Trong công việc hiện tại, đã báo cáo tổng hợp, tính chất và keo tụ hiệu quả của poly (acid acrylamide-co-acrylic) xử lý nước thải thuộc da. Những xưởng thuộc da thường sử dụng quá trình thuộc da rau để chế biến da sống và da.
Hình 3.14: Sơ đồ quy trình xử lý nước thải
4.1
4.2 Thí nghiệm
Acrylamide đã được tinh chế bằng cách kết tinh lại từ methanol và làm khô trong chân khơng dessicator ở nhiệt độ phịng.
Axit acrylic đã được tinh chế bằng phương pháp chưng cất giảm áp suất 35oC trong một stillpot , được gắn thông qua một bình ngưng có chứa xoắn đồng và đã được giữ trong tủ lạnh ở 10-15oC để tránh trùng hợp.
Các persulphate khơi mào, kali đã được kết tinh hai lần từ de - ion hóa nước và sấy khơ ở nhiệt độ phịng trong một dessicator chân không trước khi dùng. Tất cả các dung môi loại thuốc thử trong phịng thí nghiệm và khơng dung mơi được cất trước khi sử dụng.
Acrylamide-co-acrylic copolymer axit đã được tổng hợp trong môi trường nước tại 60oC sử dụng K2S2O8 như khơi mào.
Khoa Cơng nghiệ hố học
41
A 500 mL bình đáy trịn ba cổ đã được trang bị một máy khuấy qua hộp nhồi, condensor và một ống khí đầu vào. Bình phản ứng được nạp 100 ml nước de-ion hóa, số lượng cần thiết của acrylamide và axit acrylic (tỉ lệ mol nạp liệu, cân bằng trọng lượng, đa dạng giữa 1: 1-2: 1) và 7.4x10-5 mol kali persulphate.
Độ pH của hỗn hợp phản ứng được duy trì bằng cách thêm lượng cần thiết của dung dịch 0.5N sodium hydroxide để tạo hỗn hợp mong muốn của các monome.
Các bình được đặt trong một cốc nước và đồng trùng được tiến hành ở 60 ± 1 oC trong 2h dưới bầu khơng khí nitơ. Hỗn hợp phản ứng (chất lỏng dày) đã bị kết tủa bằng cách sử dụng methanol và tinh chế bằng cách hòa tan kết tủa trong nước, reprecipitating hai lần với methanol và acetone. Cuối cùng, nó được sấy khơ trong 24 h trong lị chân khơng.
Do đó các copolyme thu được đặc trưng bằng cách sử dụng IR (Perkin-Elmer 599 B), 13C NMR (Bruker WM-400, 20 MHz) sử dụng D2O là dung môi và 1,4-dioxane là chất kiểm tra nội bộ tại 30oC. 13C NMR Spectra đã được sử dụng để đánh giá các thành phần của copolyme theo phương pháp được đưa ra bởi Zurimendi et al.
Phân tích nguyên tố cũng xác định các thành phần của copolyme. Nhiệt độ thủy tinh hoá (Tg) của copolyme được xác định bằng Du-pont 910 khác biệt nhiệt lượng quét (DSC) với phân tích nhiệt 99XR. Các mẫu được quét tại một tốc độ làm nóng 20oC/phút với nhiệt độ ban đầu là 300oC.
Do tính chất hút ẩm của các mẫu lần đầu tiên họ được đun nóng đến 100oC trong 15 phút trước khi đo. Độ nhớt nội tại của copolyme được xác định bằng 0,2 M dung dịch natri sunfat dịch nước ở 25 ± 1oC.
Nghiên cứu keo tụ được thực hiện trong chất thải thuộc da (thu được từ xưởng thuộc da nằm ở Jajmau, Kanpur, Ấn Độ) nước ở nhiệt độ phịng (21-36oC) bằng bình chuẩn thử nghiệm. Cốc dung tích 1000 ml sử dụng một tốc độ khuấy khả biến (0-00 rpm). Trong mỗi cốc 500 mL nước thải đã được chuẩn bị và thêm lượng polyme cần thiết vào bằng ống tiêm. Lần khuấy đầu tiên được điều chỉnh đến 100 rpm trong 1 phút và sau đó tiếp tục với tổng thời gian là 10 phút ở 50 rpm. Lần khuấy sau đó dừng lại và được phép để yên nước thải trong 1h.
