Trong thí nghiệm này, chúng tôi thay đổi khối lượng vật liệu ZnO-tro trấu là: 0,05g; 0,1g; 0,15g; 0,2g; 0,25g và 0,3g; giữ cố định nồng độ dung dịch xanh metylen là 10ppm; pH=10; thể tích dung dịch là 100 ml. Thí nghiệm tiến hành theo quy trình ở mục 2.2.6.4. Kết quả được trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.11.
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của khối lượng xúc tác đến hiệu suất chuyển hóa xanh
metylen Lƣợng vật liệu (gam) Thời gian 30 60 90 120 150 (phút) 0,05 ABS 0,53 0,40 0,23 0,18 0,14 CMB, sau (ppm) 2,41 1,82 1,04 0,77 0,62 Hiệu suất (%) 75,9 81,8 89,6 92,3 93,8 0,1 ABS 0,48 0,21 0,14 0,12 0,11 CMB, sau (ppm) 2,20 0,93 0,59 0,50 0,46 Hiệu suất (%) 78,0 90,7 94,1 95,0 95,4 0,15 ABS 0,50 0,19 0,14 0,14 0,10 CMB, sau (ppm) 2,27 0,82 0,61 0,59 0,44 Hiệu suất (%) 77,3 91,8 93,9 94,1 95,6 0,2 ABS 0,58 0,32 0,17 0,15 0,09 CMB, sau (ppm) 2,64 1,45 0,75 0,66 0,39 Hiệu suất (%) 73,6 85,5 92,5 93,4 96,1 0,25 ABS 0,29 0,18 0,09 0,09 0,06 CMB, sau (ppm) 1,29 0,79 0,38 0,38 0,23 Hiệu suất (%) 87,1 92,1 96,3 96,3 97,7 0,3 ABS 0,54 0,42 0,38 0,23 0,17 CMB, sau (ppm) 2,45 1,91 1,71 1,04 0,73 Hiệu suất (%) 75,5 80,9 86,7 89,6 92,7
58
Hình 3.11: Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý xanh metylen vào lượng xúc tác ZnO-tro trấu
Từ kết quả trên ta thấy: khi khối lượng vật liệu tăng từ 0,05g đến 0,25g, hiệu suất xử lý xanh metylen tăng từ 93,8% đến 97,7%. Khi khối lượng vật liệu tiếp tục tăng từ 0,25g đến 0,3g, hiệu suất xử lý xanh metylen lại giảm xuống còn 92,7%. Vậy khối lượng vật liệu là 0,25g cho hiệu suất xử lý xanh metylen tốt nhất sau thời gian phản ứng 150 phút. Hơn nữa, ở mỗi khối lượng vật liệu, khi thời gian phản ứng tăng thì hiệu suất xử lý xanh metylen đều tăng.
Điều này có thể giải thích như sau: Khi lượng chất xúc tác ít thì tổng diện tích bề mặt tiếp xúc với thuốc nhuộm ít, do đó trung tâm hoạt động phân hủy màu cũng ít, kết quả là hiệu suất phân hủy chất màu thấp. Tuy nhiên, khi lượng chất xúc tác trong dung dịch tăng lên thì sự hỗn độn trong dung dịch cũng tăng lên. Điều này sẽ hạn chế ánh sáng xuyên qua và giảm sự chiếu xạ, kết quả là giảm hoạt tính quang xúc tác của vật liệu [25].
Qua việc phân tích kết quả trên, chúng tôi lựa chọn 0,25g là lượng chất xúc tác tối ưu cho các khảo sát về sau.
59
3.2.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác ZnO-tro trấu
Độ bền của xúc tác sau mỗi lần sử dụng có ý nghĩa rất lớn trong thực tế. Vì vậy trong thí nghiệm này, chúng tôi nghiên cứu khả năng tái sử dụng của xúc tác ZnO-tro trấu cho phản ứng quang xúc tác phân hủy xanh metylen.
