Luận văn Thạc sĩ: Phân hủy chất màu hữu cơ bằng quá trình Fenton dị thể với xúc tác chứa sắt tẩm trên chất mang Carbon - Ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm

Chia sẻ: Diệp Nhất Thiên | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:113

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật fenton dị thể một cách hiệu quả trong phân hủy chất màu hữu cơ (methylen bue) và màu trong nước thải dệt nhuộm tạo tiền đề và cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác trên cơ sở kỹ thuật fenton dị thể. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Phân hủy chất màu hữu cơ bằng quá trình Fenton dị thể với xúc tác chứa sắt tẩm trên chất mang Carbon - Ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM ---------- NGUYỄN ANH DŨNG PHÂN HỦY CHẤT MÀU HỮU CƠ BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON DỊ THỂ VỚI XÚC TÁC CHỨA SẮT TẨM TRÊN CHẤT MANG CARBON – ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số ngành: 60520320 TP. HCM, tháng 03 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM ---------- NGUYỄN ANH DŨNG PHÂN HỦY CHẤT MÀU HỮU CƠ BẰNG QUÁ TRÌNH FENTON DỊ THỂ VỚI XÚC TÁC CHỨA SẮT TẨM TRÊN CHẤT MANG CARBON – ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số ngành: 60520320 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phạm Hữu Thiện TP. HCM, tháng 03 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Hữu Thiện Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 13 năm 03 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 GS.TS. Hoàng Hưng Chủ tịch 2 PGS.TS. Thái Văn Nam Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Quốc Bình Phản biện 2 4 TS. Nguyễn Xuân Trường Ủy viên 5 TS. Nguyễn Thị Phương Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Anh Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/11/1978 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường MSHV: 1541810003 I- Tên đề tài: Phân hủy chất màu hữu cơ bằng quá trình Fenton dị thể với xúc tác chứa sắt tẩm trên chất mang Carbon - Ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm II- Nhiệm vụ và nội dung: (1). Tổng quan các tài liệu nghiên cứu. (2). Nghiên cứu chế tạo, khảo sát tính chất hoá lý của xúc tác chứa Fe trên chất mang Carbon. (3). Đánh giá khả năng phân hủy màu của xanh methylen đối với hệ Fenton dị xúc tác sắt trên than hoạt tính. (4). Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình phân hủy màu của xanh methylen bằng hệ Fenton dị thể và khả năng tái sử dụng của vật liệu. (5). Thử nghiệm khả năng phân hủy chất màu hữu cơ trong mẫu nước thải dệt nhuộm đối với hệ Fenton dị thể được nghiên cứu. IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày tháng năm 2017 V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Phạm Hữu Thiện CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. Phạm Hữu Thiện PGS. TS. Thái Văn Nam
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Anh Dũng
ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này cho phép tôi gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh và Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng TP. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực luận văn này. Đặc biệt, tôi xin cảm ơn Thầy TS. Phạm Hữu Thiện đã trực tiếp hướng dẫn và làm cố vấn cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã giúp đỡ và động viên tôi, giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện luận văn có hạn và những hạn chế về kinh nghiệm, do đó các kết quả thực hiện luận văn này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định. Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các quý thầy, cô để giúp tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Nguyễn Anh Dũng
iii TÓM TẮT Mục tiêu của nghiên cứu này là ứng dụng kỹ thuật fenton dị thể một cách hiệu quả trong phân hủy chất màu hữu cơ (methylen blue) và màu trong nước thải dệt nhuộm tạo tiền đề và cơ sở khoa học cho các nghiên cứu khác trên cơ sở kỹ thuật fenton dị thể. Thông qua các quá trình tổng hợp tài liệu, điều chế xúc tác sắt trên chất mang than hoạt tính, nghiên cứu đặc trưng của xúc tác và bố trí thực nghiệm, nghiên cứu đã (1) - Điều chế thành công xúc tác với hàm lượng Fe bổ sung từ 5 đến 25% mang trên chất mang than hoạt tính từ than tre bằng phương pháp tẩm ướt; (2) - Phân tích các đặc trưng lý hóa của xúc tác như: BET, TEM, SEM, IR... Kết quả cho thấy xúc tác điều chế có cấu trúc xốp, pha hoạt động của sắt mang trên than là Fe2O3, pha hoạt động này phân tán khá đồng đều trên bề mặt than; (3) - Các yếu tối ưu ảnh hương đến quả trình hấp phụ như sau: pH = 3; hàm lượng H2O2 = 2 mL; nhiệt độ phản ứng = 60oC; thời gian xử lý = 15 phút; nồng độ methylen blue = 50 ppm; hàm lượng xúc tác = 0,2 g; dung lượng hấp phụ cục đại: Amax = 312,5 mg/g; quá trình hấp phụ methylen blue tuân theo đường đẳng nhiệt Langmuir với hệ số R2 = 99,71%; (4) - Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý của xúc tác trên 02 mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế tại Công ty TNHH Dệt Liên Châu và Công ty TNHH Dệt Tường Long. Kết quả thử nghiệm cho thấy xúc tác có khả năng xử lý khá triệt để một số các chỉ số ô nhiễm của nước thải dệt như mùi, COD, TOC và nồng độ methylen blue giảm trên 60%.
