Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt II

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG & MÔI TRƢỜNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP XỬ LÝ PHẨM MÀU BẰNG KỸ THUẬT FENTON XỬ DỤNG VẬT LIỆU BIẾN TÍNH TỪ THAN TRẤU BẰNG MUỐI SẮT(II) NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG MÃ SỐ : 306 Giáo viên hướng dẫn : TS Vũ Huy Định : Th.S Đặng Thế Anh Sinh viên thực : Nguyễn Thị Phương Lan Mã sinh viên : 1453060955 Lớp : K59B – KHMT Khóa học : 2017 – 2018 Hà Nội, 2018 LỜI CẢM ƠN Thực kế hoạch đào tạo trƣờng Đại học Lâm nghiệp để đánh giá kết học tập sinh viên sau năm học làm quen với việc nghiên cứu khoa học Đƣợc đồng ý Khoa Quản lý TNR&MT, Bộ mơn Hóa Học tơi tiến hành thực khóa luận tốt nghiệp: “Xử lý phẩm màu kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu muối sắt(II)” Sau thời gian miệt mài nghiên cứu tơi hồn thành khóa luận Cho phép tơi đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Vũ Huy Định; ThS Đặng Thế Anh bảo tạo điều kiện để giúp đỡ tơi thực khóa luận Trong q trình thực tập phịng thí nghiệm, Trƣờng Đại học Lâm nghiệp nhận đƣợc giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Ban giám đốc trung tâm phân tích ứng dụng cơng nghệ địa khơng gian, thầy giáo tồn thể cán công nhân viên Trung tâm, xin chân thành cảm ơn Cuối xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân tồn thể bạn bè nhóm khóa luận giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn! Xuân Mai, ngày 10 tháng năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thị Phƣơng Lan i TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận tốt nghiệp: “Xử lý phẩm màu kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu muối sắt(II)” Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Đặng Thế Anh TS Vũ Huy Định Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Phƣơng Lan Chuyên ngành học: Khoa học môi trƣờng Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Chế tạo vật liệu có khả xúc tác cho q trình oxy hóa nâng cao xử lý hợp chất hữu khó phân hủy nƣớc thải Mục tiêu cụ thể: - Biến tính than trấu thành vật liệu có khả xúc tác cho trình Fenton - Xác định hình thái, đặc điểm thành phần than trấu sau biến tính biến tính - Tìm điều kiện thích hợp áp dụng phƣơng pháp Fenton dị thể xử lý loại bỏ phẩm màu RY 160 xúc tác than trấu biến tính - Áp dụng kỹ thuật Fenton/than trấu biến tính cho đối tƣợng phẩm nhuộm thông dụng khác Đối tƣợng nghiên cứu - Than trấu - Các phẩm màu: Màu đỏ cờ, màu đỏ sen, màu đỏ vang, màu xanh màu vàng đƣợc mua công ty TNHH Thƣơng mại Tân Hồng Phát – số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội - Muối Mohr Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu biến tính than trấu thành vật liệu có khả xúc tác - Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất sử dụng than trấu biến tính xử lý dung dịch phẩm màu ii - Áp dụng kỹ thuật Fenton/than trấu biến tính để xử lý cho mẫu nƣớc phẩm màu Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp biến tính than trấu muối sắt gia nhiệt - Phƣơng pháp xác định đặc trƣng bề mặt vật liệu (SEM), thành phần hóa học (EDX) - Phƣơng pháp lập đƣờng chuẩn tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm màu - Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu - Phƣơng pháp khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình