5. Đóng góp của đề tài
2.1.2.3.Qui trình phân tích mẫu
Từ tài liệu [14], [27] chúng tôi đã xây dựng qui trình xác định COD như sau:
3mL mẫu đã đƣợc oxi hoá bằng các tác nhân 1.0mL dung dịch K2Cr2O7 0,1N 2mL H2SO4 đậm đặc (đã thêm Ag2SO4) Ống nghiệm có nút vặn O2 + 4H+ + 4e 2H2O
Nồng độ COD trong mẫu được xác định dựa vào phương trình đường chuẩn biểu thị mối tương quan giữa COD và mật độ quang của K2Cr2O7 dư như sau:
Pha dãy dung dịch chuẩn COD có nồng độ từ 0-100 mgO2/L theo bảng:
Bảng 2.1. Bảng pha dung dịch chuẩn COD
Số thứ tự Thể tích (mL)
1 2 3 4 5 6
Thể tích K2Cr2O7 0.1N 1 1 1 1 1 1
Thể tích hỗn hợp H2SO4, Ag2SO4 2 2 2 2 2 2
Thể tích kali hydro phtalat chuẩn 0 0.6 1.2 1.8 2.4 3.0
Thể tích nước cất 3.0 2.4 1.8 1.2 0.6 0
COD (mgO2/L) 0 20 40 60 80 100
Cách tiến hành xác định COD trong mẫu chuẩn như qui trình trên. Chúng tôi xây dựng được đường chuẩn D = f(COD) như hình 2.5.
Hình 2.4: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ tuyến tính giữa COD và mật độ quang
Hiệu suất xử lí COD được tính theo công thức sau: % 100 ) ( ) ( ) ( % 0 0 COD COD COD H t Trong đó:
- COD0: là giá trị COD của mẫu ban đầu chưa phản ứng Fenton.
- CODt: là giá trị COD của mẫu sau khi đã phản ứng tại các thời điểm t.
2.1.3. Xác định hiệu suất chu ển hoá RGB bằng phương pháp đo quang
Khi chiếu ánh sáng đơn sắc với cường độ I0 vào dung dịch thì một phần năng lượng ánh sáng bị hấp thụ, một phần bị phản xạ lại nên cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch màu còn lại là I. Mối liên hệ giữa I0, I và nồng độ C của chất phân tích được thiết lập thông qua định luật Lambe – Bia:
D = lgI/Io = ε.l.C Trong đó: D: Mật độ quang
ε: Hệ số tắt phân tử hay hệ số hấp thụ phân tử gam của chất màu l: Độ dày của lớp dung dịch, cm
Như vậy, sự phụ thuộc giữa mật độ quang D và nồng độ C ở một độ dài sóng nhất định là tuyến tính, do đó để xác định nồng độ của một chất người ta phải đưa chất phân tích về dung dịch màu rồi dùng phương pháp thêm hay phương pháp đường chuẩn để định lượng
Mật độ quang của RGB được xác định bằng máy đo quang phổ UV – VIS dò tìm tại bước sóng = 519.8 nm.
Hiệu suất chuyển hóa RGB Hch (%) tính theo công thức:
C0: nồng độ RGB ban đầu. Ct: nồng độ RGB ở thời điểm t.
Theo định luật Lambe – Bia, nồng độ tỉ lệ thuận với mật độ quang D nên hiệu suất chuyển hóa RGB còn được tính theo công thức:
D0: mật độ quang tương ứng với nồng độ RGB ban đầu.
Dt: mật độ quang tương ứng với nồng độ RGB ở thời điểm t.
