5. Kết câu luận văn
2.2.5. Khảo sát quá trình phân hủy thuốc diệt cỏ Atrazine bằng hệ Fenton
Fenton Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời với phức sắt oxalat chiết ra từ bùn đỏ
Phức sắt oxalat được chiết ra để sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III) - oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để phân hủy 100ml dung dịch thuốc diệt cỏ Atrazine 28ppm, điều chỉnh các yếu tố như pH, nồng độ H2O2, nồng độ Fe3+, khuấy ngoài trời nắng (10h đến 14h), hút mẫu đem đo mật độ quang.
Fe3+ được chiết ra từ bùn đỏ tồn tại dưới dạng phức sắt oxalat, được xác định nồng độ thông qua đường chuẩn phức sắt oxalat. Vì vậy điều chỉnh nồng độ của sắt (III) bằng cách thay đổi thể tích của phức sắt oxalat thêm vào 100ml dung dịch Atrazine 28ppm, nồng độ của sắt (III) được tính trong toàn thể tích dung dịch.
Tương tự, thay đổi nồng độ H2O2 bằng cách thay đổi thể tích H2O2 đã được chuẩn lại bằng KMnO4 cho vào 100ml dung dịch Atrazine 28ppm, nồng độ H2O2 được tính trong toàn thể tích dung dịch.
a. Khảo sát ảnh hưởng của pH
dịch Atrazine 28ppm: [FeIII(C2O4)33-] = 50ppm, [H2O2] = 167ppm.
Điều chỉnh lần lượt pH dung dịch của các cốc trên là 2, 3, 4, 5, 6, 7. Đưa các cốc trên với các giá trị pH khác nhau ra ngoài nắng và khuấy, sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút hút 8ml mẫu mang đi đo quang và xác định hiệu suất phân hủy Atrazine.
b. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2
Cố định nồng độ của FeIII(C2O4)33- và giá trị pH trong 5 cốc chứa 100ml dung dịch Atrazine 28 ppm: [Fe(C2O4)33-] = 50ppm, pH đã khảo sát được ở mục 2.2.5.a.
Thay đổi nồng độ H2O2 trong dung dịch: 100ppm, 150ppm, 200ppm, 250ppm, 300ppm.
Đưa các cốc trên với các giá trị pH khác nhau ra ngoài nắng và khuấy, sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút hút 8ml mẫu mang đi đo quang và xác định hiệu suất phân hủy Atrazine.
c. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ FeIII(C2O4)33-
Cố định nồng độ của H2O2 và giá trị pH trong 5 cốc chứa 100ml dung dịch Atrazine 28 ppm: pH đã khảo sát được ở mục 2.2.5.a và [H2O2] khảo sát được ở mục 2.2.5.b.
Thay đổi [Fe(C2O4)33-] trong dung dịch: 15ppm, 25ppm, 50ppm, 75ppm, 100ppm.
Đưa các cốc trên với các giá trị pH khác nhau ra ngoài nắng và khuấy, sau 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút hút 8ml mẫu mang đi đo quang và xác định hiệu suất phân hủy Atrazine.
2.2.6. Khảo sát quá trình hấp phụ atrazine bằng bã bùn đỏ sau quá trình chiết sắt
a. Khảo sát bề mặt vật liệu bùn đỏ trước và sau khi chiết sắt
Đánh giá Hư hỏng Vật liệu (COMFA) - Tầng 5 nhà B2, số 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội để xác đinh bề mặt vật liệu trước khi hấp phụ.
b. Khảo sát yếu tố thời gian ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Atrazine
Lấy vào mỗi cốc 50ml thuốc diệt cỏ Atrazine có nồng độ 28 ppm, pH = 5.23. Cho vào mỗi cốc 0.50g VLHP. Khuấy đều dung dịch và VLHP bằng máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng (khoảng 300C) trong các khoảng thời gian lần lượt là: 10 phút; 20 phút; 30 phút; 40 phút; 50 phút; 60 phút. Sau đó lấy mẫu đi ly tâm, rồi đem dung dịch sau khi ly tâm đi đo mật độ quang để xác định nồng độ Atrazine tại thời điểm cân bằng. Ta thu được kết quả ảnh hưởng của thời gian khuấy đến quá trình hấp phụ Atrazine trong môi trường nước.
c. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
Lấy vào mỗi cốc 50 ml thuốc diệt cỏ Atrazine có nồng độ 28 ppm. Điều chỉnh pH của các dung dịch lần lượt là: 2.0; 3.0; 4.0; 5.0; 5.23; 6.0; 7.0; 8.0 (sử dụng dung dịch H2SO4 0.1N và NH4OH 0.1N để hiệu chỉnh pH). Cho vào mỗi cốc 0.50g VLHP. Khuấy đều dung dịch và VLHP bằng máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng (khoảng 300C) trong khoảng thời gian đã khảo sát tối ưu ở mục 2.5.1. Sau đó lấy mẫu đi ly tâm, rối đem dung dịch sau khi ly tâm đi đo mật độ quang để xác định nộng độ Atrazine tại thời điểm cân bằng. Ta thu được kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ Atrazine trong môi trường nước.
d. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến quá trình hấp phụ
Lấy vào mỗi cốc 50 ml thuốc diệt cỏ Atrazine có nồng độ 28 ppm, điều chỉnh pH đã được khảo sát tối ưu ở mục 2.5.2. Cho vào mỗi cốc có khối lượng khác nhau lần lượt là 0.40g; 0.45g; 0.50g; 0.55g; 0.60g VLHP. Khuấy đều dung dịch và VLHP bằng máy khuấy từ ở nhiệt độ phòng (khoảng 300C) trong khoảng thời gian đã khảo sát tối ưu ở mục 2.5.1. Sau đó lấy mẫu đi ly
tâm, rối đem dung dịch sau khi ly tâm đi đo mật độ quang để xác định nộng độ Atrazine tại thời điểm cân bằng. Ta thu được kết quả ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến quá trình hấp phụ Atrazine trong môi trường nước.
e. Khảo sát khả năng hấp phụ của VLHP và nguyên liệu
Lấy vào mỗi cốc 50 ml thuốc diệt cỏ Atrazine có nồng độ 28 ppm, điều chỉnh pH đã được khảo sát tối ưu ở mục 2.5.2. Cho vào khối lượng chất hấp phụ vào 02 cốc, một cốc chứa VLHP và một cốc chứa nguyên liệu đã được khảo sát tối ưu ở mục 2.5.3 rồi tiến hành hấp phụ thuốc diệt cỏ Atrazine với thời gian tối ưu đã được khảo sát ở mục 2.5.1.
f. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu - xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ
Cân 0.50 gam VLHP. Tiến hành hấp phụ thuốc diệt cỏ Atrazine có nồng độ thay đổi lần lượt là 21ppm; 24.5ppm;28 ppm; 31.5 ppm; 35ppm; 38.5ppm với các điều kiện hấp phụ tối ưu đã được khảo sát ở trên.
Từ các kết quả thu được, qua quá trình tính toán và vẽ đồ thị ta thấy quá trình hấp phụ tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich và Langmui
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. ĐƯỜNG CHUẨN THUỐC DIỆT CỎ ATRAZINE
Thực hiện quét tìm bước sóng hấp thu cực đại của atrazine trên máy đo quang UV-VIS Lambda 25 thu được phổ UV-VIS như được trình bày trong hình 3.1. Như đã thấy trong hình 3.1, mật độ quang của Atrazine đạt cực đại ở bước sóng = 273nm. Các phép đo quang thực hiện trong đề tài này đều được đo ở bước sóng này.
Hình 3.1. Bước sóng thuốc diệt cỏ Atrazine
Giá trị mật độ quang các mẫu thuốc diệt cỏ Atrazine 7ppm, 14ppm, 21ppm, 28ppm, 35ppm, được thể hiện ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Giá trị mật độ quang của Atrazine
C (ppm) 7 14 21 28 35
Mật độ
Hình 3.2. Đồ thị xây dựng đường chuẩn Atrazine
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa mật độ quang đo được với nồng độ atrzine trong các dung dịch chuẩn được trình bày trong hình 3.2. Hệ số tương quan hồi qui tuyến tính r2 = 0.9972 cho thấy sự tuyến tính rất tốt của phương trình hồi qui. Phương trình hồi qui tuyến tính thu được là y = 0.0343x +0.0525 với y là đại lượng mật độ quang và x là nồng độ dung dịch atrazine.
Dựa vào phương trình này để tính nồng độ dung dịch Atrazine trong các mẫu xử lý tại các thời điểm khác nhau khi khảo sát.
3.2. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CHÍNH CỦA BÙN ĐỎ TỪ NHÀ MÁY ALUMIN TÂN RAI, LÂM ĐỒNG ALUMIN TÂN RAI, LÂM ĐỒNG
Kết quả phân tích một số chỉ tiêu trong thành phần của bùn đỏ từ Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2.
Bảng 3.2. Một số chỉ tiêu phân tích bùn đỏ Alumin Tân Rai, Lâm Đồng
Thành phần hóa học Hàm lượng (% khối lượng)
Al2O3 14.5
Fe2O3 55.5
TiO2 2.63
CaO 0.99
MnO 0.10
Dựa vào kết quả % Fe2O3 ở bảng 3.2 để tính hiệu suất của quá trình chiết sắt từ bùn đỏ bằng hỗn hợp axit clohidric, axit sunfuric và axit oxalic.