Fenton/than trấu biến tính Những kết đạt đƣợc Các kết khóa luận thu đƣợc nhƣ sau: - Quy trình biến tính than trấu thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, ứng dụng cho trình Fenton dị thể phân hủy phẩm màu hữu Reactive Yellow 160 - Xác định đƣợc đặc trƣng vật liệu nhƣ kích thƣớc, tính chất bề mặt than trấu sau biến tính đƣợc xác định phƣơng pháp SEM, xác định đƣợc thành phần hóa học phƣơng pháp EDX Kết cho thấy bề mặt than trấu sau biến tính sần sùi, khơng trơn nhẵn, nhiều lỗ xốp, diện tích bề mặt lớn, tạo điều kiện cho q trình hấp phụ-oxi hóa Thành phần hóa học vật liệu sau biến tính có nhiều silic dạng SiO2, tăng khả hấp phụ vật liệu; đặc biệt xuất nguyên tố sắt (0,65%), khẳng định tham gia muối Mohr vào cấu trúc than trấu - Tìm đƣợc điều kiện thích hợp để tiến hành kỹ thuật Fenton, sử dụng than trấu biến tính cho mẫu phẩm màu Điều kiện thích hợp: lƣợng than trấu biến tính 1g/L; thể tích H2O2 30% 0,2ml ( nồng độ 0,435mM); pH=2, nhiệt độ phòng - Áp dụng xử lý tƣơng tự phẩm màu RY 160 cho phẩm màu phổ biến khác: DR 239, DR 224, AR 23 DB 199 cho hiệu xử lý cao iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.1 Nguồn phát sinh nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.2 Đặc tính nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.3 Khả gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thải ngành dệt nhuộm 1.2.Các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm nƣớc thải dệt nhuộm 1.2.1 Xử lý nƣớc thải phƣơng pháp học 1.2.2 Phƣơng pháp hóa lý 1.2.3 Phƣơng pháp sinh học 11 1.2.4 Phƣơng pháp hóa học 11 1.3.Tổng quan vật liệu biến tính than trấu 13 1.3.1 Đặc điểm cấu tạo thành phần 13 1.3.2 Ứng dụng than trấu 14 CHƢƠNG 2: MỤC TIÊU - ĐỐI TƢỢNG - NỘI DUNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 2.1.Mục tiêu nghiên cứu 15 2.2.Đối tƣợng nghiên cứu 15 2.3.Nội dung nghiên cứu 17 2.4.Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 17 2.4.1 Hóa chất 17 2.4.2 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 18 iv 2.5.Quy trình thực nghiệm 19 2.5.1 Biến tính than trấu 19 2.5.2 Khảo sát hoạt tính xúc tác 19 2.6.Các phƣơng pháp nghiên cứu 20 2.6.1 Phƣơng pháp xác định nồng độ phẩm màu 20 2.6.2 Phƣơng pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét ( SEM) 21 2.6.3 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDX) 21 2.6.4 Phƣơng pháp xử lý số liệu 21 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1.Nghiên cứu đặc trƣng bề mặt thành phần than trấu sau biến tính 22 3.1.1 Đặc trƣng bề mặt than trấu biến tính 22 3.1.2 Nghiên cứu thành phần than trấu sau biến tính 23 3.2.Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng xây dựng đƣờng chuẩn phẩm nhuộm 24 3.3.Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng hoạt tính đến điều kiện biến tính 28 3.3.1 Ảnh hƣởng lƣợng muối Mohr đƣa vào biến tính than trấu 29 3.3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung than trấu 30 3.3.3 Ảnh hƣởng thời gian nung than trấu 31 3.4.Khảo sát điều kiện thực phƣơng pháp Fenton dị thể 32 3.4.1 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác Ric-Fe(II) 32 3.4.2 Ảnh hƣởng nồng độ chất oxy hóa 33 3.4.3 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý 34 3.4.4 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Ric- Fe(III) 35 3.5.Khảo sát khả áp dụng trình Fenton/ Ric-Fe(III) cho