2.2. Nội dung các nghiên cứu thực nghiệm
Đề tài này nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm RGB bởi các hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis; Fe2+/H2O2. Vì vậy, với mỗi hệ tác nhân, chúng tôi tiến hành khảo sát các yếu tố ở các điều kiện thí nghiệm như sau:
2.2.1. Phân hủy RGB bằng hệ tác nhân Fe2+/H2O2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ 30oC; pH = 3; nồng độ Fe2+ ban đầu là 10 ppm; nồng độ H2O2 ban đầu thay đổi lần lượt là 20 ppm, 40 ppm, 60 ppm, 80 ppm, 100 ppm, 120 ppm; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ 30oC; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ Fe2+
ban đầu thay đổi lần lượt là 5 ppm, 6.5 ppm, 8.5 ppm, 10 ppm, 13 ppm, 15 ppm; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ 30oC; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ Fe2+ban đầu tối ưu đã khảo sát; pH ban đầu được điều chỉnh ở các giá trị 1, 2, 3, 4, 5; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; pH tối ưu đã khảo sát; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ Fe2+
ban đầu tối ưu đã khảo sát; nhiệt độ thí nghiệm thay đổi lần lượt là 300
C, 400C, 500C, 600C, 700C; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.2. Phân hủy RGB bằng hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis
2.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ ngoài trời; pH = 3; nồng độ Fe3+ ban đầu là 10 ppm; nồng độ H2C2O4 ban đầu là 45 ppm; nồng độ H2O2 ban đầu thay đổi lần lượt là 20 ppm, 40 ppm, 60 ppm, 80 ppm, 100 ppm, 120 ppm; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe3+ ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ ngoài trời; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu là 45 ppm; nồng độ Fe3+
ban đầu thay đổi lần lượt là 5 ppm, 6.5 ppm, 8.5 ppm, 10 ppm, 13 ppm, 15 ppm; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2C2O4 ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ ngoài trời; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ Fe3+
ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu thay đổi lần lượt 0 ppm, 15 ppm, 45 ppm, 65 ppm, 100 ppm, 150 ppm; thời gian 21 phút.
2.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB
Nồng độ RGB ban đầu là 50 ppm; nhiệt độ ngoài trời; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu tối ưu đã khảo sát; nồng độ Fe3+
đầu tối ưu đã khảo sát; pH ban đầu được điều chỉnh ở các giá trị 1, 2, 3, 4, 5, 6; thời gian phản ứng 21 phút.
2.2.3. So sánh hiệu quả phân hủy RGB bởi 2 hệ tác nhân
Chúng tôi so sánh khả năng phân hủy của các hệ tác nhân ở các điều kiện tối ưu với nhau.
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Cách thức tiến hành chung đối với các hệ tác nhân
Tiến hành đo mật độ quang của mẫu thuốc nhuộm có nồng độ 50ppm, nhiệt độ phòng. Kết quả D = 0,94.
Tiến hành thí nghiệm và đo mật độ quang như đã trình bày ở 2.2.1 và 2.2.2. Ta tính được độ phân hủy thuốc nhuộm theo thời gian.
Song song với đo mật độ quang ta tiến hành xác định COD theo 2.1.3. Tính độ chuyển hóa COD theo thời gian.