Một khối lượng đo được của mẫu từ mỗi cốc (có và khơng có polyme keo tụ) đã được thực hiện để xác định chất rắn lơ lửng. Phân tích các xưởng thuộc da thải cho thấy pH 8.0, điện tích âm, BOD cao và tổng cao và chất rắn lơ lửng (protein, muối vơ cơ, ...). Tổng hàm lượng chất rắn, hịa tan chất rắn lơ lửng và nội dung rắn của nước thải được xác định bằng các phương trình:
Tổng chất rắn (mg
l ) = (A − B) × 1000
dung tích mẫu (ml)
Trong đó:
A = trọng lượng cặn khô sau khi bay hơi của chất lỏng từ các mẫu+cuvet
B = khối lượng của cuvet
Tổng chất rắn hoà tan (mg
l ) = (A − B) × 1000
Khoa Cơng nghiệ hố học
42
Trong đó:
A = trọng lượng cặn khô sau khi bay hơi của chất lỏng từ lọc mẫu
B = khối lượng của nồi nấu kim loại
Chất rắn lơ lửng = Tổng chất rắn - Tổng chất rắn hòa tan
4.3 Các yếu tố ảnh hưởng
Như các monome chứa cực/nhóm khơng ion, phản ứng đồng trùng được thực hiện tại mơi trường có tính axit/độ pH cơ bản vừa phải, mà cuối cùng kiểm soát hàm lượng của acrylamide và axit acrylic trong copolyme.
Một vài thí nghiệm đã được thực hiện ở pH 2.0 và 12.0 sử dụng monome tỷ lệ monomer 1:1 với của 7,4 x l0-5 của chất khơi mào đã cho kết quả không mong muốn.
Ở pH 2.0, copolymer đã khơng thu được thậm chí sau 4 h do hình thức proton ít phản ứng, của acrylamide và ở pH 12.0, hỗn hợp phản ứng đã bị gel hóa trong khoảng 20 phút. Trong điều kiện này các giá trị pH 4,0 và 10,0 đã được lựa chọn để nghiên cứu thêm.
Tuy nhiên trong phạm vi pH giữa 2.0 và 6.0 hệ thống trải terpolymerization. Bảng 3.5 cho thấy các thành phần, nhiệt độ thủy tinh hoá và độ nhớt của copolyme được chuẩn bị ở pH 4,0 và pH 10,0 sử dụng tỷ lệ nạp liệu khác nhau của hai monome.
Hình 3.15 và 3.16 cho thấy phổ I3C NMR của các mẫu copolymer chuẩn bị bằng cách sử dụng tỷ lệ mol nạp liệu 2:1 của acrylamide axit acrylic ở pH 4,0 và 10,0, tương ứng. Các đỉnh cộng hưởng do các nguyên tử carbon của nhóm cacbonyl của amide xuất hiện gần 180 ppm carbon của nhóm cacbonyl acrylate gần 182 ppm (trong hình 3.15)
Hình 3.15: Quang phổ 13C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol nạp liệu 2:1, pH 4,0
Khoa Cơng nghiệ hố học
43
Hình 3.16: Quang phổ 73C NMR của poly (acid acrylamide-co-acrylic), tỷ lệ mol (W/W) 2:1, pH 10,0
và cacbonyl carboxylic như multiplet trong khu vực 185,0-187,2 ppm. Đỉnh cộng hưởng nguyên tử carbon của nhóm amide và carboxylic xuất hiện tương ứng tại 42 và 45 ppm. Đỉnh của nguyên tử carbon methylene xuất hiện tại 32 và 35 ppm.