phẩm màu thông dụng 36 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 37 TÀI LIỆU TAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ Ric–Fe(III) Than trấu biến tính RY 160 Reactive Yellow 160 DR 239 Direct Red 239 DR 224 Direct Red 224 AR 23 Axit Red 23 DB 199 Direct Blue 199 VLHP Vật liệu hấp phụ QCVN Quy chuẩn Việt Nam SEM Scanning Electron Microscope EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy UV - vis phổ tử ngoại khả kiến vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tổn thất thuốc nhuộm nhuộm loại xơ sợi Bảng 1.2 Nồng độ thuốc nhuộm nƣớc sông kết thuốc nhuộm thải loại công nghiệp dệt nhuộm Bảng 2.1 Các đặc tính phẩm màu 15 Bảng 2.2 Bảng công thức cấu tạo phẩm màu 16 Bảng 2.3 Hóa chất đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm 18 Bảng 2.4 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 18 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố than trấu sau biến tính 24 Bảng 3.2 Bƣớc sóng hấp thụ cực đại phẩm màu 25 Bảng 3.3 Đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm màu 28 Bảng 3.4 Hàm lƣợng muối Mohr đƣợc sử dụng để biến tính than trấu 29 vii DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu vật liệu sau biến tính kích thƣớc 50 µ𝑚 (a) 100 µ𝑚 (b) 22 Hình 3.2 Phổ EDX than trấu sau biến tính 23 Hình 3.3 Đƣờng chuẩn phẩm màu (a) RY 160; (b) DB 199; (c) AR 23; (d) DR 239; (e) DR 224 27 Hình 3.4 Ảnh hƣởng lƣợng Fe(II) đƣa vào biến tính than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 29 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 30 Hình 3.6 Ảnh hƣởng thời gian nung than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 31 Hình 3.7 Ảnh hƣởng hàm lƣợng xúc tác tới hiệu xử lý 32 Hình 3.8 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 tới hiệu xử lý 33 Hình Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất 34 Hình 10 Đồ thị biểu diễn khả tái sử dụng vật liệu 35 Hình 3.11 Hiệu suất xử lý phẩm màu khác 36 viii ĐẶT VẤN ĐỀ Môi trƣờng nhân tố có ảnh hƣởng định đến tồn phát triển ngƣời, quốc gia giới Chính bảo vệ mơi trƣờng đảm bảo phát triển bền vững vấn đề có tính sống cịn quốc gia tồn cầu Một vấn đề đặt cho nƣớc phát triển có Việt Nam cải thiện môi trƣờng ô nhiễm chất độc hại cơng nghiệp tạo Điển hình nhƣ ngành cơng nghiệp cao su, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc, luyện kim, xi ma, giấy, đặc biệt ngành dệt nhuộm phát triển mạnh mẽ chiếm kim ngạch xuất lớn Việt Nam Ngành dệt nhuộm phát triển từ lâu giới nhƣng hình thành phát triển 100 năm nƣớc ta Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải việc làm phù hợp với nƣớc phát triển khơng có cơng nghiệp nặng phát triển mạnh nhƣ nƣớc ta Hầu hết nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm nƣớc ta có hệ thống xử lý nƣớc thải nhiên nƣớc thải đầu chƣa đạt QCVN 13: 2015/BTNMT Nguyên nhân cơng ty, nhà máy cịn có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyền thống với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lƣợng nƣớc thải sau sản xuất hầu nhƣ không đƣợc xử lý, mà đƣợc thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳng xuống ao hồ, sơng, ngịi gây nhiễm nghiêm trọng tầng nƣớc mặt, mạch nƣớc ngầm ảnh hƣởng lớn đế sức khỏe ngƣời Trong năm gần có nhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp khác nhằm xử lý hợp chất hữu độc hại nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, sinh học, hóa học, phƣơng pháp điện hóa… phƣơng pháp có ƣu nhƣợc điểm định mặt kỹ thuật nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế quốc gia Trong việc xử lý hợp chất hữu độc hại phƣơng pháp hấp phụ kết hợp oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton hƣớng nghiên cứu đƣợc nhiều nhà khoa học nƣớc quan tâm nghiên cứu Bảng 3.3 Đường chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm màu Phƣơng trình tƣơng R2 STT Chất màu RY 160 y = 37,034x – 0,0013 0,9997 C= DR 239 y = 19,089x – 0,009 0,9999 C= DB 199 y = 26,971x – 0,0072 1,0000 C= DR 224 y = 32,627x – 0,0343 0,9993 C= AR 23 y=26,145x – 0,0262 0,9993 C= quan: y= ax+b C (g/L) Với mục đích loại bỏ màu phẩm nhuộm, tiến hành dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm nhuộm bƣớc sóng hấp thụ cực đại đặc trƣng Kết thực nghiệm xây dựng đƣờng chuẩn biểu thị tƣơng quan độ hấp thụ quang nồng độ phẩm màu vàng thể bảng 3.3 cho thấy Abs C có độ xác cao R2>99% Từ xác định đƣợc nồng độ phẩm màu (C) biết độ hấp thụ quang (Abs) theo công thức: C= (g/L) 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng hoạt tính đến điều kiện biến tính Mẫu than trấu biến tính phƣơng pháp ngâm tẩm gia nhiệt vật lý với quy trình biến tính nhƣ nêu phần 2.5.1, yếu tố quan trọng để biến tính than trấu nhƣ: lƣợng muối Mohr sử dụng, thời gian nung, nhiệt độ nung đƣợc khảo sát dƣới nhằm tìm điều kiện biến tính cho hiệu xử lý phẩm màu RY 160 cao Các mẫu sau biến tính đƣợc khảo sát hoạt tính cách sử dụng [Ric-Fe(III)] = g/L, ([RY 160] = 0,05 g/L, [H2O2] = 9,79 mM, pH 2, thời gian khuấy 120 phút, tốc độ khuấy 120 vòng/phút Điều kiện khảo sát đƣợc thử nghiệm với số mẫu 28 3.3.1 Ảnh hưởng lượng muối Mohr đưa vào biến tính than trấu Trong phản ứng Fenton, tác nhân OH• ảnh hƣởng trực tiếp đến khả phân hủy màu phẩm nhuộm Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến q trình tạo thành tiêu thụ gốc tự OH• , hàm lƣợng sắt yếu tố quan trọng Lƣợng muối Mohr đƣa vào ngâm tẩm với 10 g than trấu đƣợc thay đổi theo giá trị đƣa bảng 3.4, thời gian nung giờ, nhiệt độ nung 500oC Bảng 3.4 Hàm lượng muối Mohr sử dụng để biến tính than trấu STT Tên mẫu Than trấu (g) Muối Mohr (g) Fe (g) thêm M1 10 0,5 0,098 M2 10 1,0 0,197 M3 10 1,5 0,295 M1 100 M2 M3 HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 THỜI GIAN ( PHÚT) Hình 3.4 Ảnh hưởng lượng Fe(II) đưa vào biến tính than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) Kết thực nghiệm hình 3.4 thấy khơng có khác M2 M3 hiệu suất xử lý Cịn với M1 có khác rõ rệt thay đổi lƣợng muối Mohr, khẳng định vai trò việc bổ sung muối sắt bề mặt than trấu 29 với mẫu M1 cho hiệu suất xử lý thấp Khi tăng lƣợng muối Mohr từ M1 đến M3, hiệu suất xử lý tăng theo thời gian phản ứng, tăng hiệu suất gia tăng hàm lƣợng Fe(II) làm tăng số lƣợng gốc OH• Ảnh hƣởng lƣợng muối Mohr sử dụng để biến tính giải thích thơng qua phản ứng sau: Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO− + HO● Với mẫu than trấu biến tính từ M1 đến M3 cao sau 120 phút, đạt hiệu suất xử lý cao 81-94 % Các nghiên cứu Guivarch [12] nồng độ sắt thấp thúc đẩy phân hủy azobenzen, axit salicylic xanh malachit tốt so với nồng độ sắt cao Vì lý đó, để tránh làm ô nhiễm thứ cấp dung dịch sau xử lý hoàn tan lƣợng muối sắt lớn, hàm lƣợng muối Mohr tối ƣu đƣợc sử dụng bổ sung vào mẫu than trấu 1,0 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O /10 g than trấu tƣơng ứng với mẫu than trấu biến tính M2 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ nung than trấu Khảo sát nhiệt độ nung tối ƣu thí nghiệm biến tính than trấu khảo sát hoạt tính xúc tác thu đƣợc tiến hành nhƣ mục 3.3.1, nhƣng giữ cố định thời gian nung 1,0 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O /10 g than trấu, thực nhiệt độ nung khác 300oC, 400oC, 500oC 300 độ C 100 400 độ C 500 độ C HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 THỜI GIAN ( PHÚT) 0 20 40 60 80 100 120 Hình 3.5 Ảnh hưởng nhiệt độ nung than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 30 Các muối sắt sau ngâm tẩm, nung nhiệt độ cao chuyển thành dạng Fe2O3 phân bố cấu trúc than trấu, trở thành trung tâm phản ứng Dựa vào kết hình 3.5, nhiệt độ tăng từ 3000C – 5000C, hiệu suất tăng thời gian 60 phút 120 phút Tại thời gian 120 phút nhiệt độ nung cao 7695 % Tuy nhiên với nhiệt độ nung 5000C hiệu suất cao đạt 95% Nhƣ vậy, nhiệt độ nung tối ƣu đƣợc chọn để tiến hành nghiên cứu 500oC 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian nung than trấu Giai đoạn nung giai đoạn quan trọng để biến tính lƣợng muối Mohr ngâm tẩm than trấu thành dạng sắt (III) oxit, nhằm tạo trung tâm xúc tác thực phản ứng Fenton bề mặt pha rắn than trấu, khác biệt sử dụng xúc tác Fenton đồng thể dị thể, giúp việc tái sinh xúc tác đƣợc thuận lợi Tiến hành khảo sát thời gian nung than trấu nhằm tìm thời gian nung phù hợp để tổng hợp đƣợc mẫu xúc tác có hoạt tính tốt Để thực nghiên cứu này, ba mẫu xúc tác M2 đƣợc biến tính nhiệt độ nung 500oC nhƣng thời gian nung đƣợc thay đổi 1, 2, 100 giờ HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 THỜI GIAN ( PHÚT) Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian nung than trấu ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 31 120 Kết thí nghiệm ảnh hƣởng thời gian nung tới hiệu suất phân hủy RY 160 đƣợc thể hình 3.6 Tại thời gian 60 phút, thời gian nung đạt hiệu suất cao 79 % Tại 120 phút hiệu suất thấp thời gian nung đạt 38,2 %, thời gian nung hiệu suất cao đạt 91- 95 % Mẫu xúc tác nung cho hiệu vƣợt trội hẳn đạt 95 % Do thời gian nung tối ƣu đƣợc chọn 3.4 Khảo sát điều kiện thực phƣơng pháp Fenton dị thể Qua trình tìm hiểu xử lý phẩm màu nƣớc thải dệt nhuộm, cần lƣu ý đến yếu tố ảnh hƣởng đến trình xử lý nhƣ: Nồng độ chất oxy hóa H2O2, hàm lƣợng vật liệu, pH, nhiệt độ,…Sau kết nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu 3.4.1 Ảnh hưởng lượng xúc tác Ric-Fe(II) Trong trình Fenton dị thể, hiệu suất xử lý ảnh hƣởng mạnh hàm lƣợng xúc tác, lƣợng than trấu biến tính M2 tiến hành khảo sát giá trị 0,25 g/L, 0,5 g/L, g/L điều kiện cố định pH 2; nồng độ H2O2 9,79mM; nồng độ RY 160 0,05 g/L 100 0.25g/L 0.5g/L 1g/L HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 THỜI GIAN ( PHÚT) Hình 3.7 Ảnh hưởng hàm lượng xúc tác tới hiệu xử lý ([RY 160] = 0,05 g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2) 32 Kết khảo sát thể hình 3.7 cho thấy ảnh hƣởng mạnh hàm lƣợng chất xúc tác tới hiệu suất phân hủy phẩm màu Hàm lƣợng xúc tác 0,25 g/Lvà 0,5 g/L cho hiệu xử lý thấp thời gian 60 phút hiệu suất 26 – 39 %, 120 phút hiệu suất tăng 43 – 56 % Hiệu suất tăng mạnh hàm lƣợng xúc tác lên g/L đạt 95 % 120 phút.Việc tăng