Kết quả thu được thể hiện như sau:
3.1. Kết quả khảo sát điều kiện tới ƣu của các hệ 3.1.1. Hệ Fenton (Fe2+ / H2O2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ H2O2
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của [H2O2] đến độ phân hủy màu (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
[H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 3 19.1 31.1 40.1 53.2 62.8 68.1 6 30.2 40.0 51.0 67.6 74.4 77.1 9 34.8 44.6 58.1 74.4 77.6 79.1 12 36.1 46.8 60.6 77.6 79.8 79.3 15 37.1 47.8 62.6 78.6 80.3 81.1 18 37.4 48.9 65.9 79.7 81.0 83.0 21 37.6 50.0 66.8 81.0 83.1 83.0 [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 3 9.2 18.9 22.1 27.1 33 40 6 13.1 23 30 41.8 45 49 9 18.9 32 41.3 45.4 50 52 12 21.1 33.7 45.1 52.8 59 57 15 22.6 38.4 48.9 58.9 61.2 58 18 24.1 39 50.7 60.5 64.5 63.4 21 25.7 39.9 52.5 64.7 65.4 63.9
Hình 3.1. Đồ thị ảnh hưởng của [H2O2] đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Từ kết quả nhận được ở bảng 3.1 và hình 3.1 về ảnh hưởng của [H2O2] về sự phân hủy RGB ta thấy: Khi ta tăng nồng độ H2O2 từ 20ppm đến 60ppm thì độ phân hủy tăng dần nhưng chỉ đạt 66.8%, độ chuyển hóa COD đạt dưới 50%. Khi tăng tiếp lên 80ppm đến 100ppm thì độ phân hủy tăng nhanh đạt 83.1%, lúc này lượng OH· sinh ra nhiều làm cho quá trình phân hủy tăng cao. Tuy nhiên, khi tăng tiếp lên 120ppm thì độ phân hủy có giảm nhẹ. Điều này được giải thích là
sự sảy ra phản ứng 1.17. Việc sảy ra phản ứng này làm cho lượng OH· giảm dần, khả năng phân hủy có xu hướng giảm.
Như vậy để phân hủy đạt hiệu quả cao mà không để H2O2 dư thì ta chọn nồng độ H2O2 phù hợp là 80ppm.
3.1.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Fe2+
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của [Fe2+] đến độ phân hủy màu (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
[Fe2+] ppm 5 6.5 8.5 10 13 15 3 15.9 22.6 34.7 53.2 62.8 67.4 6 30.5 45.3 57.7 67.6 75.1 77.5 9 34.9 52.7 68.0 74.4 77.7 78.7 12 35.6 55.0 74.7 77.6 79.4 79.3 15 36.8 57.4 77.8 78.6 80.8 80.5 18 37.5 60.5 78.8 79.7 81.9 81.2 21 41.1 62.7 79.0 81.0 82.9 82.3 [Fe2+] ppm 5 6.5 8.5 10 13 15 3 7.4 19.8 23.3 27.1 45.2 47.4 6 18.9 26.6 35.5 41.8 52.3 50.1 9 20.9 34.5 38.4 45.4 54.5 54.2 12 22.4 38.9 44.6 52.8 59.8 55.4 15 25.9 40.6 54.8 58.9 61.4 59.2 18 28.5 47.2 57.3 60.5 65.1 64.2 21 30.7 48.9 61.1 64.7 66.1 65.3
Hình 3.2. Đồ thị ảnh hưởng của [Fe2+] đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Từ kết quả nhận được ở bảng 3.2 và hình 3.2 ta thấy khi tăng nồng độ Fe2+ thì khả năng phân hủy cũng tăng lên. Ở nồng độ Fe2+ từ 8.5 trở lên thì độ phân hủy tăng cao và đạt khoảng 80%. Tuy nhiên đến 15ppm thì độ phân hủy cũng như độ chuyển hóa COD có xu hướng giảm dần. Điều này được lý giải là Fe2+
không chỉ tham gia phản ứng tạo gốc OH· mà khi dư ra còn tham gia phản ứng phụ với gốc OH· theo phản ứng 1.18 làm giảm đi lượng OH· gây nên việc giảm khả năng phân hủy. Bên cạnh đó khi Fe2+
dư cũng ảnh hưởng đến màu của nước thải sau xử lý.
Như vậy để xử lý đạt hiệu quả cao mà không dư Fe2+
ta chọn nồng độ Fe2+ phù hợp là 8.5ppm.
