Kết quả cho thấy, khi không được chiếu sáng, hiệu suất phân hủy E-3G thấp, chỉ đạt 42,6% sau 120 phút. Khi được chiếu sáng bằng nguồn UV và nguồn sáng thường đèn compact , thời gian chiếu sáng tăng thì hiệu suất phân hủy E-3G tăng. Với thời gian là 120 phút thì hiệu suất phân hủy E-3G đạt 97,5% trong điều kiện chiếu UV và đạt 94,1% trong điều kiện ánh sáng thường.
3.3.2.5. Nghiên cứu ứng dụng quá trình quang Fenton sử dụng xúc tác inmenit biến tính để xử lý phẩm màu vàng phân tán E-3G, vàng axit 2R và inmenit biến tính để xử lý phẩm màu vàng phân tán E-3G, vàng axit 2R và vàng hoạt tính 3RS
Tiến hành nghiên cứu ứng dụng ở các điều kiện thích hợp đã lựa chọn.
0 20 40 60 80 100 120 0 30 60 90 120 150 % p h ân h ủ y E 3G Thời gian phút Không chiếu sáng Chiếu UV Chiếu sáng đèn compact 36W
- Phản ứng được tiến hành ở hai điều kiện ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến đèn compact với pH 4,5; nồng độ H2O2 lựa chọn là 1,62 mM, lượng vật liệu là 1,33g/l.
- Các dung dịch phẩm màu vàng ban đầu ký hiệu là 2R -1; 3RS-1; E- 3G-1 có nồng độ 200 mg/l.
- Tiến hành phân hủy các phẩm mầu trong điều kiện khuấy trong bóng tối là 30 phút sau đó đem chiếu sáng bằng nguồn UV và ánh sáng khả kiến đèn compact 30 phút ta thu được các mẫu sau xử lý ký hiệu là 2R-2; 3RS-2; E-3G-2.
- Tiến hành phân hủy các phẩm mầu trong điều kiện khuấy trong bóng tối là 30 phút sau đó đem chiếu sáng bằng ánh sáng thường đèn compact 30 phút ta thu được các mẫu sau xử lý ký hiệu là 2R-3; 3RS-3; E-3G-3.
Hiệu suất phân hủy E-3G, 2R, 3RS được thể hiện trên bảng 3.16.
Cả 09 mẫu trên được đem phân tích sắc ký HPLC trên thiết bị LC-MS Agilent 1260 Series Single Quadrupole LC/MS Systems tại Phòng hoạt chất sinh học- Viện Hoá sinh biển – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Pha động sử dụng hệ dung môi: ACN/H2O với gradient được thiết lập
như sau:
Thời gian (phút ) % ACN % H2O
0 10 90
20 100 0
27 100 0
- Bước sóng phân tích: 420nm, lượng mẫu bơm: 2 µL; tốc độ dịng: 0,5 mL/phút.
- Các mẫu phân tích đều được lọc qua màng lọc 0,45µL trước khi bơm vào hệ thống LC/MS.
Hình 3.35. Sắc ký đồ HPLC của các dung dịch phẩm màu vàng trước và sau xử lý
2R ban đầu
Sau xử lý dưới UV
Sau xử lý dưới ánh sáng khả kiến
3RS ban đầu
Sau xử lý dưới UV
Sau xử lý dưới ánh sáng khả kiến
E-3G ban đầu
Sau xử lý dưới UV
Bảng 3.16. Hiệu suất phân hủy E-3G, 2R, 3RS trong điều kiện ánh sáng UV và ánh sáng khả kiến
Phẩm màu
% phẩm màu phân hủy
Chiếu UV Ánh sáng khả kiến
E-3G 94,5 92,8
2R 94,3 90,1
3RS 96,0 93,0
Kết quả phân tích cho thấy hiệu quả xử lý đối với cả 3 loại phẩm màu vàng đều rất tốt. Đặc biệt khơng có sự khác biệt về hiệu suất xử lý trong vùng UV và vùng ánh sáng thường trên cả 3 loại phẩm màu vàng axit 2R, vàng hoạt tính 3RS và vàng phân tán E-3G. Sắc ký đồ HPLC cho thấy các mẫu sau xử lý khơng cịn tồn tại các pic tương ứng với pic của phẩm màu ban đầu, cho thấy phẩm màu đã được phân hủy gần như hoàn toàn. Sắc đồ HPLC cũng cho thấy khơng có pic lạ xuất hiện đối với các mẫu sau xử lý, điều này chứng tỏ không tồn tại các hợp chất trung gian sau xử lý. Như vậy có thể nói inmenit có hoạt tính xúc tác cao, ứng dụng trong q trình Fenton để xử lý phẩm màu vàng rất tốt ngay trong điều kiện ánh sáng khả kiến gần như hồn tồn. Sản phẩm của q trình khống hóa có thể là CO2, H2O, và một số các hợp chất vô cơ khác [52].