hàm lƣợng chất xúc tác vật liệu kéo theo tăng số lƣợng gốc tự OH● tạo thành, nên hiệu xử lý tăng nhanh Kết thực nghiệm cho thấy hàm lƣợng chất vật liệu phù hợp 1g/L giúp đạt hiệu suất xử lý cao Lƣợng vật liệu 1g/L đƣợc sử dụng cho khảo sát 3.4.2 Ảnh hưởng nồng độ chất oxy hóa Trong hệ phản ứng Fenton, nồng độ H2O2 yếu tố ảnh hƣởng mạnh tới hình thành tiêu thụ nhóm hydroxyl, định hiệu q trình xử lý Chúng tơi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng hydropeoxit mức nồng độ 2,45 mM; 4,89 mM; 9,79 mM) với mẫu xúc tác M2 đƣợc tối ƣu hóa thời gian nung nhiệt độ nung nhƣ với hàm lƣợng xúc tác sử dụng g/L; điều kiện khác trình xử lý đƣợc giữ cố định pH , nồng độ RY 160 0,05 g/L Sự ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 tới hiệu suất phân hủy phẩm màu đƣợc thể hình 3.8 100 2.45mM 4.89mM 9.79mM HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 THỜI GIAN ( PHÚT) Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ H2O2 tới hiệu xử lý ([RY 160] = 0,05 g/L; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) 33 120 Thấy hiệu xử lý tăng nồng độ H2O2 tăng từ 2,45 mM lên đến 9,79 mM, Sự chênh lệch hiệu suất thay đổi lƣợng H2O2 cao thời gian 120 phút từ 33 % lên 95 % Ở thời gian 60 phút hiệu suất cao đạt 80 % với nồng độ H2O2 9,79 mM Trong vùng khảo sát này, ảnh hƣởng tới hiệu suất xử lý nồng độ H2O2 đƣợc giải thích việc tăng hàm lƣợng H2O2 làm tăng số lƣợng gốc tự dung dịch đƣợc thể qua phản ứng: H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH− + OH· Nhƣ nồng độ H2O2 (30 %) vùng khảo sát 9,79 mM cho hiệu suất tốt nhất, nồng độ H2O2 đƣợc sử dụng cho nghiên cứu 3.4.3 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất xử lý Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng than trấu biến tính đƣợc tiến hành đo Abs khoảng thời gian cách 10 phút, khảo sát để thể tăng nồng độ RY 160 theo thời gian Kết đƣợc thể hình 3.9 100 Hiệu suất 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 thời gian ( phút) Hình Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất ([RY 160] = 0,05g/L; [H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) Qua kết quả, hiệu suất tăng theo thời gian Sau 10 phút đạt 17 %, sau 20 phút đạt 24 %, sau 30 phút đạt 28 %, sau 40 phút đạt 50 %, sau 60 phút đạt 34 67 % Sau 90 phút, trình xử lý đạt hiệu suất 92 % Phẩm màu RY 160 bị loại bỏ gần nhƣ hoàn toàn, nên hiệu suất tăng chậm sau 90 phút thời gian 120 phút hiệu suất đạt 95 % 3.4.4 Khảo sát khả tái sử dụng vật liệu Ric- Fe(III) Một ƣu điểm bật kỹ thuật Fenton dị thể so với Fenton đồng thể khả tái sử dụng xúc tác sau phản ứng mà không cần trải qua nhiều q trình phức tạp, hao tổn hóa chất nghiên cứu này, dung dịch sau xử lý đƣợc lọc thu hồi vật liệu xúc tác giấy lọc, sau đem giấy lọc sấy khơ qua đêm 500C đem tái sử dụng tƣơng tự nhƣ điều kiện lần 1: g/L vật liệu, nồng độ H2O2 19,6 mM, pH 2; nồng độ RY 160 0,1 g/L Thu đƣợc kết nhƣ sau: sử dụng lần 100 tái sử dụng ( lần 2) HIỆU SUẤTT 80 60 40 20 0 20 40 60 THỜI GIAN( PHÚT) 80 100 120 Hình 10 Đồ thị biểu diễn khả tái sử dụng vật liệu Từ kết hình 3.10 cho thấy khả tái sử dụng vật liệu tốt Tái sử dụng lần 2, hiệu suất xử lý đạt 57 % Đây ƣu điểm phƣơng pháp Fenton dị thể xử lý xúc tác Ric – Fe(III) so với phƣơng pháp Fenton đồng thể Khắc phục đƣợc nhƣợc điểm Fenton đồng thể 35 3.5 Khảo sát khả áp dụng q trình