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH và độ nhớt, thành phần và nhiệt độ thủy tinh hoá của co- polymers
Bảng 3.5 cho thấy độ nhớt, thành phần, nhiệt độ thủy tinh hoá của copolyme và tỷ lệ nạp liệu của hai monome ở mức pH khác nhau.
Rõ ràng từ bảng 3.5 thành phần của các copolyme về %mol của amide thu được bằng hai đường ở gần nhau, 72,82 mol% ở pH 10 và 62,84 mol% ở pH 4. Nó có thể được suy ra từ các kết quả thu được là các monomer acrylamide phản ứng trong môi trường cơ bản.
Tỷ lệ phản ứng của hai monome acrylamit và axit acrylic rl và r2, tương ứng được xác định bằng phương pháp Finemann và Ross. Các giá trị rl là 0,80 và 1,18 và giá trị r2 là 1,02 và 0,6 ở pH 4.0 và 10.0. Những giá trị của rl và r2 cho thấy sự gia tăng pH tăng rl cũng như các sản phẩm của hai tỷ lệ phản ứng. Việc tăng giá trị của sản phẩm của các tỷ lệ phản ứng cho thấy, tính ngẫu nhiên trong cấu trúc copolymer giảm với sự gia tăng pH. Giá trị của tỷ lệ phản ứng ở hai cấp độ pH chọn một lần nữa khẳng định rằng hàm lượng acrylamide trong copolymer tăng lên cùng với sự gia tăng pH.
Nhiệt độ chuyển thủy tinh hoá và độ nhớt của copolyme được chuẩn bị ở hai cấp độ pH khác nhau cho thấy sự gia tăng với sự gia tăng trong tỷ lệ nạp liệu của hai monome. Tại bất kỳ tỷ lệ nạp liệu tăng, pH tăng, Ts và rl do gia tăng trong hàm lượng
Khoa Cơng nghiệ hố học
44
amide của copolymer. Hiệu quả keo tụ của tất cả các mẫu copolymer được đánh giá bằng cách xác định phần trăm tổng số được loại bỏ và chất rắn lơ lửng có trong mẫu nước thải được xử lý.
Các thí nghiệm với một flocculant cụ thể được hoàn thành trong một ngày để tránh ảnh hưởng của nhiệt độ. Các thử nghiệm với từng flocculant được bắt đầu với liều thấp và được tăng dần, do đó liều tối ưu có thể đạt được. Rõ ràng từ cả hai con số tối ưu là 1 0,2 mg/L cho tất cả các mẫu copolymer. Việc tăng thêm liều polymer giảm việc loại bỏ các chất rắn từ nước thải.
Các copolymer xử lý trong môi trường kiềm và tỉ lệ mol 27,18% của axit acrylic xác định bằng phân tích nguyên tố và 13C NMR cho thấy việc loại bỏ chất rắn cao nhất, trong khi đó, các copolymer chuẩn bị trong mơi trường axit có 37.16% của axit acrylic cho thấy việc loại bỏ ít nhất là rắn. Nó được suy ra từ các kết quả mà các copolyme chuẩn bị trong môi trường kiềm là keo tụ tốt hơn cho máy thuộc da thải nước hơn so với các copolyme chuẩn bị trong môi trường axit. Hiệu quả keo tụ cũng đã được tìm thấy ngày càng tăng với tỉ lệ acrylamide và axit acrylic từ 1: 1 đến 2:1 để tạo thành copolymer.
Hình 3.17: Phần trăm của tổng số chất rắn loại bỏ với polymer, % mol của amide trong copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0, (4) 47,79; (5) 56,90; (6) 72,82; ở pH
Khoa Cơng nghiệ hố học
45
Hình 3.18: Phần trăm của các chất rắn lơ lửng được loại bỏ so với lượng polymer, % mol của amide trong copolymer, (1) 41,09; (2) 48,69; (3) 62,84 ở pH 4.0; (4) 47,79; (5) 56,90; (6)
72,82, ở pH 10,0