.3.2 Phạm vi nghiên cứu 18 2.4 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 20 2.4.1 Hóa chất 20 ii 2.4.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 20 2.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 22 2.5.1 Phƣơng pháp theo dõi nồng độ chất màu 22 2.5.2 Phƣơng pháp đánh giá khả hấp phụ vật liệu 24 2.5.3.Phƣơng pháp đánh giá khả quang xúc tác vật liệu 24 2.5.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 27 Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28 3.1 Khả hấp phụ vật liệu với dung dịch metyl da cam (MO) 28 3.2 Khả quang xúc tác vật liệu với MO 28 3.2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu 28 3.2.2 Ảnh hƣởng pH 30 3.2.3 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng 32 3.2.4 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu 33 3.2.5 Ảnh hƣởng H2O2 34 3.2.6 Ảnh hƣởng MO 36 3.2.7 Khảo sát khả tái sử dụng 37 KẾT LUẬN 39 TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt UV-Vis Ultra violet - visible Tử ngoại – khả kiến BFO Bismuth Ferrite BiFeO3 Bimut ferit BiFeO3 MO Methyl orange Metyl da cam Abs Absorbance Độ hấp thụ quang COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxi hóa học BOD LD50 Lethal Dose TOC Total organic cacbon Tổng cacbon hữu DO Dissolved Oxygen Oxi hòa tan Biological oxygen demand iv Nhu cầu oxi sinh hóa Liều lƣợng gây chết nửa DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng 20 Bảng 2.2 Các thiết bị sử dụng 20 Bảng 2.3 Các dụng cụ sử dụng 21 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu đến hiệu suất xử lí MO 29 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lí MO 31 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến hiệu suất xử lí MO 32 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu đến hiệu suất xử lí MO 33 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng lƣợng hydropeoxit đến hiệu suất xử lí MO 34 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng nồng độ MO đến hiệu suất xử lí MO 36 Bảng 3.7 Khả tái sử dụng vật liệu 37 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể BiFeO3 16 Hình 2.1 Công thức cấu tạo hợp chất metyl da cam 19 Hình 2.2 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis dung dịch metyl da cam 23 Hình 2.3 Đồ thị đƣờng chuẩn metyl da cam 23 Hình 3.1 Hiệu suất hấp phụ dung dịch MO vật liệu BFO450 28 Hình 3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu tới hiệu suất xử lý 29 Hình 3.3 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lý 31 Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý 32 Hình 3.5 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu đến hiệu suất xử lí 34 Hình 3.6 Ảnh hƣởng lƣợng H2O2 đến hiệu suất xử lý 35 Hình 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ MO đến hiệu suất xử lý 36 Hình 3.8 Khả tái sử dụng vật liệu 37 vi ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hoạt động sinh hoạt nhƣ sản xuất ngƣời, nƣớc thành phần thiếu vô quan trọng Nƣớc ta quốc gia có nguồn tài nguyên nƣớc dồi phong phú nhƣng