Trong thí nghiệm này, chúng tôi giữ cố định khối lượng vật liệu xúc tác ZnO-tro trấu là 0,25g; pH=10; thể tích dung dịch xanh metylen 10ppm là 100 ml, thời gian phản ứng là 150 phút. Tiến hành thí nghiệm như mục 2.2.6.4.
Sau khi tiến hành phản ứng, sản phẩm được lọc. Dịch lọc đem đo trắc quang để xác định nồng độ xanh metylen còn lại. Chất xúc tác được rửa bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ dung dịch bám trên chất xúc tác. Sau khi chất xúc tác được sấy khô ở 100oC trong 3 giờ, lặp lại thí nghiệm xử lý xanh metylen với các chất xúc tác đã dùng lần 1, lần 2 và lần 3 để đánh giá khả năng tái sử dụng xúc tác của hệ xúc tác này. Kết quả được trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.12.
60
Bảng 3.6: Hiệu suất chuyển hóa xanh metylen qua các lần tái sử dụng xúc tác
Sử dụng lần thứ Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 1 ABS 0,29 0,18 0,09 0,09 0,06 CMB, sau (ppm) 1,29 0,79 0,38 0,38 0,23 Hiệu suất (%) 87,1 92,1 96,3 96,3 97,7 2 ABS 0,51 0,24 0,18 0,14 0,13 CMB, sau (ppm) 2,32 1,09 0,8 0,61 0,57 Hiệu suất (%) 76,8 89,1 92 93,9 94,3 3 ABS 0,57 0,28 0,21 0,18 0,17 CMB, sau (ppm) 2,61 1,27 0,93 0,79 0,77 Hiệu suất (%) 73,9 87,3 90,7 92,1 92,3 4 ABS 0,62 0,36 0,28 0,24 0,24 CMB, sau (ppm) 2,84 1,61 1,27 1,09 1,05 Hiệu suất (%) 71,6 83,9 87,3 89,1 89,5
61
Hình 3.12: Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý xanh metylen sau các lần tái sử dụng theo thời gian
Từ kết quả trên ta thấy, hiệu suất xử lý xanh metylen bằng vật liệu ZnO-tro trấu sử dụng lần 2, lần 3 và lần 4 giảm so với xúc tác được sử dụng lần đầu (97,7%). Tuy nhiên, đến lần sử dụng thứ 4 hiệu suất xử lý xanh metylen vẫn tương đối cao (gần 90%).
3.2.5. So sánh khả năng xử lý xanh metylen của vật liệu ZnO-tro trấu 6% và ZnO nguyên chất dƣới ánh sáng mặt trời
Với mục đích biến tính ZnO để làm giảm năng lượng vùng cấm và để tăng hoạt tính quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến của ZnO. Đặc biệt, với mong muốn sử dụng ZnO biến tính trong phản ứng quang xúc tác sử dụng ánh sáng mặt trời – nguồn năng lượng tự nhiên sẵn có, chúng tôi đã khảo sát khả năng xử lý xanh metylen của ZnO nguyên chất và ZnO-tro trấu dưới ánh sáng mặt trời.
Trong thí nghiệm này, chúng tôi cố định các điều kiện: khối lượng vật liệu xúc tác là 0,25g, pH dung dịch bằng 10, thể tích dung dịch xanh metylen là 100ml, nồng độ dung dịch xanh metylen là 10 ppm, thời gian phản ứng là 60 phút và sử
62
dụng 2 loại chất xúc tác khác nhau là ZnO nguyên chất và ZnO-tro trấu 6%. Dung dịch hỗn hợp được khuấy liên tục trong bóng tối 30 phút để đạt cân bằng hấp phụ. Sau đó, dùng ánh sáng mặt trời khoảng từ 10h -11h chiếu trực tiếp vào hỗn hợp phản ứng trong điều kiện khuấy liên tục. Cứ 30 phút tiến hành lấy mẫu dung dịch, đem lọc, rồi đo quang để xác định nồng độ xanh metylen còn lại.
Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.7 và hình 3.13.