Fenton/ Ric-Fe(III) cho phẩm màu thơng dụng Tiếp tục nghiên cứu điều kiện tƣơng tự nhƣ RY 160 phẩm màu Direct Red 239 (đỏ cờ), Direct blue 199 (xanh), Direct Red 224 (đỏ sen), Axit red 23 (đỏ vang) với mẫu xúc tác điều kiện xử lý tối ƣu Kết thí nghiệm đƣợc thể hình 3.11 DR 224 DB 199 DR 239 AR 23 100 HIỆU SUẤT (%) 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 THỜI GIAN (PHÚT) Hình 3.11 Hiệu suất xử lý phẩm màu khác ([H2O2] = 9,79 mM; pH 2; [Ric-Fe(III)] = g/L) Kết xử lý hình 3.11 cho thấy hiệu suất xử lý phẩm màu đỏ vang đỏ cờ nhƣ sau 60 phút đạt 42 %, phẩm màu đỏ sen đạt 53 % , phẩm màu xanh đạt 18 % Sau 120 phút màu đỏ vang đỏ cờ có chênh lệch hiệu suất, màu đỏ cờ đạt 71 %, đỏ vang đạt 64 %, màu xanh đạt 34 %, màu đỏ sen cho hiệu suất cao đạt 74 % Để nâng cao hiệu suất xử lý cho phẩm màu xanh, ta tiến hành khảo sát điều kiện thêm chất xúc tác kéo dài thời gian xử lý Nhƣ khả áp dụng kỹ thuật Fenton sử dụng than trấu biến tính tùy thuộc vào loại phẩm nhuộm Đặt yêu cầu để mở rộng khả ứng dụng phƣơng pháp vào thực tiễn 36 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở kết đạt đƣợc, rút số kết luận sau đây: Biến tính thành cơng than trấu thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, ứng dụng cho q trình Fenton dị thể phân hủy phẩm màu hữu Reactive Yellow 160 điều kiện nhiệt độ nung 5000C, thời gian nung giờ, khối lƣợng muối Mohr g cho 10 g than trấu Xác định đặc trƣng vật liệu than trấu sau xúc tác: Hình thái bề mặt sần sùi, khơng trơn nhẵn, nhiều lỗ xốp, diện tích bề mặt lớn, tạo điều kiện cho q trình hấp phụ-oxi hóa Thành phần hóa học vật liệu sau biến tính có nhiều silic dạng SiO2, tăng khả hấp phụ vật liệu; đặc biệt xuất nguyên tố sắt (0,65%), khẳng định tham gia muối Mohr vào cấu trúc than trấu Xử lý thành công phẩm màu RY 160 nồng độ 0,05g/L đạt 95 % 120 phút, với lƣợng than trấu xúc tác g/L; nồng độ H2O2 9,79 mM; pH Áp dụng xử lý tƣơng tự phẩm màu RY 160 cho phẩm màu phổ biến khác, kết với DR 239 (71%), DR 224 (74%), AR 23(63%) DB 199 (34%) Tồn Nghiên cứu tiến hành thời gian ngắn, nhiều vấn đề chƣa đƣợc đề cập đến, chƣa đƣợc nghiên cứu: - Cơ chế cụ thể phản ứng Fenton dị thể với xúc tác than trấu biến tính - Chƣa xem xét đầy đủ thành phần bề mặt vật liệu trƣớc biến tính Kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu với xúc tác than trấu nhằm nâng cao hoạt tính xúc tác khả tái sử dụng Áp dụng q trình Fenton biến tính than trấu xử lý tải lƣợng COD mẫu phẩm màu mẫu nƣớc thải dệt nhuộm 37 TÀI LIỆU TAM KHẢO [1] Phạm Thị Minh (2013), Nghiên cứu đặc điểm trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa, Luận án tiến sĩ – Viện Hàn Lâm Khoa Học Công Nghệ Việt Nam – Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới [2] Trần Chí Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thu UV-vis, Nhà xuất đại học quốc gia, Hà Nội [3] Đặng Thế Anh (2016), Loại bỏ phẩm màu hữu vật liệu thải biến tính, luận văn thạc sĩ khoa học, Hà Nội [4] Phạm Thị Minh (2013), Nghiên cứu đặc điểm q trình khống hóa số hợp chất hữu họ azo nước thải dệt nhuộm phương pháp Fenton điện hóa, luận án tiến sỹ hóa học, Hà Nội [5] Bùi Văn Năng (2010), “Phân tích mơi trường”, Bài giảng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp [6] Bùi Văn Năng ( 2015), “Thực hành phân tích mơi trường” Bài giảng trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam [7] Nguyễn Thị Hƣờng (2009), Hiệu xử lý nước thải dệt nhuộm hai phương pháp đơng tụ điện hóa oxy hoa hợp chất Fenton, Tạp chí Khoa học Công nghệ đại học Đà Nẵng, số 6, tr 102-106 [8] Đặng Xuân Việt (2007), Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [9] Trung tâm công nghệ xử lý môi trƣờng, Bộ tƣ lệnh hóa học, 2003 [10] Đặng Trấn Phịng ( 2004), “Sinh thái mơi trường dệt nhuộm”, NXB Khoa học Kỹ Thuật [11] Đặng Trấn Phòng (2005), “Xử lý nước cấp nước thải dệt nhuộm”, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [12] Trần Anh Khoa, Nguyễn Phan Khánh Thịnh, Phan Đình Tuấn, Khảo sát khả xử lý nước than hoạt tính sản xuất từ trấu, Tạp chí mơi trƣờng số chuyên đề I, 2017 [13] Guivarch E (2004), Traitement des polluants organiques en milieux aqueux par le procédé électrochimique d’oxydation avancée « Electro-Fenton » Application la minéralisation des colorants synthétiques, La-Vall PHỤ LỤC Bảng Kết xây dựng đƣờng chuẩn nồng độ độ hấp thụ quang phẩm màu : Abs-RY Abs-DB Abs-DR Abs-DR Abs-AR 160 199 224 239 23 0.05 1.86 1.343 0.729 0.947 1.282 0.025 0.903 0.665 0.369 0.467 0.629 0.0125 0.462 0.327 0.186 0.223 0.299 0.00625 0.235 0.161 0.083 0.114 0.118 0.003125 0.121 0.081 0.047 0.053 0.074 STT C (g/L) Bảng Kết xử lý phẩm màu hữu với hàm lƣợng muối Mohr than trấu t ( phút) Hiệu suất (%) 0,5 g 1g 1,5 g 0 0 60 49,37 79,19 78,96 120 81,10 94,78 94,03 Bảng Kết xử lý phẩm màu hữu vật liệu biến tính với nồng độ H2O2 khác t ( phút) Hiệu suất (%) 2,45 mM 4,89 mM 9,79 mM 0 0 60 23,99 41,28 79,19 120 32,41 63,67 94,78 Bảng Kết xử lý phẩm màu hữu vật liệu biến tính đƣợc nung nhiệt độ khác t ( phút) Hiệu suất (%) 3000C 4000C 5000C 0 0 60 38,64 43,53 79,19 120 75,863 69,12 94,78 Bảng Kết xử lý phẩm màu hữu vật liệu biến tính đƣợc nung thời gian khác t ( phút) Hiệu suất (%) giờ 0 0 60 50,90 38,23 79,19 120 90,51 54,34 94,78 Bảng Kết khảo sát ảnh hƣởng lƣợng xúc tác tới trình xử lý theo thời gian (phút) nồng độ RY 160 (g/L) t ( phút) Hiệu suất (%) MRic-Fe(III)= 0,25 g/L MRic-Fe(III)= 0,5 MRic-Fe(III)= g/L g/L 0 0 60 25,78 39,20 79,19 120 42,54 55,55 94,78 Bảng Kết khảo sát ảnh hƣởng phẩm màu: DR 224 (đỏ sen), AR 23 (đỏ vang), DR 239 (đỏ cờ), DB 199(xanh) tới trình xử lý t ( phút) Hiệu suất (%) DR 224 AR 23 DR 239 DB 199 0 0 60 52,34 41,31 42,42 17,77 120 74,26 63,38 70,55 33,92 Bảng Kết khảo sát ảnh hƣởng tái sử dụng xúc tác Ric- Fe(III) tới trình xử lý theo thời gian(phút) nồng độ RY 160 (g/L) Hiệu suất (%) t ( phút) sử dụng lần tái sử dụng (lần 2) 0 60 34,28 23,77 120 66,85 57,67 Bảng Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất xử lý t (phút) Hiệu suất (%) 0 10 17,05 20 23,56 30 28,10 40 50,35 50 67,48 60 76,84 90 91,63 120 94,78 ... phần than trấu sau biến tính biến tính - Tìm điều kiện thích hợp áp dụng phƣơng pháp Fenton dị thể xử lý loại bỏ phẩm màu RY 160 xúc tác than trấu biến tính - Áp dụng kỹ thuật Fenton/ than trấu biến. .. việc sử dụng chúng vào chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nƣớc thải cịn đƣợc quan tâm Xuất phát từ lý trên, chọn đề tài:” Xử lý phẩm màu kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than. .. phần than trấu sau biến tính biến tính - Tìm điều kiện thích hợp áp dụng phƣơng pháp Fenton dị thể xử lý loại bỏ phẩm màu RY 160 xúc tác than trấu biến tính -Áp dụng kỹ thuật Fenton/ than trấu biến