3.4. BƯỚC ĐẦU THĂM DÒ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG XÚC TÁC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM, LÀNG NGHỀ DƯƠNG NỘI, HÀ NỘI LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM, LÀNG NGHỀ DƯƠNG NỘI, HÀ NỘI
Mẫu nước thải dệt nhuộm được lấy trực tiếp tại bể thu gom nước thải dệt nhuộm của Công ty TNHH An Huy thuộc phường Dương Nội, quận Hà Đông, Hà Nội.
Nước thải được lấy trong điều kiện cơ sở dệt nhuộm đang hoạt động bình thường. Phẩm màu được sử dụng trong dệt nhuộm tại cơ sở gồm nhiều loại phẩm màu như phẩm màu phân tán, axit, hoạt tính, trực tiếp, có pha thêm các hỗn hợp để in và các phụ gia khác, mẫu nước có màu vàng.
Mẫu được xử lý trên chất xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính với các điều kiện cho q trình xử lý cụ thể như sau
* Fe-TiO2/diatomit
- COD ban đầu của nước thải 575 mg/l - pH = 4
- Lượng chất xúc tác 7g/l - Nồng độ H2O2 0,97 mM
- Nguồn chiếu sáng: đèn compact 36W. * Inmenit biến tính
- COD ban đầu của nước thải 575 mg/l - pH = 4,5
- Lượng chất xúc tác 1,33 g/l - Nồng độ H2O2 1,62 mM
- Nguồn chiếu sáng: đèn compact 36W.
Bảng 3.17. Kết quả chuyển hóa COD của mẫu nước thải dệt nhuộm trên xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính
Thời gian phút
Fe-TiO2/diatomit Inmenit biến tính COD sau xử lý mg/l Hiệu suất loại bỏ COD % COD sau xử lý mg/l Hiệu suất loại bỏ COD % 30 255 55,6 275 52,2 60 189 67,1 198 65,6 120 138 76,0 167 71,0 180 125 78,3 148 74,3 240 97 83,1 135 76,5
Kết quả thu được (Bảng 3.17) cho thấy, giá trị COD của mẫu nước thải sau 4 giờ chiếu sáng giảm từ 575 mg/l xuống còn 97 mg/l với xúc tác Fe- TiO2/diatomit và 135 mg/l với xúc tác inmenit biến tính. So sánh với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành về nước thải công nghiệp dệt nhuộm QCVN 13-MT 2015/BTNMT và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40 2011/BTNMT cột B thì các giá trị COD sau xử lý đều thỏa mãn giới hạn cho phép. Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng vật liệu xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính vào thực tiễn để xử lý nước thải dệt nhuộm nói riêng và nước thải chứa các hợp chất hữu cơ bền nói chung, góp phần bảo vệ mơi trường và phát triển bền vững ngành công nghiệp dệt nhuộm.
KẾT LUẬN
1. Vật liệu Fe-TiO2/diatomit được tổng hợp thành công trên cơ sở Fe(NO3)3, TIOT với hệ dung môi etanol-HNO3 trên pha nền diatomit bằng phương pháp sol-gel kết hợp nung.