đến dần suy giảm ô nhiễm nghiêm trọng nƣớc thải Một thực trạng đáng buồn xảy hàng ngày hàng nƣớc thải hầu hết sở sản xuất công nghiệp đƣợc xử lý sơ hay chí thải trực tiếp mơi trƣờng Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức ngƣời, siết chặt cơng tác quản lý mơi trƣờng việc tìm giải pháp nhằm loại bỏ chất độc hại khỏi mơi trƣờng nƣớc có ý nghĩa to lớn Thuốc nhuộm đƣợc sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp trọng điểm nhƣ dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm Do tính tan cao ổn định với ánh sáng, nhiệt, tác nhân oxy hóa nên thuốc nhuộm tác nhân độc hại gây ô nhiễm nguồn nƣớc khó loại bỏ Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc nhóm chất tạo màu họ azo thƣờng gặp, chất bột tinh thể màu da cam, độc, có tính axit, thƣờng đƣợc sử dụng để nhuộm trực tiếp loại sợi động vật, loại sợi có chứa nhóm bazơ nhƣ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit mơi trƣờng axit, ngồi nhuộm xơ sợi xenlulozơ với có mặt urê Mặc dù đem lại lợi ích đáng kể ngành công nghiệp nhuộm nhƣng tác hại khơng nhỏ đƣợc thải mơi trƣờng Gần đây, nhà nghiên cứu phát tính độc hại nguy hiểm chúng môi trƣờng ngƣời đặc biệt nghiêm trọng Loại thuốc nhuộm gây ung thƣ cho ngƣời sử dụng [10, 11] Trong số nhiều phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu để tách loại phẩm màu mơi trƣờng nƣớc, phƣơng pháp oxi hóa sử dụng vật liệu quang xúc tác phƣơng pháp hóa lý phổ biến hiệu để khử màu nhuộm Có nhiều loại vật liệu phân hủy phẩm màu đƣợc nghiên cứu, chế tạo nghiên cứu gần cho thấy việc chế tạo ứng dụng vật liệu quang xúc tác ngày đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc quan tâm tính chất lý thú quang xúc tác mà mang lại Vật liệu BiFeO3 vật liệu có tính chất đặc trƣng Từ vấn đề trên, với mong muốn góp phần nhỏ cho phát triển ngành vật liệu mới, em tiến hành nghiên cứu để tài:“Ứng dụng vật liệu BiFeO3 xử lý phẩm màu hữu môi trường nước” Chƣơng TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu ô nhiễm hữu nƣớc nhi m nước ngành dệt nhu m Trong năm gần đây, ngành công nghiệp nhẹ Việt Nam nhƣ: công nghệ dệt nhuộm, giày da, in, chế biến nông sản,…, ngày phát triển song song với tình trạng nhiễm mơi trƣờng ngày gia tăng Nhƣng quy mơ cơng ty, xí nghiệp làng nghề không lớn nên khả xử lý nƣớc thải chƣa đƣợc trọng Nguồn thải chƣa đƣợc xử lý xử lý chƣa hoàn toàn từ khu công nghiệp đƣợc thải trực tiếp ngồi gây nhiễm mơi trƣờng, đặc biệt môi trƣờng nƣớc Các nguồn thải môi trƣờng nƣớc lƣợng hợp chất hữu lớn, khó phân hủy làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc, gây ngộ độc cho loài thủy sinh ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng nƣớc phục vụ cho hoạt động sản xuất sinh hoạt ngƣời Chỉ riêng với ngành công nghiệp dệt nhuộm, nƣớc thải môi trƣờng chứa hợp chất tạo màu hữu q trình sản xuất gây nhiễm mơi trƣờng nghiêm trọng Hơn nữa, ngành công nghiệp dệt nhuộm nƣớc hầu hết dƣới dạng làng nghề thủ công cơng ty có quy mơ nhỏ, nƣớc thải thƣờng không đƣợc xử lý đƣợc xử lý