3.3. KẾT QUẢ XỬ LÝ HỆ FENTON FE(III) – OXALAT/ H2O2/ ÁNH SÁNG MẶT TRỜI VỚI FE(III) – OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN ĐỎ MẶT TRỜI VỚI FE(III) – OXALAT ĐƯỢC CHIẾT RA TỪ BÙN ĐỎ
3.3.1. Xây dựng đường chuẩn thuốc nhuộm
Sau khi thực hiện quét tìm bước sóng tối ưu trên máy đo quang UV – VIS Lambda 25, dãy dung dịch thuốc nhuộm sẽ được đo ở bước sóng 420.8 nm. Kết quả số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm được trình bày ở bảng 3.8.
Bảng 3.8. Số liệu xây dựng đường chuẩn nồng độ thuốc nhuộm
STT 1 2 3 4 5 6
Nồng độ thuốc
nhuộm (ppm) 0 20 40 60 80 100
Mật độ quang
44
Hình 3.9. Đồ thị đường chuẩn thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN
Phương trình đường chuẩn: y = 0.0147x + 0.0311; R2= 0.997.
Dựa vào phương trình đường chuẩn xác định được nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch sau xử lý và tính hiệu suất xử lý màu.
3.3.2. Kết quả khảo sát điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý thuốc nhuộm bằng Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời. Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời.
3.3.2.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu được trình bày ở Bảng 3.9.
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của pH đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu
pH Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng (ppm) Hiệu suất xử lý màu (%) 2 0.0447 0.925 99.54 3 0.0421 0.748 99.63 4 0.0396 0.578 99.71 5 0.0429 0.803 99.60 6 0.0588 1.884 99.06 y = 0.0147x + 0.0311 R² = 0.997 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 0 20 40 60 80 100 120 m ật độ quang C(ppm)
45
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm
Nhận xét: Từ kết quả trên Hình 3.10 cho thấy sự phân hủy màu tăng cao khi
pH tăng từ 2 đến 5 và sau đó giảm xuống khi pH > 5, hiệu suất phân hủy màu tốt nhất tại pH bằng 3 hoặc 4.
Giải thích: pH = 2 – 4 phức sắt oxalat ở dạng FeIII(C2O4)2- và FeIII(C2O4)33- tăng, các phức này phản ứng với H2O2 với tốc độ nhanh gấp 3 – 4 lần so với Fe2+ nên hiệu suất tăng dần. Ở pH cao (pH > 5) Fe(II) và Fe(III) tồn tại nhiều ở dạng Fe(II) – OH và Fe(III) – OH do sự tạo kết tủa với OH- làm cho tính quang hoạt giảm, lúc này hiệu suất tạo Fe2+ giảm nên hiệu suất khử màu cũng giảm rõ rệt. [8] Như vậy, xử lý thuốc nhuộm bằng Fenton Fe(III) – Oxalat có hiệu quả cao trong khoảng pH = 3 – 5 (so với Fenton cổ điển là pH = 2 – 4), do đó xử lý trong điều kiện này sẽ tiết kiệm được hóa chất hơn.
Như vậy chọn điều kiện pH = 4 để khảo sát quá trình tiếp theo.
3.3.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu được trình bày ở Bảng 3.10.
99 99.2 99.4 99.6 99.8 1 2 3 4 5 6 7 Hiệu suất (%) pH
46
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu Thời gian (phút) Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng (ppm) Hiệu suất xử lý màu (%) 30 0.3343 20.626 89.69 45 0.0393 0.558 99.72 60 0.0459 1.007 99.49 75 0.0504 1.313 99.34 90 0.1505 8.122 95.94
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm
Nhận xét: Dựa vào Bảng 3.10 và Hình 3.11 ta thấy quá trình xử lý Fenton
oxalat đạt hiệu suất cao từ khoảng 30 phút đến 75 phút (thời gian phản ứng cao hơn hệ Fenton thường). Hiệu suất đạt cao nhất khi cho phản ứng trong 45 phút.
Giải thích: Khi cho phức Fe (III) – oxalat tại pH = 4 thường tồn tại Fe3+
dưới dạng các phức FeIII(C2O4)2- và FeIII(C2O4)33- có tính quang hoạt cao nhưng chúng phải thực hiện các phản ứng sau để chuyển về Fe2+
: FeIII(C2O4)2- + h७ Fe2+ + C2O42- + C2O4-· 88 90 92 94 96 98 100 102 20 40 60 80 100 Hiệu suất (%) t (phút)
47 FeIII(C2O4)33- + h७ Fe2+
+ 2C2O42- + C2O4-· Fe2+ + 3C2O42- + H2O2 FeIII
(C2O4)33- + OH- + OH·
Do đó hiệu suất xử lý màu tăng khi thời gian tăng. Nhưng khi thời gian quá lâu (quá 75 phút) thì xảy ra các phản ứng sau làm giảm lượng HO· tạo thành nên hiệu suất cũng giảm theo:
H2O2 + OH· HO2· + H2O C2O42- + OH· 2CO2 + OH-
C2O4-· + O2 2CO2 + O2-· Fe2+ + O2-· Fe3+ + H2O2
Vậy chọn thời gian phản ứng là 45 phút để khảo sát các quá trình tiếp theo.
3.3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) – Oxalat
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu được trình bày ở Bảng 3.11.
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu
Nồng độ Fe(III) – Oxalat (ppm) Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng (ppm) Hiệu suất xử lý màu (%) 400 0.5121 32.721 83.64 600 0.3251 20.000 90.00 800 0.3072 18.782 90.61 1000 0.0317 0.041 99.98 1200 0.1166 5.816 97.09
48
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ phức Fe(III) - Oxalat đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm
Nhận xét: Các kết quả trong Hình 3.12 cho thấy hiệu suất chuyển hóa màu
có xu hướng tăng khi tăng nồng độ của phức Fe(III) – Oxalat tăng từ 400ppm đến 1000ppm và đạt giá trị cao nhất tại nồng độ phức sắt là 1000ppm (99.98%).
Giải thích: Phức sắt oxalat không chỉ tăng hiệu suất lượng tử cho sự khử
Fe3+ ở vùng UV mà còn mở rộng dải hấp thụ vào vùng khả kiến làm cho sự hấp thụ chiếu xạ tăng. Dưới điều kiện chiếu xạ, phức FeIII(C2O4)33- chuyển ion Fe3+ về Fe2+ một cách hiệu quả. Ion Fe2+
sinh ra phản ứng với H2O2 để hình thành gốc HO·. Kết quả là số lượng gốc HO· tăng lên, hiệu suất phân hủy tăng lên. Thêm vào đó, dưới điều kiện chiếu xạ FeIII
(C2O4)33- còn tạo ra H2O2 trong dung dịch phản ứng cung cấp thêm nguồn H2O2 để tiếp tục quá trình Fenton mặt trời. [22], [23] Tuy nhiên lượng H2O2 sinh ra không nhiều.
FeIII(C2O4)33- + h७ Fe2+ + 2C2O42- + C2O4-· C2O4-· + O2 CO2 + CO2-·
C2O4-· + O2 2CO2 + O2-· Hoặc CO2-· + O2 2CO2 + O2-·
O2-· + 2H+ O2 + H2O2
Nhưng khi tăng lên 1000ppm thì hiệu quả xử lý không đáng kể nữa do một 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 300 500 700 900 1100 1300 Hiệu suất (%) nồng độ phức (ppm)
49
phần Fe3+ có thể gây keo tụ, một phần tiêu tốn HO∙ sinh ra do phản ứng sau: C2O42- + HO∙ CO2 + CO2-· + OH-
Vì vậy chọn nồng độ của phức sắt oxalat là 1000ppm để khảo sát cho quá trình nghiên cứu tiếp theo.
3.3.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu được trình bày ở Bảng 3.12.
Bảng 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang và hiệu suất xử lý màu Nồng độ H2O2 (M) Mật độ quang A Nồng độ sau phản ứng (ppm) Hiệu suất xử lý màu (%) 0.1 0.0390 0.537 99.73 0.3 0.0380 0.469 99.77 0.5 0.0360 0.333 99.83 0.7 0.1030 4.891 97.55 0.9 0.2115 12.272 93.86
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm 93 94 95 96 97 98 99 100 101 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 Hiệu suấ t (%) [H2O2] (M)
50
Nhận xét: Kết quả từ Hình 3.13 cho thấy việc tăng nồng độ H2O2 0.1M đến 0.5M làm hiệu suất phân hủy màu tăng lên đến 99.83% sau 45 phút xử lý. Tuy nhiên khi giá trị nồng độ tăng hơn 0.5M thì hiệu suất bắt đầu giảm.
Giải thích: là do khi tăng nồng độ H2O2 gốc HO· được tạo ra nhiều theo các phản ứng sau: FeIII(C2O4)33- + h७ Fe2+ + 2C2O42- + C2O4-· C2O4-· CO2 + CO2-· FeIII(C2O4)33- + CO2-· Fe2+ + 2C2O42- + CO2 Tổng hợp những phản ứng trên thành: 2FeIII(C2O4)33- + h७ Fe2+ + 5C2O42- + CO2
Fe2+ sinh ra sẽ thực hiện phản ứng Fenton tạo HO· theo phản ứng: Fe2+ + H2O2 + C2O42- FeIII(C2O4)33- + OH- + HO·
Nhưng khi lượng H2O2 tăng cao sẽ có phản ứng giữa H2O2 với gốc HO· vừa mới sinh ra theo phản ứng [18]:
HO· + H2O2 H2O + HO2· Gốc HO2· còn làm giảm gốc HO· theo phương trình: HO· + HO2· H2O + O2
Kết quả lượng HO· giảm trong hệ thống phản ứng, từ đó độ phân hủy tăng lên không đáng kể. Ngoài ra,việc dư H2O2 nhiều vừa không kinh tế vừa ảnh hưởng đến môi trường.
51
Hình 3.14. Màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN trước và sau xử lý bằng Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời
52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Sau thời gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý màu thuốc nhuộm hoạt tính COLVAZOI YELLOW LC – 3RN bằng hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời” tôi rút ra được một số kết luận như sau:
1.1.Thành phần hóa học chính của bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng
Theo kết quả phân tích, hàm lượng Fe2O3 có trong bùn đỏ Tân Rai, Lâm Đồng là Fe2O3 : 42.05%.
1.2.Quá trình chiết phức sắt oxalat
Quá trình chiết sắt (III) oxalat tối ưu cho 1.000g bùn đỏ sau khi trung hòa bằng axit HCl 0.1M vào 55ml axit oxalic H2C2O4 1M đun trên bếp cách thủy ở 90°C trong thời gian 2h rồi ngâm 21h, hiệu suất của lượng sắt trong bùn được chiết ra dưới dạng phức sắt oxalat là 99.45%.
1.3.Quá trình Fenton hệ Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời
Điều kiện tốt nhất cho việc xử lý màu thuốc nhuộm dưới ánh sáng mặt trời là pH = 4, nồng độ H2O2 là 0.5M, nồng độ FeIII(C2O4)33- là 1000ppm, hiệu suất phân hủy màu đạt giá trị 99.83%.
2. KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu này đã góp phần tận dụng phế thải bùn đỏ trong công nghiệp sản xuất nhôm(Alumin) từ quặng bauxite để xử lý nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm, đặc biệt tận dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời góp phần giải quyết được tình trạng năng lượng ngày càng cạn kiệt và tiết kiệm được nhiều chi phí xử lý.
Chất xúc tác Fenton hệ Fe(III) – Oxalat có chi phí thấp, khoảng pH xử lý hiệu quả rộng hơn so với quá trình Fenton thông thường, do đó tiết kiệm được nhiều hóa chất.
53
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1]. Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh, Hóa học thuốc nhuộm,Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1995.
[2]. Bùi Xuân Vững, Giáo trình các phương pháp oxy hóa nâng cao, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2015.
[3]. Hoàng Thị Thu Thảo, Nghiên cứu xử lý thuốc nhuộm xanh metylen bằng bùn đỏ từ nhà máy Alumin Tân Rai Lâm Đồng, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2013.
[4]. Hướng dẫn lập báo cáo đánh giá tác động môi trường dự án dệt nhuộm, Cục Thẩm định và Đánh giá tác động môi trường, Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội, 2008.
[5]. Huỳnh Thị Hà Duy, Nghiên cứu chiết sắt từ bùn đỏ để xử lý nước thải dệt nhuộm sau hấp phụ bằng hệ Fenton cải tiến Fe(III) – Oxalat/ H2O2/ ánh sáng mặt trời, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2015.
[6]. Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, nhà cuất bản giáo dục, 2003.
[7]. Nguyễn Thị Hường, Bài giảng xử lý nước thải, Khoa Hóa, Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2016.