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH CHIẾT SẮT TỪ BÙN ĐỎ 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn sắt oxalat 3.3.1. Xây dựng đường chuẩn sắt oxalat
Để xác định hiệu suất chiết sắt, chúng tôi tiến hành lập đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa mật độ quang đo ở bước sóng = 403nm [16] nồng độ dung dịch chuẩn phức sắt oxalat. Kết quả số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe(III) - Oxalat được trình bày ở bảng 3.3.
STT 1 2 3 4 5
Nồng độ Fe(III)-Oxalat
(ppm) 50 100 150 200 250
Hình 3.3. Đường chuẩn Fe(III) oxalat
Phương trình đường chuẩn sắt (III) oxalat: y = 0.0014x - 0.0202, r2 = 0.9995.
Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa mật độ quang đo được với nồng độ phức sắt (III) oxalat trong các dung dịch chuẩn được trình bày trong hình 3.3. Hệ số tương quan hồi qui tuyến tính r2 = 0.9995 cho thấy sự tuyến tính rất tốt của phương trình hồi qui. Phương trình hồi qui tuyến tính thu được là y = 0.0014x - 0.0202, với y là đại lượng mật độ quang và x là nồng độ dung dịch phức sắt (III) oxalat.
Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định lượng sắt trong bùn đỏ được chiết ra ở dưới dạng phức sắt (III) oxalat và tính hiệu suất chiết sắt.
3.3.2. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt từ bùn đỏ từ bùn đỏ
a. Kết quả khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat
Kết quả ảnh hưởng trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt oxalat được thể hiện ở bảng 3.4.
Bảng 3.4. Khảo sát trình tự tiến hành tạo phức sắt oxalat Trình tự Mật độ quang A Nồng độ sắt (III) - Oxalat (ppm) Hiệu suất chiết (%) Đun (1) 0.3195 2296.8 59.12 Ngâm (2) 0.3864 2774.6 71.42 Đun + Ngâm (3) 0.3953 2838.0 73.05 Ngâm + Đun (4) 0.2321 1672.5 43.05 Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Hình 3.4. Ảnh hưởng của trình tự tiến hành đến hiệu suất chiết sắt Nhận xét: Kết quả bảng 3.4 và hình 3.4 cho thấy khi cho hỗn hợp axit HCl, axit H2SO4 và axit oxalic vào bùn đỏ, tiến hành đun sau đó ngâm là tốt nhất. Chọn trình tự đun 1.000g bùn đỏ trong 20ml axit HCl 0.5M, 20ml H2SO40.5M và 40ml axit oxalic 0.5M, đun 2h ở 800C rồi ngâm 20h để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
b. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ của hỗn hợp axit HCl và axit H2SO4 đến quá trình chiết sắt (III) oxalat
Kết quả ảnh hưởng nồng độ hỗn hợp axit HCl và axit H2SO4 đến quá trình chiết sắt thể hiện ở bảng 3.5
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hỗn hợp axit HCl và axit H2SO4 đến quá trình chiết sắt oxalat
Nồng độ H2SO4 (M) Nồng độ HCl (M) Thời gian đun (h) Nhiệt độ đun (oC) Thời gian ngâm (h) Mật độ quang A Nồng độ phức sắt(*) (ppm) Hiệu suất chiết (%) 0.25 0.25 2 80 20 0.2914 2095.5 53.94 0.5 0.5 2 80 20 0.3895 2796.4 71.98 0.75 0.75 2 80 20 0.4172 2994.2 77.07 1 1 2 80 20 0.4378 3141.8 80.87 1.25 1.25 2 80 20 0.3590 2578.8 66.38 1.5 1.5 2 80 20 0.3214 2310.0 59.46 Tiến hành pha loãng 10 lần mẫu trước khi đo quang.
Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ hỗn hợp hai axit HCl và axit H2SO4 đến hiệu suất chiết sắt (III) oxalat
Nhận xét: Trong quá trình chiết sắt từ bùn đỏ, hỗn hợp hai axit HCl và axit H2SO4 kết hợp với axit H2C2O4 nhằm hoạt hóa hạt bùn. Hỗn hợp hai axit
HCl, axit H2SO4 sẽ tấn công lên bề mặt bùn đỏ làm cho bán kính hạt bùn càng bé và diện tích tiếp xúc bề mặt càng tăng quá trình chiết sắt diễn ra dễ dàng và hiệu quả hơn.