phần đƣợc thải trực tiếp sông hồ, gây ô nhiễm nguồn nƣớc Các nguồn thải có số pH, DO, BOD, COD,…, cao vƣợt tiêu chuẩn cho phép đƣợc thải môi trƣờng sinh thái [6,10] Dệt nhuộm ngành từ lâu có mặt nƣớc ta phát triển mạnh quy mô ngành công nghiệp chủ chốt kinh tế Ngành dệt nhuộm sử dụng lƣợng nƣớc thải lớn để sản xuất đồng thời thải lƣợng nƣớc thải đáng kể cho môi trƣờng Nhắc đến nƣớc thải ngành dệt nhuộm loại nƣớc thải ô nhiễm nặng, hàm lƣợng chất hữu cao, khó phân hủy, pH dao động từ - 12 thành phần chất tẩy Trong trình sản xuất có nhiều hóa chất độc hại đƣợc sử dụng để sản xuất tạo màu: nhƣ phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo mơi trƣờng, tinh bột, men, chất ơxy hố….Các chất thƣờng có chứa ion kim loại hịa tan, hay kim loại nặng khó phân hủy mơi trƣờng, gây nhiễm mơi trƣờng trầm trọng thời gian dài Một đặc trƣng quan trọng nƣớc thải dệt nhuộm độ màu cao lƣợng dƣ màu nhuộm bị rửa trôi, thải nguồn tiếp nhận gây cảnh quan, bên cạnh cịn tác động đến q trình quang hợp hơ hấp sinh vật q trình khuếch tán ánh sáng hòa tan oxy bị cản trở [6] 1.1.2 Ảnh hưởng nước thải dệt nhu m đến môi trường Các loại phẩm nhuộm tổng hợp có từ lâu đời ngày đƣợc sử dụng phổ biến ngành công nghiệp dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dƣợc phẩm ngành cơng nghiệp thực phẩm có đặc điểm dễ sử dụng, giá thành rẻ, ổn định đa dạng màu sắc so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm sản phẩm chúng gây ô nhiễm nguồn nƣớc ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời mơi trƣờng sống Các thuốc nhuộm hữu nói chung đƣợc xếp loại từ độc đến khơng độc ngƣời (đƣợc đặc trƣng số LD50) Các kiểm tra tính kích thích da, mắt cho thấy đa số thuốc nhuộm khơng gây kích thích với vật thử nghiệm (thỏ) ngoại trừ số cho kích thích nhẹ Tác hại gây ung thƣ nghi ngờ gây ung thƣ: khơng có loại thuốc nhuộm nằm nhóm gây ung thƣ cho ngƣời Các thuốc nhuộm azo đƣợc sử dụng nhiều ngành dệt, nhiên có số màu azo, chủ yếu thuốc nhuộm benzidin, có tác hại gây ung thƣ Các nhà sản xuất châu Âu ngừng sản xuất loại này, nhƣng thực tế chúng đƣợc tìm thấy thị trƣờng giá thành rẻ hiệu nhuộm màu cao Khi vào nguồn nƣớc tự nhiên nhƣ sông, hồ… với lƣợng nhỏ thuốc nhuộm cho cảm giác màu sắc Màu đậm nƣớc thải cản trở hấp thụ oxi ánh sáng mặt trời, cản trở trình quang hợp, làm giảm thiểu lƣợng oxi hịa tan nƣớc, gây tác hại cho hô hấp, sinh trƣởng Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Khả hấp phụ vật liệu với dung dịch metyl da cam (MO) Kết thực nghiệm khảo sát khả hấp phụ vật liệu BFO với dung dịch metyl da cam đƣợc đƣa hình 3.1 cho thấy thời gian khảo sát 24h nồng độ dung dịch không thay đổi, chứng tỏ vật liệu BFO450 khơng có khả hấp phụ dung dịch metyl da cam thời gian khảo sát.Do đề tài tập trung nghiên cứu khả quang xúc tác vật liệu Hiệu suất % 0.5 0 24 Thời gian (h) Hình 3.1 Hiệu suất hấp phụ dung dịch MO vật liệu BFO450 3.2 Khả quang xúc tác vật liệu với MO Vật liệu BiFeO3 sau đƣợc tổng hợp có khả hấp thụ ánh sáng vùng khả kiến đƣợc nghiên