Bảng 3.7: Hiệu suất chuyển hóa xanh metylen dưới ánh sáng mặt trời của ZnO
nguyên chất và ZnO-tro trấu
Vật liệu Thời gian 30 60 90 120 150
ZnO ABS 0,67 0,34 0,21 0,16 0,14 CMB, sau (ppm) 3,04 1,54 0,93 0,68 0,63 Hiệu suất (%) 69,6 84,6 90,7 93,2 93,8 ZnO-tro trấu ABS 0,45 0,07 0,04 0,04 0,03 CMB, sau (ppm) 2,04 0,27 0,16 0,13 0,09 Hiệu suất (%) 79,6 97,3 98,4 98,8 99,1
Hình 3.13: Sự phụ thuộc hiệu suất xử lý xanh metylen của ZnO và ZnO-tro trấu 6% dưới ánh sáng mặt trời
63 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ kết quả trên cho thấy: hiệu suất xử lý xanh metylen của ZnO nguyên chất dưới ánh sáng mặt trời sau 150 phút chỉ đạt 93,8%, trong khi đó hiệu suất xử lý của ZnO-tro trấu 6% đạt 99,1%. Đặc biệt với vật liệu ZnO-tro trấu, chỉ sau 60 phút phản ứng đã xử lý được 97,3% xanh metylen. Như vậy dưới ánh sáng mặt trời, hoạt tính quang xúc tác của ZnO-tro trấu cao hơn hẳn của ZnO nguyên chất.
3.3. Khả năng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm làng nghề Dƣơng Nội- Hà Đông – Hà Nội của xúc tác ZnO-tro trấu 6%
Mẫu nước thải thực tế lấy tại xưởng Tuất Tiến, thuộc làng Ỷ La, Xã Dương Nội, Hà Đông, Hà Nội vào ngày 13/09/2013. Mẫu được lấy tại hai vị trí: ngay sau quá trình nhuộm và ngoài cống thải. pH của các mẫu nước thải tương ứng là 7,48 và 6,81. Nước thải ở cả hai nguồn đều có màu hồng hơi nâu.
Sau khi nước thải được lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH về 10, lượng xúc tác được dùng là 0,25g; thể tích nước thải dùng là 100 ml, thí nghiệm tiến hành trong 150 phút, đèn chiếu sáng Compact 36 W (hãng Phillip) và dưới ánh sáng mặt trời. Hiệu xuất xử lý được đánh giá qua phân tích COD theo bảng 3.8.
Bảng 3.8: COD nước thải sau xử lý bằng xúc tác ZnO-tro trấu 6%
Thời gian (phút)
Mẫu sau quá trình nhuộm (COD – mgO2/l)
Đèn Ánh sáng mặt trời
0 3010,3 3010,3
150 1270,5 1008,3
Thời gian (phút)
Mẫu ngoài cống thải (COD - mg/l)
Đèn Ánh sáng mặt tròi
0 218,8 218,8
150 70,1 68,3
Từ kết quả trên cho thấy vật liệu ZnO-tro trấu có khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nước thải dệt nhuộm và làm giảm COD nước thải tương đối nhiều. Các giá trị COD của nước thải sau khi xử lý bằng ánh sáng mặt trời và đèn compact
64
đều đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại A về COD (QCVN 40:2011/BTNMT) cho phép đươ ̣c xả ra môi trường.
Kết quả này cho thấy: có thể sử dụng vật liệu ZnO biến tính bằng tro trấu để xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nước thải dệt nhuộm bằng phản ứng quang xúc tác dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời.
65
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu đề tài: “Cố định ZnO trên tro trấu làm chất
quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dƣới ánh sáng trông thấy”, chúng tôi
đã thu được những kết quả chính sau:
1. Đã tổng hợp được oxit ZnO biến tính bằng tro trấu. Kết quả cho thấy với hàm lượng tro trấu 6% thì vật liệu có hiệu suất xử lý xanh metylen tốt nhất. 2. Đã xác định được các đặc trưng của mẫu ZnO-tro trấu 6%:
- Oxit ZnO-tro trấu có cấu trúc tinh thể lục phương Wurtzite. - Kích thước hạt tương đối đồng đều (khoảng 15-30 nm).
