5. Đóng góp của đề tài
3.1.2. Hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+
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%.
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 không làm cho độ phân hủy tăng cao.
Vậy để hạn chế việc dư thừa Fe3+ và ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế ta chọn [Fe3+] tối ưu là 8,5ppm.
3.1.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ oxalat
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của [C2O42-] đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
[C2O42-] ppm 0 15 45 65 100 150 3 13.3 30.3 44.3 54.2 63.9 67.3 6 20.2 35.3 56.4 64.6 73.4 78.3 9 27.1 49.9 73.1 76.5 81.5 84.0 12 35.5 59.6 80.8 85.5 88.2 91.4 15 41.1 68.0 89.3 91.2 92.5 94.7 18 43.8 70.6 92.3 94.9 95.7 96.1 21 45.0 76.2 94.8 96.0 98.7 97.9 [C2O42-] ppm 0 15 45 65 100 150 3 7.1 19.7 27.8 35.1 42.2 46.2 6 15.3 24.4 42.1 44.2 50.6 54.9 9 20.2 33.9 49.5 55.9 62.3 66.2 12 30.5 40.7 60.1 64.4 67.1 72.2 15 36.9 48.2 68.1 70.2 73.4 76.3 18 37.7 52.2 72.7 76.5 78.3 79.7 21 38.7 59.1 78.1 79.1 81.1 80.9
Hình 3.7. Đồ thị ảnh hưởng của [C2O42-] đến độ phân hủy (trái) và độ chuyển hóa COD (phải)
Nhận xét: Qua bảng kết quả khảo sát nồng độ C2O42- ở bảng 3.11 và 3.12 ta thấy:
Khi tăng [C2O42-] lên từ 0 – 150ppm thì độ phân hủy tăng lên từ 45% - >95% và độ chuyển hóa COD cũng tăng lên và đạt trên 80%. Riêng khi tăng [C2O42-] lên 150ppm thì ở phút thứ 21 độ phân hủy cũng như độ giảm COD thấp hơn so với 100ppm. Do vậy việc tăng [C2O42-
] lên quá cao có thể ảnh hưởng đến độ phân hủy. Quá trình này được giải thích do sự mất đi lượng OH·
do phản ứng 1.19;1.24;1.25 Dựa vào đó thị và kết quả thu được ta thấy ở [C2O42-] là 45ppm thì độ phân hủy có thể đạt gần 95% trong khi ta tăng nồng độ oxalate lên cao nữa thì độ phân hủy cũng chỉ đạt dưới 98% và có xu hướng giảm dần.
Do vậy chọn [C2O42-] 45ppm là phù hợp .
3.1.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của pH đến độ phân hủy màu (trái)và độ chuyển hóa COD (phải)
pH 1 2 3 4 5 6 3 8.4 19.2 41.1 50.7 53.0 59.6 6 13.5 28.5 50.0 62.8 68.9 73.3 9 19.0 40.4 73.1 78.4 81.1 79.0 12 23.8 51.1 79.8 86.0 90.1 88.9 15 26.1 53.4 89.3 90.4 96.4 91.8 18 28.4 56.2 92.3 96.9 99.0 97.9 21 29.7 58.5 95.3 98.9 99.8 98.7 pH 1 2 3 4 5 6 3 7.2 11.2 27.1 30.3 37.9 44.1 6 9.5 20.1 41.1 46.2 47.3 54.5 9 12.5 30.3 49.5 58.6 64.1 65.5 12 15.6 39.2 63.1 67.3 70.8 75.3 15 20.5 42.4 68.1 71.4 76.9 77.7 18 21 43.2 72.7 79.4 79 79.5 21 21.7 44.4 79 83.1 84.8 81.3
Hình 3.8. Đồ thị ảnh hưởng của pH 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 3.8 và hình 3.8 về kết quả ảnh hưởng của pH ban đầu cho ta thấy:
Khả năng phân hủy tăng dần khi ta tăng pH từ 1 đến 5. Tuy nhiên khi tăng pH từ 3 – 5 thì độ phân hủy tăng mạnh và ở pH bằng 5 độ phân hủy có thể đạt tới trên 99.8%. Khi tiếp tục tăng pH =6 thì độ phân hủy giảm xuống so với pH = 5. Đây là một điểm khác khi sử dụng phương pháp Fenton cải tiến so với phương pháp Fenton. Nếu ở Fenton ta chỉ sử lý tốt thuốc nhuộm ở pH khoảng 3 đến 4 thì ở đây ta có thể phân hủy tốt ở pH cao hơn. Điều này được giải thích: Khi ta sử dụng Fe3+ với xúc tác là ánh sáng mặt trời nên khả năng chuyển về Fe2+ nhanh chóng, lúc này khi ở pH cao hơn thì việc tạo kết tủa Fe(OH)3 là giảm đi. Đồng thời xúc tác C2O42- góp phần tạo lượng OH· nhiều hơn làm khả năng phân hủy cao. Tuy nhiên khi pH càng tăng nữa thì khả năng tạo kết tủa Fe(OH)3 bắt đầu tăng lên làm giảm lương OH·
dần và khả năng phân hủy có xu hướng giảm dần.