cứu hệ quang xúc tác có xạ mô theo xạ ánh sáng mặt trời, thiết bị sử dụng đèn Led 15W có bƣớc sóng khoảng 570 -590nm 3.2.1 Ảnh hưởng nhiệt đ nung vật liệu: Để tìm đƣợc oxit phức hợp BiFeO3 nhiệt độ nung có khả quang xúc tác xử lí dung dịch MO tốt nhất, thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ sau: BFO sau sấy vật liệu đƣợc đem nung nhiệt độ 250 oC, 350°C, 450°C, 550oC Sản phẩm thu đƣợc sau nung tƣơng ứng BFO250, BFO350, BFO450, BFO550 28 Lấy lần lƣợt 0,5g vật liệu BFO, BFO250, BFO350, BFO450, BFO550 vào 50ml dung dịch MO có nồng độ 5mg/l, 1ml H2O2, pH = 3, chiếu sáng, khuấy từ 90 phút hút 15ml dung dịch mang đo quang để xác định Abs tính hiệu suất xử lí Kết thu đƣợc đƣợc thể bảng 3.1 hình 3.2 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu đến hiệu suất xử lí MO Loại vật Nồng độ Nồng độ liệu theo phẩm màu phẩm màu Hiệu suất nhiệt độ ban đầu sau xử lí (%) nung(°C) (mg/l) (mg/l) BFO 1,65 67 BFO250 0,13 97 BFO350 0,27 94 BFO450 0,09 98 BFO550 0,21 96 100 97 94 98 96 BFO250 BFO350 BFO450 BFO550 90 80 Hiệu suất (%) 70 67 60 50 40 30 20 10 BFO Loại vật liệu theo nhiệt độ nung Hình 3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung vật liệu đến hiệu suất xử lý 29 Kết thực nghiệm cho thấy vật liệu BiFeO3 có khả phân hủy dung dịch metyl da cam tốt Trong quãng thời gian 90 phút, nhiệt độ nung khác cho ta hiệu suất xử lí khác Khảo sát vật liệu đƣợc tổng hợp ban đầu chƣa nung đạt hiệu suất 67%, chứng tỏ vật liệu ban đầu đƣợc tạo có khả xử lí, khảo sát tiếp sau nhiệt độ nung tăng dần từ 250oC-550 oC thời gian 90 phút Khi nung vật liệu nhiệt độ cao làm thay đổi hình thái, kích thƣớc vật liệu nên khả quang xúc tác vật liệu thay đổi: Vật liệu nung nhiệt độ 250oC cho hiệu suất tốt 97%, vật liệu nung 350oC cho hiệu suất 94%, vật liệu nung 550oC đạt 96% nhiệt độ nung 450°C có hiệu suất xử lí tốt 98% Nhƣ vật liệu nung có khả xử lí MO tốt vật liệu chƣa nung Các vật liệu nung nhiệt độ khác nhƣng hiệu suất xử lí khơng khác nhiều nung nhiệt độ khác kích thƣớc cấu trúc hình thái vật liệu khơng thay đổi nhiều Trong loại vật liệu BFO450 cho hiệu suất xử lí cao nên chọn vật liệu BFO 450 để làm thí nghiệm khảo sát 2 Ảnh hưởng pH Để khảo sát ảnh hƣởng pH đến khả quang xúc vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành xử lý 500ml dung dịch metyl da cam nồng độ 5mg/l, khối lƣợng vật liệu BFO450 0,5g, 1ml H2O2 thời gian 90 phút với mức pH = 1; 3; 5; 8; 11 Kết thu đƣợc đƣợc thể bảng 3.2 hình 3.3 30 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng pH đến hiệu suất xử lí MO Nồng độ phẩm màu pH ban đầu (mg/l) Nồng độ phẩm Hiệu suất màu sau xử lí (%) (mg/l) 0,12 97 0,09 98 5 1,07 79 3,06 39 11 3,29 34 100 90 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 20 10 11 pH Hình 3.3 Ảnh hƣởng pH tới hiệu xử lý Kết thực nghiệm bảng 3.2 hình 3.3 cho thấy pH có ảnh hƣởng lớn đến q trình xử lý vật liệu; khảo sát với mức pH khác 1; 3; 5; 8; 11 pH khoảng từ đến hiệu xử lý cao cụ thể mức pH = hiệu xử lý đạt 97% pH= hiệu suất xử lí đạt tới 98% sau 90 phút Sau hiệu xử lý giảm dần tăng pH từ 5, 8, 11, cụ thể giảm từ 79% xuống 34% Có thể thấy mức độ pH khác hiệu suất xử lí vật liệu khác Với mức độ pH phù hợp tạo điều kiện 31 cho vật liệu xử lí đạt hiệu suất cao Nhƣ giá trị pH tối ƣu hiệu suất xử lý pH = 3.2 Ảnh hưởng thời gian chiếu sáng Để khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến khả quang xúc tác vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành xử lý 500ml phẩm màu MO nồng độ 5mg/l, pH = 3, khối lƣợng chất hấp phụ BFO450 0,5g, 1ml H2O2 với mức thời gian lần lƣợt 15; 30; 45; 60; 75; 90; 120 phút Kết thu đƣợc đƣợc thể bảng 3.3 hình 3.4 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng thời gian chiếu sáng đến hiệu suất xử lí MO Nồng độ phẩm Nồng độ phẩm màu ban đầu màu sau xử lí (mg/l) (mg/l) 15 2,08 58 30 2,05 59 45 1,78 64 60 0,43 91 75 0,07 98 90 100 120 - 100 Thời gian (phút) Hiệu xuất (%) 100 Hiệu suất (%) 80 60 40 20 15 30 45 60 75 90 120 Thời gian (phút) Hình 3.4 Ảnh hƣởng thời gian tới hiệu suất xử lý Kết thí nghiệm đƣợc thể bảng 3.3 hình 3.4 cho ta thấy khả 32 xử lý vật liệu tăng theo thời gian Tại 15 phút đầu, hiệu suất đạt 58% Ở phút 30 hiệu suất tăng nhẹ lên 59%, sau 15 phút hiệu suất tăng lên 64%, 15 phút hiệu suất tăng nhanh đạt 91%, phút thứ 90 hiệu suất đạt cao 100%, tiếp tục để thời gian thêm 30 phút sau hiệu suất 100% Nhƣ sau phút thứ 90 trở phẩm màu bị phân hủy hoàn toàn, với thời gian khảo sát mà hiệu nhƣ thời gian khảo sát 90 phút thích hợp vật liệu xử lí tốt dung dịch phẩm màu 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu Để khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu BiFeO3 đến khả quang xúc tác vật liệu,thí nghiệm đƣợc tiến hành xử lý 500ml dung dịch phẩm màu MO 5mg/l lần lƣợt khối lƣợng BFO450: 0g; 0,25g; 0,5g; 1g, với 1ml H2O2 , thời gian 90 phút, pH = 3, với khối lƣợng chất hấp phụ khác nhƣ trên, thu đƣợc kết sau: Bảng 3.4 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu đến hiệu suất xử lí MO Nồng độ Nồng độ Khối lƣợng phẩm màu phẩm màu Hiệu suất vật liệu (g) ban đầu sau xử lí (%) (mg/l) (mg/l) 2,05 59 0,25 1,45 71 0,50 0,16 97 1,0 0,64 87 33 100 90 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 0.25 0.5 Khối lượng vật liệu (g) Hình 3.5 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu tới hiệu suất xử lí Kết thực nghiệm hình 3.5 bảng 3.4 cho thấy hiệu xử lý thay đổi khối lƣợng vật liệu tăng Khảo sát khơng có vật liệu hiệu suất xử lí đạt 59%,do có mặt H2O2 Chất chất oxi hóa mạnh có khả phân hủy màu nhiên hiệu suất thấp Khi tăng lƣợng vật liệu dung dịch, hiệu suất xử lí tăng mạnh Cụ thể 0,25g hiệu suất xử lý MO tăng lên đạt 71%, 0,5g vật liệu đƣợc hiệu suất xử lý cao đạt 97% 1g vật liệu hiệu suất xử lí giảm cịn 87%, vật liệu dung dịch nhiều, dày đặc nên làm giảm khả hấp thụ ánh sáng từ làm giảm khả xử lí vật liệu Nhƣ vậy, chọn 0,5g vật liệu để làm thí nghiệm khảo sát 3.2.5 Ảnh hưởng H2O2 Để khảo sát ảnh hƣởng H2O2 tới hoạt tính xúc tác vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành xử lý 500ml phẩm màu MO nồng độ 5mg/l, khối lƣợng chất hấp phụ BFO450 0,5g, thời gian 90 phút, pH = với lƣợng H2O2 lần lƣợt 0ml; 0,5ml, 1ml Kết thu đƣợc đƣợc thể bảng 3.5 hình 3.6 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng lƣợng hydropeoxit đến hiệu suất xử lí MO 34 Hàm lƣợng Nồng độ phẩm Nồng độ phẩm Hiệu suất H2O2 màu ban đầu màu sau xử lí (%) (ml) (mg/l) (mg/l) 1,05 79 0,5 0,30 94 1,0 0,04 100 100 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ml 0,5 ml ml Lượng hydropeoxit (ml) Hình 3.6 Ảnh hƣởng H2O2 tới hiệu suất xử lý Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 tới hiệu phân hủy MO đƣợc thể bảng 3.5 hình 3.6 cho thấy hiệu xử lý tăng nồng độ H2O2 tăng từ ml tới 1ml Cụ thể khơng có mặt H2O2 vật liệu có khả xử lý MO nhƣng hiệu suất thấp có 79%, cho thêm 0,5 ml hiệu suất tăng lên 94% hiệu suất phân hủy phẩm màu vật liệu BFO đạt cao có 1ml H2O2 đạt 100% Nhƣ kết luận, H2O2 đóng vai trị quan trọng q trình quang xúc tác phân hủy phâm màu vật liệu, thân H2O2 chất oxi hóa mạnh, tạo gốc tự nhận lƣợng từ xạ ánh sáng Chính gốc tự làm gia tăng lƣợng gốc tự dung dịch làm tăng hiệu suất phân hủy phẩm màu vật liệu Qua giá trị hiệu suất cho thấy, với nồng độ 1ml H2O2 thích hợp vật liệu xử lí phẩm màu tốt 35 3.2.6 Ảnh hưởng nồng đ MO Để khảo sát ảnh hƣởng nồng độ MO đến khả quang xúc tác vật liệu, thí nghiệm đƣợc tiến hành xử lý nồng độ MO lần lƣợt 2,5 mg/L, 5mg/l; 10mg/l; 15mg/l; 20mg/l; với ml H2O2 Trong thời gian 90 phút, pH = 3, khối lƣợng chất hấp phụ BFO450 0.5g Kết thu đƣợc đƣợc thể bảng 3.6 hình 3.7 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng nồng độ MO đến hiệu suất xử lí MO Nồng độ phẩm Nồng độ phẩm màu ban đầu màu sau xử lí (mg/l) (mg/l) 2,5 0,004 100 4,9 5,0 0,002 100 9,9 10,0 0,300 97 19,4 15,0 1,000 80 28,0 20,0 1,840 63 36,3 Hiệu suất (%) Dung lƣợng xử lí (mg/g) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2.5 10 15 20 Nồng độ MO (mg/l) Dung lượng xử lí (mg/g) Hiệu suất (%) Hình 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ MO tới hiệu suất xử lý Kết thí nghiệm đƣợc thể hình 3.7 bảng 3.6 cho thấy tăng nồng MO từ 2,5mg/l đến 5mg/l dung dịch phẩm màu MO bị phân hủy hồn toàn đạt hiệu suất 100% Khi tăng nồng độ MO từ 10mg/l tới 20mg/l 36 hiệu suất bị giảm Tại 10mg/l hiệu suất xử lí đạt 97% giảm xuống 80% với 15mg/l 20mg/l 63% Nhƣ ta thấy tăng nồng độ phẩm nhuộm hiệu suất xử lí giảm Tuy nhiên tăng nồng độ dung dịch phẩm màu dung lƣợng xử lí vật liệu tăng cho thấy khả phân hủy phẩm màu vật liệu chƣa đạt cực đại có tiềm xử lí đƣợc dung dịch phảm màu có nồng độ lớn 3.2.7 Khảo sát khả tái sử dụng Cho 0,5g vật liệu BFO450 vào 500ml dung dịch MO nồng độ 5mg/l, 1ml H2O2, pH = 3, khuấy 90 phút, chiếu sáng; tiếp tục sử dụng lại vật liệu với hàm lƣợng chất tƣơng tự nhƣ trên, sử dụng lần 2, lần 3,thu đƣợc kết nhƣ sau: Bảng 3.7 Khả tái sử dụng vật liệu Số lần m (g) Nồng độ phẩm Nồng độ Hiệu Dung sử dụng vật màu ban đầu phẩm màu suất lƣợng xử liệu (mg/l) sau xử lí (%) lí (mg/g) (mg/l) Lần 0,50 0,16 97 9,7 Lần 0,30 0,27 94 15,7 Lần 0,18 2,19 56 15,6 100 80 60 40 20 Lần Lần Lần Tái sử dụng Hiệu suất (%) Dung lượng xử lí (mg/g) Hình 3.8 Khả tái sử dụng vật liệu 37 Từ số liệu thu đƣợc bảng 3.7 hình 3.8 ta thấy hiệu xử lý tái sử dụng cao, cụ thể sử dụng lần đạt đến 97% Sau tái sử dụng lần ta thu lại đƣợc 0.3g vật liệu phần khối lƣợng vật liệu cịn bám dính cốc giấy lọc Sử dụng lần hiệu xử lí cao nhƣ lần đạt mức 94% Với dung lƣợng xử lí vật liệu lớn đạt 15,7mg/g Sau tái sử dụng lần ta thu hồi đƣợc 0,18g vật liệu, hiệu xử lí giảm cịn 56%, nhƣng dung lƣợng xử lí tƣơng đƣơng lần sử dụng thứ đạt 15,6mg/g, chứng tỏ vật liệu có độ bền tốt, đem lại hiệu cao cho trình xử lý Tuy nhiên cần có biện pháp để thu hồi vật liệu tốt tránh mát vật liệu, gây tốn cho trình chế tạo 38 KẾT LUẬN Trên sở kết đạt đƣợc, rút kết luận sau đây: Vật liệu BFO khơng có khả hấp phụ dung dịch metyl da cam thời gian khảo sát 24h Các yếu tố: Nhiệt độ nung vật liệu, pH, thời gian chiếu sáng, lƣợng vật liệu, lƣợng H2O2, , nồng độ phẩm màu có ảnh hƣởng đến khả quang xúc tác vật liệu Cụ thể: Vật liệu nung có khả phân hủy dung dịch metyl da cam tốt vật liệu chƣa nung; pH môi trƣờng axit mạnh hiệu xử lí cao; hiệu suất xử lí vật liệu tăng theo thời gian, sau 90 phút phẩm màu bị phân hủy hồn tồn; tăng lƣợng vật liệu hiệu xử lí vật liệu thay đổi; hiệu xử lí tăng có mặt nồng độ H2O2; nồng độ MO ảnh hƣởng đến hiệu suất dung lƣợng xử lí vật liệu Nhƣ kết nghiên cứu cho thấy điều kiện phù hợp để tiến hành phân hủy phẩm màu: lƣợng vật liệu BFO450 sử dụng 0,5g; pH = 3; 500ml phẩm màu metyl da cam có nồng độ 10mg/l; thời gian chiếu sáng 90 phút; 1ml H2O2 hiệu suất đạt 97%; dung lƣợng xử lí 19,4% Tái sử dụng vật liệu lần cho hiệu xử lí tốt, lƣợng vật liệu sau lần xử lí bị giảm nhƣng dung lƣợng xử lí vật liệu lớn chứng tỏ vật liệu có độ bền tốt, mang lại hiệu cao cho trình xử lí Các kết thu đƣợc mở triển vọng phát triển áp dụng vật liệu BiFeO3 xử lý nƣớc thải dệt nhuộm chứa hợp chất hữu khó phân hủy sinh học thành hợp chất hữu dễ phân hủy sinh học 39 TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu tiến hành thời gian ngắn, cịn số vấn đề thiếu sót: Quá trình tổng hợp vật liệu phải làm nhiều lần để có đủ số vật liệu sử dụng, điều gây khó khăn kinh phí lẫn thời gian Do cần khắc phục lỗi tổng hợp vật liệu để hiệu đạt cao Tái sử dụng mang lại hiệu cao, lƣợng vật liệu sau xử lý lại % cao, nhƣng tiến hành phịng thí nghiệm lƣợng vật liệu sau xử lý khơng lấy lại hồn tồn đc bám dính cốc, giấy lọc Do cần có phƣơng pháp điều kiện phù hợp để thu hồi vật liệu sau xử lý không bị mát mức cao Cần nghiên cứu thêm số yếu tố ảnh hƣởng đến trình quang xúc tác phân hủy phẩm màu vật liệu nhƣ: ảnh hƣởng Ion cản đến trình xử lí; khả quang xúc tác vật liệu với mẫu nƣớc thải thực tế; thành phần sản phẩm sau q trình quang xúc tác; khả xử lí phẩm màu cực đại vật liệu 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cục Thẩm định Đánh giá tác động môi trƣờng – Tổng cục Môi trƣờng (2009), “Hƣớng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trƣờng dự án dệt nhuộm”, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Kim (2016), “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trƣng khả quang xúc tác composit g-C3N4 với GaN–ZnO Ta2O5”, Luận án Tiến Sỹ Khoa học – Học viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Phạm Thị Minh (2013), “Nghiên cứu đặc điểm q trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nƣớc thải dệt nhuộm phƣơng pháp fenton điện hóa”, Luận án Tiến Sỹ Khoa học - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [4] Đào Ngọc Nhiệm, Đoàn Trung Dũng, Nguyễn Thị Hà Chi, Nguyễn Đức Văn (2015), “Nghiên cứu tổng hợp BiFeO3 phƣơng pháp thủy nhiệt”, Tạp chí Hóa học, 53 (3), Tr 280-283 [5] Trần Thị Phƣơng (2017), “Nghiên cứu tổng hợp, đặc trƣng cấu trúc vật liệu nano BiNbO4 để xử lý số chất hữu ô nhiễm môi trƣờng nƣớc”, Luận văn Thạc Sĩ Khoa học - Đại học Khoa học Tự nhiên [6] Đặng Trấn Phòng (2004), Sinh thái môi trường d t nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [7] Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lý nước cấp nước thải d t nhuộm, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Quách Văn Tuấn (2018), “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano MnFe2O3 để xử lí phẩm màu hữu nƣớc’’, Khóa luận tốt nghiệp – Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam Tiếng Anh [9] Adhikari, S P., and A Lachgar (2016), "Effect of particle size on the photocatalytic activity of BiNbO4 under visible light irradiation." Journal of Physics: Conference Series Vol 758 No IOP Publishing [10].H.M Pinheiro, O Thomas, E Touraud (2004), “Aromatic amines from azo dye reduction: status review with emphasis on direct UV spectrophotometric detection in textile industry wastewater”, Dyes Pigments, 61 121-139, [11] Y.M Slokar, A.M Le Marechal (1998), “Methods of decoloration of textile wastewater”, Dyes Pigments, 37, 335-356 [12] K Saito, A Ulyanenkov, V Grossomann, H Hess, L Bruegemann, H Ohta, T Kurosawa, S Ueki & H Funakubo (2006), “Structural characterization of BiFeO3 thin films by reciprocal space mapping”, J Applied Physics, 45, 7311-7314 [13] A Takagaki, C Tagusagawa, and K Domen (2008), “Glucose production from saccharides using layered transition metal oxide and exfoliated nanosheets as a water tolerant solid acid catalyst”, Chem Commun., pp 5363 5365 ... lại Vật liệu BiFeO3 vật liệu có tính chất đặc trƣng Từ vấn đề trên, với mong muốn góp phần nhỏ cho phát triển ngành vật liệu mới, em tiến hành nghiên cứu để tài:? ?Ứng dụng vật liệu BiFeO3 xử lý phẩm. .. tốt vật liệu chƣa nung; pH môi trƣờng axit mạnh hiệu xử lí cao; hiệu suất xử lí vật liệu tăng theo thời gian, sau 90 phút phẩm màu bị phân hủy hồn tồn; tăng lƣợng vật liệu hiệu xử lí vật liệu. .. vật liệu sau lần xử lí bị giảm nhƣng dung lƣợng xử lí vật liệu lớn chứng tỏ vật liệu có độ bền tốt, mang lại hiệu cao cho q trình xử lí Các kết thu đƣợc mở triển vọng phát triển áp dụng vật liệu