iv ABSTRACT The objective of this study was to apply effective heterogeneous fenton fenton technique in the decomposition of organic pigments (methylen blue) and dye in textile wastewater to create a premise and scientific basis for other research based on heterogeneous fenton technique. Through the processes of document synthesis, preparing iron catalysts on on the carrier by activated carbon, studying the characteristics of catalysts and arranging experiments, the study has (1) - successfully prepared catalysts with iron content from 5 to 25% on activated carbon (produced from bamboo) by wet impregnation; (2) - Analysis of chemical and physical characteristics of catalysts such as BET, TEM, SEM, IR ... Results showed that porous structure of catalysts, active phase of iron on activated carbon is Fe2O3 and this phase is distributed fairly uniformly on the surface of activated carbon; (3) - The optimum factors affect to the adsorption process as follows: pH = 3; H2O2 = 2 mL; reaction temperature = 60oC; processing time = 15 minutes; methylen blue concentration = 50 ppm; catalytic amount = 0.2 g; large adsorption capacity: A max = 312.5 mg/g; adsorption of methylene blue followed the Langmuir isothermal line with R2 is 99.71%; (4) - In addition, the study also conducted the test processing capacity of catalytic on two samples of textile wastewater at Lien Chau Textile Co., Ltd and Tuong Long Textile Co., Ltd. The results showed that the catalyst can treatment some pollutants of textile wastewater such as odor, COD, TOC and methylen blue decreased more than 60%.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii TÓM TẮT ................................................................................................................ iii ABSTRACT ............................................................................................................. iv MỤC LỤC ..................................................................................................................v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. ix DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................... xii DANH MỤC ĐỒ THỊ ........................................................................................... xiv MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU................................................................................3 2.1. Mục tiêu tổng quát .......................................................................................3 2.2. Mục tiêu cụ thể .............................................................................................3 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................................4 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ....................................................5 4.1. Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................5 4.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................5 5. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.....................................................................................5 5.1. Ý nghĩa khoa học .........................................................................................5 5.2. Ý nghĩa thực tiễn ..........................................................................................6 6. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................7 1.1. Quá trình Fenton ..........................................................................................7 1.1.1. Cơ sở lý thuyết ......................................................................................7 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton .......................................12
vi 1.1.3. Ứng dụng của quá trình Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm [12] .......................................................................................................................14 1.2. Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm ............................................15 1.2.1. Phương pháp trung hòa, điều chỉnh pH ..............................................15 1.2.2. Phương pháp hấp phụ ..........................................................................15 1.2.3. Phương pháp màng..............................................................................16 1.2.4. Phương pháp sinh học .........................................................................16 1.2.5. Phương pháp đông keo tụ....................................................................16 1.2.6. Phương pháp dùng các chất oxy hoá mạnh .........................................17 1.2.7. Phương pháp oxy hoá nâng cao - hệ Fenton .......................................19 1.3. Giới thiệu về thuốc nhuộm (chất màu hữu cơ) và các hệ xúc tác trong xử lý chất màu hữu cơ ................................................................................................22 1.3.1. Giới thiệu về ô nhiễm chất màu hữu cơ ..............................................22 1.3.2. Các hệ xúc tác trong xử lý chất màu hữu cơ .......................................26 1.4. Các nghiên cứu liên quan ...........................................................................33 1.4.1. Tình hình nghiên cứu và áp dụng các quá trình Fenton trên thế giới .33 1.