2. Đã nghiên cứu biến tính một phần quặng inmenit bằng H2SO4 kết hợp phương pháp thủy - nhiệt, thu được vật liệu xúc tác quang Fenton dị thể. 3. Đặc trưng cấu trúc của các vật liệu Fe-TiO2/diatomit và inmenite biến tính đã được nghiên cứu bằng các phương pháp XRD, EDX, BET, IR, SEM, UV- Vis pha rắn và ICP-MS. Kết quả cho thấy Fe-TiO2/diatomit có kích thước mao quản trung bình, diện tích bề mặt 110,2 m2/g. Đã chứng minh được vật liệ quang trong cả điều kiện chiếu UV và ánh sáng khả kiến. Xúc tác Fe-TiO2/diatomit có khả năng lọc tách dễ dàng và có khả năng tái sinh hiệu suất phân hủy E-3G đạt 87,5 sau 3 lần sử dụng .
4. Lần đầu tiên nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của các vật liệu Fe-TiO2/diatomit trên cơ sở phản ứng quang phân hủy vàng phân tán E-3G, vàng axit 2R, vàng hoạt tính 3RS và inmenit biến tính trên cơ sở phản ứng quang phân hủy vàng phân tán E-3G. Qua đó xác định được điều kiện tối ưu đối với xúc tác Fe-TiO2/diatomit phân hủy E-3G là: pH 4, nồng độ H2O2 1,45mM; lượng xúc tác 7g/l; phân hủy 2R là : pH 4, nồng độ H2O2 1,45mM; lượng xúc tác 8g/l; phân hủy 3RS là: pH 3, nồng độ H2O2 0,97mM; lượng xúc
tác 9g/l. Điều kiện tối ưu đối với xúc tác inmenit phân hủy E-3G là: pH 4,5 lượng xúc tác 1,33 g/l; nồng độ H2O2 1,62 mM.
5. Đã tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm của cơ sở dệt nhuộm công ty TNHH An Huy thuộc Dương Nội, Hà Đông, Hà Nội bằng xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính. Kết quả thu được cho thấy COD
giảm từ 575 mg/l xuống còn 97 mg/l với xúc tác Fe-TiO2/diatomit và 135 mg/l với xúc tác inmenit biến tính sau 4 giờ xử lý. Các giá trị COD của nước thải đều thỏa mãn giới hạn cho phép theo quy chuẩn Việt Nam hiện hành về nước thải công nghiệp dệt nhuộm. Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng vào thực tiễn trong việc sử dụng vật liệu xúc tác Fe-TiO2/diatomit và inmenit biến tính để xử lý nước thải dệt nhuộm.
QUAN
1. Phạm Thị Dương, Đặng Thị Huyền, Nguyễn Văn Nội 2011 , “Nghiên
cứu quá trình phân hủy phẩm nhuộm vàng phân tán E-3G sử dụng xúc tác quang hóa Fenton dị thể Inmenit biến tính”, Tạp chí Hố học, 49 (2ABC), tr. 885-889.
2. Pham Thi Duong, Dao Ha Anh, Nguyen Van Noi 2011 , “Preparation
and characterization of Iron-doped Titania on Diatomit for photocatalytic degradation of disperse yellow dye in aqueous of solution”, Tạp chí Hố học, 49 (5AB), tr. 241-245.
3. Phạm Thị Dương, Nguyễn Văn Nội 2014 , “Điều chế và nghiên cứu ứng
dụng vật liệu titan biến tính với sắt gắn trên nền điatomit để phân hủy quang xúc tác phẩm vàng axit trong mơi trường nước”, Tạp chí Khoa học –
Công nghệ Hàng hải, (38), tr. 82-86.
4. Phạm Thị Dương, Nguyễn Văn Nội 2015 , “
Inmenit ”, Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Hàng hải, (48), tr. 80- 84 .