Vậy pH phù hợp là pH = 5.
Kết luận chung: Với hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis) 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; [Fe3+
]= 8.5ppm; [C2O42-]= 45ppm và pH =5. Với điều kiện này thì phân hủy đạt 99,8% và độ chuyển hóa COD đạt 84,8%. Điều này thể hiện sử dụng Fenton cải tiến có thể xử lý đạt gần như triệt để.
3.2. Kết quả so sánh khả năng phân hủy thuốc nhuộm RGB bởi hai hệ ở điều kiện tối ƣu của mỗi hệ
Sau khi khảo sát và chọn điều kiện tối ưu, dựa và kết quả thu được tiến hành so sánh khả năng phân hủy của hai hệ với nhau.
Đối với hệ Fenton là: nồng độ RGB là 50ppm, nồng độ Fe2+
là 8.5ppm, nồng độ H2O2 là 80ppm, pH = 3, nhiệt độ 300C.
Đối với hệ Fenton cải tiến: nồng độ RGB là 50ppm, Nồng độ Fe3+
là 8.5ppm, nồng độ C2O42- là 45ppm, nồng độ H2O2 là 80ppm, pH =5, nhiệt độ ngoài trời.
3.2.1. Kết quả độ phân hủy thuốc nhuộm RGB
Hệ
Thời gian Hệ Fenton
Hệ Fenton/oxalat 3 34.7 53.0 6 57.7 68.9 9 68.0 81.1 12 74.7 90.1 15 77.8 96.4 17 78.8 99.0 21 79.0 99.8
Nhận xét : Qua kết quả thu được ở bảng 3.9 và đồ thị biểu diễn ở hình 3.9 ta thấy: Ở điều kiện tới ưu của mỗi hệ thì hệ Fenton cải tiến có độ phân hủy cao hơn hệ Fenton cổ điển. Ở điều kiện tới ưu đó độ phân hủy của hệ Fenton đối với RGB đạt 79% ở phút thứ 21, trong khi đó hệ Fenton cải tiến đạt đến gần 100%.
Như vậy về khả năng xử lý thuốc nhuộm của hệ Fenton cải tiến triệt để hơn so với hệ Fenton và đạt gần 100%.
3.2.2. Kết quả độ chuyển hóa COD
Hệ
Thời gian Hệ Fenton Hê Fenton/oxalat
3 23.3 37.9 6 35.5 47.3 9 38.4 64.1 12 44.6 70.8 15 54.8 76.9 18 57.3 79 21 61.1 84.8
Bảng 3.9. Kết quả độ phân hủy RGB giữa 2 hệ
Hình 3.9. Đồ thị so sánh
Bảng 3.10. Kết quả độ chuyển hóa COD giữa 2 hệ
Nhận xét: Theo bảng kết quả về độ chuyển hóa COD thì đối với hệ Fenton ở điều kiện tới ưu độ chuyển hoá COD chỉ đạt 61% trong khi hệ Fenton cải tiến đạt đến gần 85%.
Vậy độ chuyển hóa COD của hệ Fenton cải tiến cao hơn nhiều so với hệ Fenton ở điều kiện tối ưu của mỗi hệ.
Kết luận: So sánh hai hệ ở mỗi điều kiện tối ưu của chúng ta thấy hệ Fenton cải tiến có hiệu quả xử lý cao hơn Fenton rất nhiều. Dùng Fenton cải tiến có thể phân hủy thuốc nhuộm RGB đạt gần 100%, đây là hệ có triển vọng trong tương lai.