- Khi biến tính ZnO bằng tro trấu đã mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến.
3. Đã khảo sát được các điều kiện tối ưu của phản ứng phân hủy xanh metylen với xúc tác ZnO-tro trấu dưới ánh sáng đèn compact 36w:
- pH của dung dịch bằng 10.
- Khối lượng chất xúc tác ZnO-tro trấu là 0,25g. - Nồng độ xanh metylen là 10ppm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Đã khảo sát được khả năng tái sử dụng của vật liệu ZnO-tro trấu sau 3 lần tái sử dụng, hiệu suất xử lý xanh metylen vẫn tương đối cao (89,5%).
5. Đã khảo sát khả năng xử lý nước thải dệt nhuộm ở làng nghề Dương Nội cho thấy: vật liệu ZnO được biến tính với 6% tro trấu có khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ có trong nước thải lấy ở ngoài cống thải về chỉ số COD cho phép theo tiêu chuẩn A của nước thải.
66
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Công Thương (2004). Khả năng ứng dụng phương pháp vi sinh vật để xử lý
nước thải công nghiệp trong ngành dệt may. Báo điện tử Thông tin Công
nghiệp: http://www.moi.gov.vn.
2. Lê Văn Cát (1999), Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên. 3. Trần Hồng Côn, Đồng Kim Loan (2001), Độc học môi trường.
4. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang - phổ hấp thụ UV - VIS, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
5. Đào Văn Lập (2011), Nghiên cứu tổng hợp oxit ZnO có kích thước nanomet
bằng phương pháp đốt cháy, Luận văn thạc sỹ, Đại học Vinh.
6. Hoàng Nhâm (2000), Hoá học vô cơ, Tâ ̣p ba, NXBGD.
7. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2001), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kĩ thuật.
8. Trần Văn Nhân (2001), Giáo trình hóa học chất keo.
9. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1997). Hóa lý, II, NXB Giáo Dục.
10.Lương Đức Phẩm (2002), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, NXB Giáo dục.
11.Trần Ma ̣nh Trí, Trần Ma ̣nh Trung (2006), Các quá trình oxi hóa nâng cao trong
xử lý nước và nước thải, NXB Khoa ho ̣c và Kỹ thuâ ̣t, Hà Nội.
12.Nguyễn Đình Triệu (1999). Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, NXB ĐH Quốc gia.
13.Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (2002), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học Kỹ thuật.
67
Tiếng Anh
14.APHA (1995), Standard method for water and waste water examinations, Washington D.C.
15.Chen C., Long M., Zeng H., Cai W., et. al. (2009), "Preparation, characterization and visible-light activity of carbon modified TiO2 with two kinds of carbonaceous species", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 314, pp. 35-41.
16.Corma A. (1997), “From Microporous to Mesoporous Molecular Sieves Materials and Their Use in Catalysis”, Chem. Rev, 97, pp. 2373-2419.
17.Cusker Mc. L.B. (1998), “Product characterization by X-Ray powder diffraction”, Micropor. Mesopor. Mater, 22, pp. 495-666.
18.Houas, A., Lachheb,H., Ksibi,M., Elaloui, E., Guillard, C., Herrmann, J.-M. (2001), “Photocatalytic degradation pathway of methylene blue in water”,
Appl. Catal., B Environ. 31, pp.145–157.
19.Hoffman M. R., Martin, S. T., Choi, W., and Bahnemann, P. W. (1995), “Environmental application at semicondutor photocatalysis”, Chem. Rev, 95, pp. 69-96.