5. Phạm Thị Dương, Nguyễn Văn Nộ 2015 , “ ơxi
H2O2 (Fe-
Ti/Điatomit)”, Tạp chí Khoa học – Công nghệ Hàng hải, (48), tr.84-89. 6. Pham Thi Duong, Nguyen Van Noi (2015), “Degradation of reactive
yellow 3RS using modified Inmenite as a heterogeneous photo-fenton catalyst”, Tạp chí Hố học, 53 (4E1), tr. 55-58.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Diệu Cẩm 2012 , Nghiên cứu biến tính Bentonit và ứng dụng
để hấp phụ, xúc tác phân hủy các hợp chất phenol trong nước bị ô nhiễm,
Luận án tiến sĩ hoá học, –
2. 2006 , “ 2 inmenit 2 ”, , 9 (1), tr. 25-29. 3. 2010 CVD , , 48 4C , tr. 8-12. 4. 2010 -mercaptopropylmethoxysilane, , (59), tr. 65-72. 5. 2009 , “ - ”, , 2 31 , tr.1-7.
6. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Nước thải và công nghệ xử lý nước thải,
7. 2011), “
sunfuric”, , T49 3A , tr.386-390. 8. 2014), Nghiên cứu 2
, Luận án tiến sĩ hoá học, –
9. Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung (2006), Các q trình ơxi hố nâng cao
trong xử lý nước và nước thải- Cơ sở khoa học và ứng dụng, NXB Khoa
học & Kỹ thuật.
10. Nguyễn Quốc Tuấn, Lưu Cẩm Lộc, Hồ Sĩ Thoảng 2009 , “Nghiên cứu các chất quang xúc tác TiO2 được biến tính bằng Fe2O3 bằng phương pháp
sol-gel”, , 47(3), tr. 292-299.
11. Nguyễn Đình Triệu (2001), Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý,
Tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
12. Adel Al-Kdas, Azni Idris, Katayon Saed, Chuah Teong Guan (2004),
Treatment of textile wastewater by advanced oxidation processes – A review, Faculty of engineering, University Putra Malaysia 43400 UPM Serdang, Selangor, Malaysia.
13. Anpo M., Takeuchi M. (2003), “The design and development of highly reactive titanium oxide photocatalysts operating under visible light irradiation”, J Catal, 216, pp.505
14. Awati, P.S., Awate, S.V., Shah, P.P., Ramaswamy, V. (2003), “Photocatalytic decomposition of methylene blue using nanocrystalline anatase titania prepared by ultrasonic technique”, Catal. Commun, 4, pp.
393 - 400.
15. B. Neppolian, H.C. Choi, S. Sakthivel, B. Arabindoo, V. Murugesan (2002), Solar/UV-induced photocatalytic degradation of three commercial textile dyes, J. Hazard. Mater, 89, pp. 303-317.
16. Baorang Li, Xiaohui Wang, Minyu Yan, Longtu Li (2002), “Preparation and characterization of nano – TiO2 powder”, Materials Chemistry and Physics, 78, pp. 184 – 188.
17. Bessekhouad, Y., Robert, D., Weber, J. V., Chaoui, N (2004), “Effect of alkaline-doped TiO2 on photocatalytic efficiency”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 187 (1), pp. 49.
18. Bin Liao et al., 2010 “The LAPW calculation of the electronic structure of anatase TiO2 doped with transition metal atoms”, Journal of Theoretical and Computational Chemistry, 9(2), pp. 415–422
19. Chao-Hua Ma, Xin-Guo Ma, Cheng-Guo Li, and Ling Miao 2010 , “Structural stability and electronic structure of N- or C-monodoped TiO2
from first principles calculations”, J. At. Mol. Sci., 1(1), pp. 78-86
20. Chung-Kyung Jung, I.–S. Bae, Y.–H. Song, J.-H.Boo (2005), “Plasma surface modification of TiO2 photocatalysts for improvement of catalytic efficiency”, Surface & Coatings Technology, 200, pp. 1320-1324.
21. Danielle Julia Londeree (2002), Silica-Titania composites for water treatment, University of Florida.
22. D.S. Bhatkhande, V.G. Pangarkar, A. Beenackers (2002), Photocatalytic degradation for environmental applications - a review, J. Chem. Technol. Biotechnol, 77, pp. 102-116.