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ DANH TỪ VIẾT TẮT
LỜI MỞ ĐẦU ... 1
1. Đặt vấn đề ... 5
2.Mục tiêu nghiên cứu ... 6
3.Đối tượng và phạm vi, phương pháp nghiên cứu ... 6
3.1. Đối tượng nghiên cứu ... 6
3.2. Phạm vi nghiên cứu ... 6
3.3. Phương pháp nghiên cứu ... 6
3.3.1. Nghiên cứu lý thuyết ... 6
3.3.2. Nghiên cứu thực nghiệm ... 6
4. Nội dung nghiên cứu ... 7
4.1.1. Lý thuyết về phẩm nhuộm... 7
4.1.2. Remazol Ultra carmine ... 7
4.1.3. Các phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm ... 7
4.1.4. Thiết bị phản ứng ... 7
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ... 7
4.2.1. Phần 1: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB bằng tác nhân Fe2+ /H2O2 .. 7
4.2.2. Phần 2: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB bằng tác nhân Fe3+ /C2O42- /H2O2/Vis ... 7
4.2.3. Phần 3: So sánh 2 phương pháp với điều kiện tối ưu của mỗi phương pháp... 7
5. Đóng góp của đề tài ... 7
CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU ... 7
1.1. Lý thuyết về phẩm nhuộm ... 7
1.1.1. Đặc điểm, phân loại ... 8
1.1.2. Độc tính của thuốc nhuộm và tác hại nước thải dệt nhuộm ... 10
1.2. Thuốc nhuộm Remazol Utra Carmine RGB [21];[22] ... 11
1.3. Nước thải dệt nhuộm và phương pháp xử lý ... 12
1.3.1. Các loại hoá chất trợ thường sử dụng trong công nghệ nhuộm ... 12
1.3.2. Nguồn phát sinh và đặc tính nước thải công nghiệp dệt nhuộm ... 12
1.3.3. Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm ... 13
1.3.3.1. Các phương pháp cơ học ... 13
1.3.3.2. Các phương pháp hóa lý ... 14
1.3.3.3. Phương pháp sinh học ... 15
1.3.3.4. Phương pháp điện hóa ... 15
1.3.3.5. Phương pháp hóa học ... 15
1.4. Các quá trình phổ biến ... 18
1.4.1. Quá trình quang hóa ... 18
1.4.2. Quá trình ozon hóa: ... 18
1.4.3. Quá trình Fenton ... 19
1.4.3.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton ... 19
1.4.3.2. Phương thức phản ứng của gốc hydroxyl HO• ... 19
1.4.3.3. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO• và động học các phản ứng Fenton .... 20
1.4.4. Quá trình Fenton (Fe2+/H2O2) [10] ... 21
1.4.5. Quá trình Fenton cải tiến (Fe3+ /C2O42-/H2O2/Vis) ... 22
1.4.6. Những yếu tố ảnh hưởng trong phương pháp Fenton [4] ... 24
1.4.6.1. Ảnh hưởng của độ pH ... 24
1.4.6.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ Fe2+ /H2O2 và loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) ... 25
1.4.6.3. Ảnh hưởng của các anion vô cơ ... 25
1.4.6.4. Ảnh hưởng của ion oxalat [17] ... 26
1.4.7. Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp Fenton ... 26
1.5. Ứng dụng phương pháp Fenton ... 27
1.5.1. Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lí nước thải dệt nhuộm ... 27
1.5.2. Ứng dụng khác của phương pháp Fenton ... 28
1.6. Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình Fenton ở Việt Nam ... 28
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ... 29
2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ... 29
2.1.1. Các bước tiến hành thực nghiệm ... 29
2.1.2. Xác định hiệu suất COD bằng phương pháp bicromat Cr2O72-/Cr3+ ... 31
2.1.2.1. Nguyên tắc phương pháp xác định COD ... 31
2.1.2.2. Thuốc thử ... 32
2.1.2.3. Qui trình phân tích mẫu ... 32
2.1.3. Xác định hiệu suất chuyển hoá RGB bằng phương pháp đo quang ... 34
2.2. Nội dung các nghiên cứu thực nghiệm ... 35
2.2.1. Phân hủy RGB bằng hệ tác nhân Fe2+ /H2O2 ... 35
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy RGB .... 35
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 35
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 36
2.2.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 36
2.2.2. Phân hủy RGB bằng hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis ... 36
2.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ban đầu đến sự phân hủy RGB .... 36
2.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe3+ ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 36
2.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2C2O4 ban đầu đến sự phân hủy RGB 36 2.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 36
2.2.3. So sánh hiệu quả phân hủy RGB bởi 2 hệ tác nhân ... 37
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ... 37
3.1. Kết quả khảo sát điều kiện tới ưu của các hệ ... 38
3.1.1. Hệ Fenton (Fe2+ / H2O2) ... 38
3.1.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ H2O2 ... 38
3.1.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ ... 39
3.1.1.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ... 39
3.1.1.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ... 40
3.1.2. Hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+ /C2O42-/H2O2/Vis ) ... 41
3.1.2.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+
ban đầu ... 42 3.1.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ oxalat ... 43 3.1.2.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ban đầu đến sự phân hủy RGB ... 44 3.2. Kết quả so sánh khả năng phân hủy thuốc nhuộm RGB bởi hai hệ ở điều kiện tối ưu của mỗi hệ ... 45 3.2.1. Kết quả độ phân hủy thuốc nhuộm RGB ... 46 3.2.2. Kết quả độ chuyển hóa COD ... 46
KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC