CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
3.2. Ứng dụng hấp phụ nước thải dệt nhuộm
3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ gắn kết đến hiệu quả xử lý màu và COD của nước thải dệt nhuộm
Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm với dung dịch nước thải dệt nhuộm được lấy từ các cơ sở dệt nhuộm, khối lượng vật liệu là 0,05g với 25 ml nước thải dệt nhuộm đã xác định giá trị pH ban đầu, đặt trên máy lắc trong thời gian 120 phút. Kết thúc thời gian lắc lấy mẫu ra và đo COD và đo màu tại bước sóng ƛ=326nm (tại bước sóng có độ hấp thụ
46
màu cực đại đối với nước thải dệt nhuộm sử dụng cho thí nghiệm này) và tính toán chuyển sang độ màu Pt-Co dựa vào đường chuẩn đã xây dựng.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của tỉ lệ gắn kết giữa TSH rơm rạ và nano Fe3O4/ZnO đến hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm
Kết quả của thí nghiệm được thể hiện trong (hình 3.6), kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ của vật liệu tăng khi tỷ lệ nano tăng từ 0% lên 30% tương ứng với dung lượng hấp phụ tăng từ 38,05 lên 85,3; (Hình 3.6) cũng cho thấy hiệu suất xử lý màu và COD của vật liệu tăng dần theo chiều tăng của tỷ lệ nano Fe3O4/ZnO gắn kết vào TSH rơm rạ. Hiệu suất xử lý màu của vật liệu lần lượt là 8,01%; 42,66%; 44,93%; 45,35%; COD là 14,568%; 20,8%;
32,53%; 85,3% tương ứng với tỷ lệ của nano gắn kết với than sinh học rơm rạ là 0%, 10%, 20%, 30%. Kết quả cũng cho thấy đối với hiệu suất xử lý màu của vật liệu tăng nhanh từ 8,01% lên 42,66% khi tỷ lệ nano tăng từ 0% lên 10% và hiệu suất xử lý màu tăng rất chậm và không có sự thay đổi nhiều khi
47
tỷ lệ nano tăng từ 20% lên 30% lần lượt là 44,93% và 45,35%. Đối với hiệu suất xử lý COD thì hiệu suất tăng gấp 2 lần khi tỷ lệ nano tăng từ 0% lên 20%
lần lượt là 14,568%; 32,53% và tăng gấp 2,6 lần khi tỷ lệ nano tăng từ 20%
lên 30% tương ứng với hiệu suất 32,53% lên 85,3%. Điều này có thể lí giải là vật liệu TSH rơm rạ/ Fe3O4/ZnO có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ trên bề mặt vật liệu, do đó làm tăng hiệu suất phân huỷ nước thải dệt nhuộm. Cơ chế có thể được giải thích là do trên bề mặt của TSH rơm rạ có sự xuất hiện của nano composit Fe3O4/ZnO đã làm tăng khả năng hấp phụ nước thải dệt nhuộm sau khi được gắn kết trên bề mặt TSH rơm rạ. Chính sự có mặt của nano composit Fe3O4/ZnO đã cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý các chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm.
Cơ chế phản ứng phân huỷ nước thải dệt nhuộm bao gồm các bước: quá trình hấp phụ và giải hấp, quá trình sinh cặp electron và lỗ trống và các phản ứng hoá học [37]. Ban đầu các phân tử nước thải dệt nhuộm sẽ bị hấp thu lên bề mặt của vật liệu TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO, trên bề mặt có sự xuất hiện của ZnO nên dẫn đến vật liệu TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO có khả năng hấp thụ mạnh các proton trong điều kiện ánh sáng nhìn thấy có bước sóng ƛ ≤ 517nm [15].
Các electron vùng hóa trị của vật liệu hấp thu các photon và di chuyển lên vùng dẫn, đồng thời để lại các lỗ trống quang sinh ở vùng hóa trị. Các electron quang sinh có khả năng khử từ +0,5 đến -1,5V và các lỗ trống quang sinh có khả năng oxi hóa từ +1,0 đến 3,5V. Trong đó năng lượng tương ứng cao hơn độ rộng vùng cấm của ZnO (3,37eV)[37], do đó thúc đẩy sự tạo ra các điện tử vùng dẫn (e-) và các lỗ vùng hóa trị (h+) (theo phản ứng 1)
TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO + hv → TSH rơm rạ/Fe3O4/ZnO (h++e-)
(1) Các lỗ được tạo ra từ ảnh có thể trực tiếp oxy hóa nước thải dệt nhuộm được hấp phụ hoặc phản ứng với hy- droxyl (OH−) hoặc H2O để tạo ra các gốc hydroxyl (OH) (theo phản ứng 2)[38]
48
h+ + OH- (H2O) →OH- (2)
Các quang điện tử khử oxy (O2) bị hấp phụ trên bề mặt chất xúc tác quang thành gốc superoxide (O2
-) (theo phản ứng 3)[37][38]
e- +O2→ O2-
(3) Sự xuất hiện của hai tác nhân oxy hoá mạnh là OH- và O2
- được tạo ra chính là nguyên nhân phân huỷ nước thải dệt nhuộm của vật liệu TSH rơm rạ/
Fe3O4/ZnO (theo phản ứng 4)[39].
OH-/ O2
- + nước thải dệt nhuộm → Sản phẩm phân huỷ + CO2 + H2O (4) Vì vậy khi tăng tỉ lệ vật liệu thì số gốc oxy hoá mạnh OH- và O2- trên bề mặt của than sinh học rơm rạ được hình thành nhiều hơn dẫn đến làm tăng khả năng phân huỷ nước thải dệt nhuộm của vật liệu TSH rơm rạ/ Fe3O4/ZnO.