STT Tên hóa chất Độ tinh
khiết Mục đích sử dụng
1 Mono etanolamin AR Pha dung dịch khảo sát 2 Hydro peroxit 30% AR Chất oxi hóa
3 Sắt (III) sunfat AR Tác nhân dùng để biến tính 4 Natri hydroxit AR Điều chỉnh pH
5 Axit sunfuric 98% AR Điều chỉnh pH 6 Bùn thải quặng sắt Bản Cuôn Chế tạo xúc tác
2.1.2 Dụng cụ và thiết bị
Danh mục dụng cụ và thiết bị thí nghiệm được trình bày trên Bảng 2.2.
Bảng 2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
STT Tên dụng cụ, thiết bị Model Hãng sản xuất
1 Cốc thủy tinh các loại - -
2 Pipet các loại - -
3 Cốc nung sứ - -
4 Cân phân tích OHAUS Pioneer, Mỹ
5 Máy khuấy từ gia nhiệt RH basic 1 IKA, Đức
6 Tủ sấy 101-2 Huayue, Trung Quốc
7 Lò nung UAF 14/10 Lenton, Mỹ
Danh mục thiết bị phân tích được trình bày trên Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Thiết bị phân tích
STT Tên dụng cụ, thiết bị Model Nơi sản xuất
1 Máy ghi phổ hồng ngoại Tensor II Bruker, Đức 2 Kính hiển vi điện tử quét JEOL 2300 JEOL, Nhật Bản 3 Máy quang phổ nhiễu xạ tia X D8-ADVANCE Bruker, Đức
4 Máy hấp phụ và giải hấp khí N2 Tristar 3000 V6.07A Micromerictics, Mỹ
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp biến tính bùn thải quặng sắt
Bùn thải quặng sặt được biến tính bằng muối sắt (III) sunfat bằng phương pháp ngâm tẩm trong dung dịch. Hòa tan Fe2(SO4)3 trong 50 mL nước cất. Cho thêm 10 g bùn thải quặng sắt vào dung dịch trên, khuấy đều với tốc độ 200 vòng/phút, gia nhiệt lên 100 oC. Hỗn hợp rắn thu được sau khi nước bay hơi hoàn toàn được sấy ở 100 oC trong 12 giờ. Tiếp tục nung hỗn hợp trên ở nhiệt độ cao thu được mẫu bùn thải biến tính.
2.2.2 Phương pháp xác định đặc trưng vật liệu
2.2.2.1 Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại được ghi bằng thiết bị hồng ngoại Brucker Tensor II tại Viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN quân sự trong phạm vi số sóng 4000 - 500 cm-1.Từ đó, các nhóm chức chính có trong cấu trúc mẫu đo được xác định.
2.2.2.2 Xác định diện tích bề mặt riêng BET và phân bố lỗ xốp
Diện tích bề mặt riêng và phân bố lỗ xốp của bùn thải trước và sau biến tính được xác định bằng phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ khí N2 sử dụng thiết bị Micromerictics Tristar 3000 V6.07A tại Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Trước khi tiến hành xác định, mẫu vật liệu được xử lý chân khơng với khí N2 ở 250 oC trong vịng 5 giờ. Q trình hấp phụ được tiến hành ở nhiệt độ 77K. Đường đẳng nhiệt hấp phụ trong vùng P/Po nhỏ (0,05 - 0,26) được ứng dụng để đo diện tích bề
mặt riêng BET, cịn tồn bộ đường đẳng nhiệt hấp phụ dùng để xác định phân bố kích thước lỗ xốp. Đường phân bố kích thước lỗ xốp được tính theo cơng thức Barrett - Joyner - Halenda (BJH).
2.2.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)
Hình thái bề mặt vật liệu được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét SEM với độ phóng đại 1000 lần với thế gia tốc 15 kV. Hàm lượng của các thành phần trong mẫu vật liệu được xác định bằng phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia EDX bằng thiết bị EDX JEOL-2300 tại viện Hóa học - Vật liệu/Viện KH-CN quân sự.
2.2.2.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
Thành phần pha của mẫu vật liệu được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên thiết bị D8-ADVANCE (Bruker) trong điều kiện ống phát tia bằng Cu, góc quét thay đổi từ 10o-80o tại Viện Hóa học/Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.2.3 Phương pháp nghiên cứu phân hủy MEA bằng phương pháp Fenton dị thể sử dụng bùn thải quặng sắt biến tính dụng bùn thải quặng sắt biến tính
Cho một lượng bùn thải biến tính vào dung dịch MEA đã được điều chỉnh pH bằng H2SO4 1M. Cho thêm dung dịch H2O2 (30%) vào dung dịch trên, khuấy đều. Sau thời gian xử lý nhất định, dung dịch sau xử lý ở từng thời điểm được điều chỉnh lên pH=11 bằng dung dịch NaOH 1M. Hỗn hợp được tách bỏ bùn thải và đun hồi lưu trong 10 phút nhằm đuổi bỏ dư lượng H2O2 và xác định COD. Hiệu suất xử lý MEA trong dung dịch được tính tốn dựa trên chỉ số nhu cầu oxi hóa học theo cơng thức:
100 (%) o t o COD COD COD H
Trong đó, H là hiệu suất xử lý, CODo là nhu cầu oxi hóa hóa học của dung dịch MEA trước xử lý, CODt là nhu cầu oxi hóa hóa học của dung dịch sau xử lý trong khoảng thời gian t.
Chỉ số COD của dung dịch được xác định bằng phương pháp kali dicromat, với quy trình được mơ tả ngắn gọn như sau.
Đun hồi lưu mẫu thử với lượng kali dicromat đã biết trước khi có mặt của thủy ngân (II) sunfat và xúc tác bạc nitrat trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định. Trong q trình đó, một phần dicromat bị khử do sự có mặt của các chất có khả năng oxi hóa. Lượng dicromat cịn lại được chuẩn độ bằng sắt (II) amoni sunfat. Giá trị COD được tính từ lượng dicromat bị khử, 1 mol dicromat tương đương với 1,5 mol O2.
Các bước tiến hành được thực hiện theo TCVN 6491:1999: Chất lượng nước-Xác định nhu cầu oxy hóa học.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đặc tính và khả năng xúc tác của bùn thải biến tính phụ thuộc vào nhiều yếu tố, điển hình là: tỷ lệ muối sắt sử dụng, nhiệt độ nung và thời gian nung. Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố trên và tìm ra điều kiện chế tạo xúc tác tối ưu cho phép tiết kiệm thời gian, chi phí chế tạo đồng thời nâng cao hiệu suất xử lý MEA. Các xúc tác được chế tạo ở các điều kiện khác nhau được sử dụng để xử lý dung dịch MEA 250 mg/L có nhu cầu oxi hóa học là 864 mg/L. Hiệu suất xử lý được tính tốn theo phương pháp đã trình bày trong mục 2.2.3.
3.1 Ảnh hƣởng của các điều kiện chế tạo xúc tác
3.1.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải
Tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thành phần, đặc tính và hoạt tính của xúc tác. Sắt (III) sunfat được sử dụng làm tác nhân biến tính theo tỷ lệ lần lượt là 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5g/10g bùn thải, xúc tác được nung ở 400 oC trong 4 giờ. Mẫu tro bay trước biến tính được đặt tên là BT, các mẫu tro bay biến tính được đặt tên lần lượt theo tỷ lệ là 0,5Fe-BT; 1,0Fe-BT; 1,5Fe-BT; 2,0Fe-BT và 2,5Fe-BT. Kết quả phân tích hàm lượng các thành phần theo phương pháp XRD được trình bày trên Bảng 3.1.
Kết quả trên Bảng 3.1 cho thấy hàm lượng sắt tính theo Fe2O3 của mẫu bùn thải chưa biến tính khá cao (28,245 %). Mẫu bùn thải quặng sắt có hàm lượng Fe2O3 cao hơn hẳn so với tro bay [21], bùn đỏ [5].
Hàm lượng Fe2O3 trong mẫu có xu hướng tăng khi tỷ lệ Fe2(SO4)3 tăng. Hàm lượng Fe2O3 tăng từ 28,25 % đối với mẫu bùn thải chưa biến tính tăng lên 30,60 % khi tỷ lệ Fe2(SO4)3/bùn thải là 2,5/10. Trong khi đó, hàm lượng các oxit khác như Al2O3, SiO2 có xu hướng giảm dần khi hàm lượng Fe2O3 tăng, trong khi các thành phần khác ít thay đổi hơn. Điều này cho thấy thành phần sắt bổ sung vào cấu trúc bùn thải theo nguyên tắc trao đổi ion. Ngoài các thành phần được nêu trên Bảng 3.1, bùn sắt thải
trước và sau biến tính cịn chứa một số các kim loại khác có hàm lượng thấp như: lưu huỳnh, asen, đồng, kẽm.