3.1.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH
pH 1 2 3 4 5 3 9.4 21.9 34.7 29.7 23.2 6 12.8 43.3 57.7 49.0 42.5 9 13.7 53.1 68.0 57.4 48.7 12 16.4 59.1 74.7 63.5 57.4 15 19.1 63.6 77.8 68.0 59.3 18 20.5 65.5 78.8 71.0 60.5 21 22.4 67.2 79.0 73.4 60.6 pH 1 2 3 4 5 3 4.8 18.7 23.3 27.2 19.6 6 7.6 28.1 35.5 36.7 25.1 9 8.6 31.8 38.4 43.4 27.3 12 10.8 38.4 44.6 46.4 32.9 15 13.9 40.9 54.8 51.4 38 18 14.7 47.7 57.3 55.1 41.1 21 16.2 48.2 61.1 57.2 42.1
Hình 3.3. Đồ thị ảnh hưởng của pH đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Kết quả khảo sát pH nhận được từ bảng 3.3 và hình 3.3 ta thấy ở pH bằng 3 khả năng phân hủy đạt giá trị cực đại. Điều này được giải thích: Khi pH thấp (pH <2.5) thì có sự hình thành phức [Fe(H2O)]2+ gây nên lượng OH· tạo thành giảm làm cho tốc độ phân hủy giảm. Và khi pH cao hơn (pH>4) thì việc tạo nên kết tủa Fe(OH)3 dễ dàng, ngăn cản tái sinh Fe2+ làm cho quá trình phân hủy giảm
Do vậy chọ pH bằng 3 là giá trị pH phù hợp để phân hủy đạt hiệu quả cao.
3.1.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nhiệt độ
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ phân hủy màu (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
nhiệt độ 30 40 50 60 70 3 34.7 62.6 72.7 77.7 67.1 6 57.7 71.9 78.7 81.0 74.5 9 68.0 79.1 82.7 83.0 77.6 12 74.7 80.8 83.5 84.0 78.5 15 77.8 81.9 84.5 84.3 80.0 18 78.8 82.6 85.0 85.0 80.8 21 79.0 83.2 85.1 86.1 82.6 nhiệt độ 30 40 50 60 70 3 23.3 34.4 50.5 48.2 40.8 6 35.5 44.2 53.3 55.8 52.2 9 38.4 49.4 61.9 60.1 55.5 12 44.6 55.6 62.1 63.2 60.3 15 54.8 59.8 62.4 63.8 61.2 18 57.3 60.4 64.6 65 61.4
21 61.1 63.2 65.2 66.2 61.6
Hình 3.4. Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Từ kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ta thấy từ 300C đến 600 C thì khả năng phản ứng có xu hướng tăng dần tuy nhiên mức độ tăng không đáng kể. Lên đến 700
C thì khả năng phân hủy có phần giảm dần. Ở 300C ( nhiệt độ đo được ở phòng thí nghiệm lúc tiến hành) độ phân hủy cũng đạt sấp xỉ 80% tăng lên đến 600C thì cũng chỉ đạt 82% .
Do đó để thực hiện dễ dàng trong phòng thí nghiệm thì nên chọn nhiệt độ 300C là phù hợp.
Kết luận chung: Với hệ Fenton ( tác nhân Fe2+/H2O2) tiến hành trong phòng thí nghiệm trường đại học Sư Phạm Đà Nẵng khảo sát các điều kiện tối ưu và thu được kết quả: [H2O2]=80ppm; [Fe2+]= 8.5ppm; pH =3 và nhiệt độ 300C. Với điều kiện này thì phân hủy đạt 80% và độ chuyển hóa COD đạt 60%. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.2. Hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+/C2O42- 2-
/H2O2/Vis ) 3.1.2.1. Kết quả khảo sát nồng độ H2O2
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của [H2O2] đến độ phân hủy màu (trái) và độ chuyển hóa COD(phải)
[H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 3 16.9 29.9 41.3 54.3 61.8 72.6 6 25.6 41.4 52.1 71.9 79.8 82.5 9 29.2 49.2 67.1 83.7 86.2 92.1 12 31.0 52.8 69.1 89.3 93.6 95.2 15 32.5 54.1 72.9 92.7 95.5 95.9 18 33.2 55.5 75.5 95.0 95.7 96.8 21 34.0 56.0 77.2 95.6 96.4 97.0 [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 3 9.1 17.3 25.9 34.3 43.2 48.6 6 15.4 27.5 32.5 49.7 57.3 66.8 9 18.2 29.6 43.4 55.9 62.5 69.7 12 22.5 31.7 47.7 66.7 69.1 73.8
15 25.9 43.7 56.6 68.6 76.8 79.6
18 26.8 44.3 59.4 75.9 78.3 81.7
21 28.5 49.3 64.2 78.8 80.5 82.7
Hình 3.5. Đồ thị Ảnh hưởng của [H2O2] đến độ phân hủy màu(trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Qua kết quả thu được về độ phân hủy và độ chuyển hóa COD khi thay đổi [H2O2] ở bảng 3.5 và hình 3.5 ta thấy:
Khi tăng [H2O2] thì độ phân hủy RGB, cũng như độ chuyển hóa COD tăng lên. Độ phân hủy cũng tăng theo thời gian, tuy nhiên mức độ tăng khác nhau phụ thuộc vào [H2O2]. Khi tăng [H2O2] từ 20ppm đến 60ppm thì độ phân hủy, độ giảm COD tăng dần đến khoảng 60%, khi [H2O2] tăng lên 80ppm thì tốc độ phân hủy tăng lên nhanh và độ phân hủy đạt trên 95%. Khi tăng [H2O2] lên nữa độ phân hủy cũng chỉ đạt 96% - 97% rồi giảm dần. Điều này được giải thích là do H2O2 dư sẽ tham gia phản ứng với OH· và làm giảm gốc OH· theo phản ứng H2O2 + HO → HO2 + H2O.
Nhƣ vậy: [H2O2] phù hợp là 80 ppm, đây là nồng độ phù hợp để chuyển hóa tăng tuyến tính và đạt khả năng phân hủy cao mà hạn chế việc dư H2O2 ảnh hưởng đến môi trường và kinh tế.
3.1.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của Fe3+ ban đầu
Bảng 3.6. Ảnh hưởng của Fe3+đến độ phân hủy màu (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
[Fe3+] ppm 5 6.5 8.5 10 13 15 3 17.4 32.9 43.7 55.0 66.2 74.5 6 25.5 43.8 58.5 71.0 74.1 82.1 9 37.7 50.8 72.0 81.9 88.9 89.1 12 45.9 65.2 80.8 88.3 91.5 91.5 15 53.8 75.4 89.3 92.6 96.8 93.7 18 58.7 81.7 92.2 94.7 96.8 96.7 21 70.2 85.1 94.7 95.1 97.9 97.0 [Fe3+] ppm 5 6.5 8.5 10 13 15 3 11.1 20 27.6 36.3 48.6 56.2 6 27.9 35.3 42.2 49.7 56.2 62.3 9 36.7 46.4 49.4 55.9 60.4 69.9 12 40.2 50.4 60.2 66.7 69.2 70.8
15 45.3 58.2 68.1 68.6 74.1 75.9
18 46.2 63.5 72.4 75.9 79.4 77
21 47.1 70.1 77.2 78.8 81.2 80.1
Hình 3.6. Đồ thị ảnh hưởng của Fe3+đến độ phân hủy màu(trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Qua độ phân hủy và độ chuyển hóa COD được thể hiện ở bảng 3.6 và hình 3.6 về kết quả ảnh hưởng của Fe3+ ban đầu cho ta thấy: Khi tăng nồng độ của Fe3+
thì độ phân hủy cũng như độ chuyển hóa COD tăng lên. Khi tăng [Fe3+] từ 5ppm đến 8,5ppm thì độ phân hủy tăng lên và ở 8.5ppm độ phân hủy đạt 94.7% , khi tăng đến 15ppm thì độ phân hủy cũng chỉ đạt 97%. Do đó việc thừa Fe3+ cũng