Từ kết quả trình bày ở bảng 3.5 và hình 3.5 cho thấy hiệu suất của quá trình chiết sắt tăng khi tăng nồng độ axit hoạt hóa nhưng hiệu suất chiết sắt sẽ giảm nếu nồng độ cao (lớn hơn 1M). Ở nồng độ hai axit HCl 1M và axit H2SO4 1M thì hiệu suất chiết sắt là tốt nhất.Do đó, chọn nồng độ axit HCl 1M và axit H2SO4 1M để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
c. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ của axit oxalic đến quá trình chiết sắt oxalat
Kết quả ảnh hưởng của nồng độ axit oxalic đến quá trình chiết sắt oxalat được thể hiện ở bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ axit oxalic đến quá trình chiết sắt Nồng độ H2C2O4 (M) Thời gian đun (h) Nhiệt độ đun (oC) Thời gian ngâm (h) Mật độ quang A Nồng độ Fe(III)- Oxalat (ppm) Hiệu suất chiết%) 0.25 2 80 20 0.3931 2822.1 72.64 0.5 2 80 20 0.3324 2389.0 79.88 0.75 2 80 20 0.4339 3113.4 80.14 1 2 80 20 0.4482 3216.0 82.78 1.25 2 80 20 0.3922 2815.8 72.48
Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ axit oxalic đến quá trình chiết sắt
Nhận xét: Trong quá trình chiết sắt từ bùn đỏ khi tăng dần nồng độ axit oxalic kết hợp với quá trình đun nóng ở nhiệt độ 800C thì khả khả năng kết tinh của H2C2O4 tăng lên làm hạn chế khả năng tạo phức sắt (III) oxalat.
Từ kết quả ở bảng 3.6 và hình 3.6 cho thấy khi cho axit HCl, axit H2SO4và axit oxalic vào trong bùn đỏ, ở nồng độ axit oxalic 1M là tốt nhất. Do đó, chọn nồng độ axit H2C2O4 1M để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
d. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thể tích của hai axit HCl và axit H2SO4
đến quá trình chiết sắt oxalat
Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Kết quả ảnh hưởng của thể tích hai axit HCl và axit H2SO4 đến quá trình chiết phức sắt oxalat được thể hiện ở bảng 3.7.
Bảng 3.7. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích của hai axit HCl và axit H2SO4
đến quá trình chiết sắt oxalat
Thể tích H2SO 4 (ml) Thể tích HCl (ml) Thời gian đun (h) Nhiệt độ đun (oC) Thời gian ngâm (h) Mật độ quang A Nồng độ phức sắt (ppm) Hiệu suất (%) 20 20 2 80 20 0.4320 3099.8 79.79 25 25 2 80 20 0.4592 3294.1 84.79 30 30 2 80 20 0.4313 3095.2 79.67 35 35 2 80 20 0.4363 3130.5 80.58 40 40 2 80 20 0.4241 3044.0 78.35 45 45 2 80 20 0.4156 2982.8 77.33
Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Hình 3.7. Ảnh hưởng của thể tích hai axit HCl và axit H2SO4 đến hiệu suất chiết sắt
Nhận xét: Kết quả thu được ở bảng 3.7 và hình 3.7 cho thấy ở thể tích axit HCl bằng 25ml và axit H2SO4 bằng 25ml (H2SO4:HCl = 1:1) là tốt nhất. Chọn trình tự đun 1.000g bùn đỏ trong 25ml axit HCl 1M, 25ml axit
H2SO41M và 40ml axit oxalic 1M đun 2h ở 800C rồi ngâm trong 20h để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
e. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến quá trình chiết phức sắt oxalat
Kết quả ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến quá trình chiết Fe(III) - oxalat thể hiện ở bảng 3.8. Pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Bảng 3.8. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích axit oxalic đến hiệu suất chiết sắt
Thể tích H2C2O4 1M (ml) Thời gian đun (h) Nhiệt độ đun (oC) Thời gian ngâm (h) Mật độ quang A Nồng độ phức sắt (ppm) Hiệu suất chiết (%) 20 2 80 20 0.3907 2804.9 72.20 30 2 80 20 0.3978 2855.5 73.50 40 2 80 20 0.4582 3287.1 84.61 50 2 80 20 0.4714 3381.8 87.05 60 2 80 20 0.4632 3322.8 85.53 70 2 80 20 0.3081 2214.8 57.01
Tiến hành pha loãng 10 lần các mẫu trước khi đo quang.
Nhận xét: Qua bảng 3.8 và hình 3.8.cho thấy ở thể tích dung dịch axit oxalic (1M) bằng 50ml thì khả năng tạo phức của axit oxalic đối với sắt có trong bùn đỏ là tốt nhất. Do đó chọn thể tích axit oxalic 1M là 50ml cho quá trình chiết sắt từ bùn đỏ để khảo sát các yếu tố tiếp theo.
Giải thích: Khi tăng dần thể tích axit oxalic thì khả năng tạo phức của sắt với axit oxalic tăng dần (20ml đến 50ml), đến khi lượng axit cho vào tạo phức nhất định (khoảng 50ml), sau đó tăng thể tích của axit oxalic thì lượng phức sắt tạo ra giảm.
g. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết sắt oxalat
Kết quả ảnh hưởng của thời gian đun đến quá trình chiết phức sắt oxalat