23. Filipa Duarte, F.J. Maldonado-Hodar, Luis M. Madeira (2011), Influence of the characteristics of carbon materials on their behavior as heterogeneous Fenton catalysts for the elimination of the azo dye orange II from aqueous solutions.
24. Gorska P., Zaleska A., Kowalska E., Klimczuk T. (2008), “TiO2 photoactivity in Vis and UV light: The influence of calcinations temperature and surface properties”, Applied Catalysis B: Environmental
84, pp. 440-447.
25. Goswami p., Ganguli J. N. (2012), “Evaluating the potential of a new titania precursor for the synthesis of mesoporous Fe-doped titania with enhanced photocatalytic activity”, Materials research Bulletin 47, pp.
2077-2084.
26. Gracia, F., Holgado, J. P., Caballero, A., Gonzalez – Elipe, A. R (2004), “Structure, optical and photoelectrochemical properties of Mn+
-TiO2 model thin film photocatalysts”, J. Phys. Chem. B, 108, pp. 17466-17476. 27. Hiromi Yamashita et al., (2003), “Photocatalytic degradation of organic
compounds diluted in water using visible light-responsive metal ion- implanted TiO2 catalyst: Fe ion-implanted TiO2”, Catalysis Today 84, pp. 191-196.
28. Huang Langhuan, Sunn Zongxin, Liu Yingliang (2007), “N-doped TiO2 nanotubes with visible light-activity for degradation of methyl orange in water”, Journal of ceramic society of Japan, 115(1), pp. 28 – 31.
29. Inbasekaran Muthuvel, Meenakshisundaram Swaminathan (2007), Photoassisted Fenton mineralization of Acid Violet 7 by heterogeneous Fe(III)–Al2O3 catalyst, Catalysis Communications 8, pp.981–986.
30. Irie, H., Watanabe, Y., Hashimoto. K (2003), “Nitrogen-Concentration
Dependence on Photocatalytic Activity of TiO2-xNx Powders”, J. Phys. Chem. B, 107, pp. 5483–5486.
31. Jan Perkowski, Lech Kos (2003), Decolouration of model dyehouse wastewater with advanced oxidation processes, Technical University of Lo’dz’, Institute of applied radiation chemistry.
32. Jayant Dharma, Aniruddha Pisal, (2009), “Simple Method of Measuring the Band Gap Energy Value of TiO2 in the Powder Form using a UV/Vis/NIR Spectrometer”, PerkinElmer, Inc.,
33. Jiefang Zhu et al., (2006), “Fe3+-TiO2 photocatalysts prepared by combining sol-gel method with hydrothermal treatment and their characterization”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 180, pp.196-204.
34. K. Selvam, M. Muruganandham, M. Swaminathan (2005), Enhanced heterogeneous ferrioxalate photo-Fenton degradation of reactive orange 4 by solar light, Solar Energy Materials & Solar Cells 89, pp. 61–74.
35. Kamat, P.V. (2002) “Photophysical, photochemical and photocatalytic aspects of metal nanoparticles”, Journal of Physical Chemistry.B, 106(32). pp. 7729–
7744.
36. Kim H. E., Lee J., Lee H., Lee C. (2012) “Synergistic effects of TiO2 photocatalysis in combination with Fenton-like reactions on oxidation of organic compounds at circumneutral pH”, Applied Catalysis B: Environmental 115-116, pp. 219-224.
37. Laoufi, Na., Tassalit, D., Bentahar F. (2008), “The degradation of phenol in water solution by TiO2 photocatalysis in a helical reactor”, Global NEST Journal, 10(3), pp. 404-418.
38. Konstantinou, I.K., Albanis, T.A. (2004), “TiO2-assisted photocatalytic degradation of azo dyes in aqueous solution: kinetic and mechanistic investigations: a review”, Appl. Catal. B. Environ, 49, pp. 1–14.
39. Li Hexing, Li Jingxia and Huo (2006), “High active TiO2 – N photocatalysis prepared by treating TiO2 precursors in NH3/ethanol fluid