20.Hsing – chun, Chen.T.M. (2006), Kinetic of Photocatalytic Decomposition of Methylene Blue, Ind. Eng. Chem. Res., 45, pp 6450 -6457. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
21.K.Y. Foo, B.H. Hameed. (2009), “Utilization of rice husk ash as novel adsorbent: A judicious recycling of the colloidal agricultural waste”. School of Chemical Engineering, Engineering Campus, Universiti Sains Malaysia, 14300 Nibong Tebal, Penang, Malaysia. Advances in Colloid and Interface Science,
152, pp. 39-47.
22.Li-Hua Wang, Chun-I Lin. (2008), ”Adsorption of chromium (III) ion from aqueous solution using rice hull ash”. Department of Chemical Engineering, National Taiwan University of Science and Technology, Taipei 106, Taiwan.
68
23.Lopez A., Kessler H., Guth J.I., Tuilier M.H., Popa L.M. (1990), “Proc. 6th Int. Conf. X-Ray absorption and fine structure”, Elsevier Science, Amsterdam, pp. 548-550.
24.R. Velmurugan, M. Swaminathan* (2011), “An efficient nanostructured ZnO for dye sensitized degradation of Reactive Red 120 dye under solar light”, Solar
Energy Materials & Solar Cells 95, pp. 942-950.
25.Rohini Kitture (2011), “Catalyst efficiency, photostability and reusability study of ZnO nanoparticles in visible for dye degradation”, journal of physics and
chemistry of solids, 72, pp. 60-66.
26.S.K.Pardeshi (2009), “Effect of morphology and crystallite size on solar photocatalytic activity of zinc oxide synthesized by solution free mechanochemical method”, Journal of Molecular catalysis A: Chemical, 308, pp. 32-40.
27.Sushil Kumar Kansal (2010), “Photocatalyst decolorization of biebrich scarlet dye in aqueous phase using different nanophotocatalysts”, Desalination, 259, pp. 147-155.
28.Park Y., Kim W., Choi W., et. al. (2009), "Carbon-doped TiO2 photocatalyst synthesized without using an external carbon precursor and the visible light activity", Applied Catalysis B: Environmental 91, pp. 355-361.
29.Priti Bansal, Dhiaj Sud (2011), “Photodegradation of commercial dye, Procion Blue HERD from real textile wastewater using nanocatalysts”, Desallination, 267, pp. 244-249.
30.Yun H. J., Lee H., Joo J. B., Kim N. D., et. al. (2010), "Facile preparation of high performance visible light sensitive photo-catalysts", Applied Catalysis B:
Environmental 94, pp. 241-247.
31.Zhang Y., et. al. (2012), “Ethanol supercritical route for fabricating bimodal carbon modified mesoporous TiO2 with enhanced photocatalytic capability in degrading phenol”, Applied Catalysis B: Environmental 115– 116, pp. 236– 244.
PHỤ LỤC: QCVN 40:2011/BTNMT
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
QCVN 40:2011/BTNMT
QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƢỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
National Technical Regulation on Indus trial Wastewater
Lời nói đầu
QCVN 40:2011/BTNMT do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất l ượng nước biên soạn thay thế QCVN 24:2009/BTNMT, Tổng cục Môi trường, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường.
QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA
VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP
National Technical Regulation on Industrial Wastewater
1. QUY ĐỊNH CHUNG 1.1. Phạm vi điều chỉnh
Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả ra nguồn tiếp nhận nước thải.
1.2. Đối tƣợng áp dụng
1.2.1. Quy chuẩn này áp dụng đối với tổ chức, cá nhân liên quan đến hoạt động xả nước thải công nghiệp ra nguồn tiếp nhận nước thải. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.2.2. Nước thải công nghiệp của một số ngành đặc thù được áp dụng theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia riêng.
1.2.3. Nước thải công nghiệp xả vào hệ thống thu gom của nhà máy xử lý nước thải tập trung tuân thủ theo quy định của đơn vị quản lý và vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung.
1.3. Giải thích thuật ngữ
Trong Quy chuẩn này, các thuật ngữ dưới đây được hiểu như sau:
1.3.1. Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp (sau đây gọi chung l à cơ sở công nghiệp), từ nhà