[8]. Nguyễn Thị Kim Yến, Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc trừ sâu Diazin bằng các tác nhân (Fenton UV) Fe2+/ UV/ H2O2, Fe(III) oxalate/ H2O2, luận văn Thạc sĩ khoa học, Đại học Đà Nẵng, 2012.
[9]. Nguyễn Trung Minh, Hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bauxit Bảo Lộc và định hướng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước thải, Tạp chí các Khoa học về Trái Đất, 2011.
[10]. Tài liệu Hướng dẫn sản xuất sạch hơn ngành dệt nhuộm, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Bộ Công thương, 2008.
[11]. Tài liệu hướng dẫn sử dụng hóa chất, Tiến sĩ Dieter Sedlak ( ngành Hóa). [12]. Thái Hữu Thịnh, Công nghệ luyện nhôm, Tạp chí Khoa học – Công nghệ
54 Nghệ An, số 7, 2014.
[13]. Trần Mạnh Lục, Hóa học hệ phân tán keo, Đại học Sư phạm Đà Nẵng, 2012. [14]. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung, Các quá trình oxy hóa nâng cao trong xử lý nước và nước thải, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
[15]. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002.
[16]. Phạm Thị Hà, Giáo trình các phương pháp phân tích quang học, Đại học Sư phạm Đà Nẵng,2008.
Tiếng Anh
[17]. Anna Goi, Advanced oxidation processes for water purification and soil remediation, Faculty of Chemical and Materials Technology, Department of Chemical Engineering.
[18]. Degradation of Orange G Induced by Fe(III)-Oxalate Complex in Irradiated Solution, XIAOXIA OU * , FENGJIE ZHANG, CHONG WANG and WUYUNNA College of Environment and Resource, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, P.R. China.
[19]. Huaili Zheng, Yunxia Pan, Xinyi Xiang, Oxydation of acidic dye Eosin Y by the solar photo – Fenton processes, Journal of Hazardous Materials, Volume 141, Issue 3, 2007.
[20]. Hzhou, D.W.Smith, Advanced technologies in water and wastewater treatment, J.Environ. Eng.Sci, 2002.
[21]. J.Jeong, J. Yoon, Dual roles of CO2•- for degrading synthetic organic chemmicals in the photo/ferrioxalat systems, Water reasearch, 3531-3540, 2004. [22]. Joonseon Jeong, Jeyong Yoon, pH effect on OH radical production in photo/ferrioxalat system, Water research, 23(9), 1073-1080, 2005.
[23]. L. Q. Huy, Research on alum extraction from the waste mud of BaoLoc Bauxite ore to produce flocculation for waste water treatment, 11th Conference of Science and Technology-HCMUT, 2009.
55
[24]. Malay Chaudhuri, Haii Zuhali and Augustine Chioma Affam,
Degradation of Pesticide Chlorothalonil by Visible Light-Responsive Photocatalyst Ferrioxalat and H2O2 under Solar Irradiation, International Journal of Photoenergy, Volume 2013, Article ID 435017, 2013.
[25]. Marianne E. Balmer and Barbara Sulzberger, Atrazine degradation in Irradiated Ion/Oxalat system: Effects of pH and oxalat, Environment Science and Technology,1999.
[26]. 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 industry waste, Industrial Engineering Chemistry Research, 43(7), pp, 2004. [27]. Xiaoli Dong, Wei Ding, Xiufang Zhang, Ximiao Liang, Mechanism and kinetics model of synthetic dyes by UV-Vis/H2O2/Ferrioxalat complexes, Dyes and Pigments, 74, pp, 2007.
Trang web [28].http://www.asianjournalofchemistry.co.in/User/ViewFreeArticle.aspx?ArticleI D=24_8_3 [29]. http://hoachatnhuomvai.com/nguon-goc-ra-doi-thuoc-nhuom-vai/ [30].http://doc.edu.vn/tai-lieu/luan-van-thiet-ke-he-thong-xu-ly-nuoc-thai-det- nhuom-9263/ [31]. http://vi.wikipedia.org/wiki/bùn_đỏ [32].http://vneconomy.vn/the-gioi/tham-hoa-bun-do-tai-hungary-bai-hoc-cay-dang- 20101009025241262.htm [33].https://voer.edu.vn/m/khai-quat-ve-xuat-khau-hang-det-may-o-viet-nam-va- vai-tro-cua-no-doi-voi-nen-kinh-te/ebe05f9f [34]. https://vi.wikipedia.org/wiki/B%C3%B9n_%C4%91%E1%BB%8F