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................35 1.5. Tổng quan về xúc tác .................................................................................37 1.5.1. Xúc tác trên chất mang........................................................................37 1.5.2. Phương pháp điều chế xúc tác trên chất mang ....................................38 CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....40 2.1. Nguyên nhiên liệu và dụng cụ, thiết bị thí nghiệm ....................................40 2.1.1. Nguyên, nhiên liệu ..............................................................................40 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ............................................................40 2.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................41 2.2.1. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu ..........................................................41 2.2.2. Điều chế xúc tác ..................................................................................43 2.2.3. Các phương pháp hoá lý nghiên cứu đặc trưng của xúc tác ...............45
vii 2.2.4. Phương pháp đánh giá hiệu quả phân hủy Methylen blue của vật liệu .......................................................................................................................47 2.2.5. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến khả năng phân hủy Methylen blue của vật liệu xúc tác ................................................................................48 2.2.6. Phương pháp thử nghiệm khả năng phân hủy MB trên một số mẫu nước thải thực tế .....................................................................................................50 2.2.7. Các phương pháp nghiên cứu phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý ..50 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................53 3.1. Điều chế xúc tác bằng phương pháp tẩm ướt.............................................53 3.2. Khảo sát cấu trúc và đặc trưng lý hóa của vật liệu ....................................53 3.2.1. Khảo sát diện tích bề mặt (BET) của than hoạt tính ...........................53 3.2.2. Ảnh SEM của than hoạt tính và hệ vật liệu xúc tác Fe/Than ..............54 3.2.3. Ảnh TEM của than hoạt tính và hệ vật liệu xúc tác Fe/Than .............56 3.2.4. Phổ hồng ngoại (FT-IR) của than hoạt tính và hệ vật liệu xúc tác Fe/Than .........................................................................................................57 3.2.5. Giản đồ XRD của hệ vật liệu xúc tác Fe/Than ...................................60 3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý Methylen blue của xúc tác ..................................62 3.4. Các điều kiện ảnh hưởng đến sự suy thoái của MB ...................................64 3.4.1. Ảnh hưởng của pH ..............................................................................64 3.4.2. Ảnh hưởng của liều lượng H2O2 .........................................................66 3.4.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................68 3.4.4. Ảnh hưởng của lượng xúc tác trong phân hủy Methylene Blue .........70 3.4.5. Ảnh hưởng của nồng độ Methylene Blue ban đầu ..............................72 3.4.6. Động học của quá trình xúc tác quang hóa trong phản ứng phân hủy thuốc nhuộm ..................................................................................................74 3.5. Nhận xét chung ..........................................................................................78 3.6. Thử nghiệm khả năng phân hủy Methylen blue trên một số mẫu nước thải thực tế ................................................................................................................80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................82
viii 1. KẾT LUẬN .......................................................................................................82 2. KIẾN NGHỊ ......................................................................................................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................84 PHỤ LỤC ...................................................................................................................1
ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp 1 BET Brunauer-Emmett-Teller phụ nitrogen Biochemical Oxigen 2 BOD Nhu cầu oxi hóa sinh học Demand 3 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học 4 DO Disolved Oxigen Hàm lượng oxy hòa tan EDX - Energy- Dispersive X-ray 5 Phổ tán xạ năng lượng tia X EDS Spectroscopy Fourrier Transformation 6 FT-IR Phương pháp phổ hồng ngoại InfraRed High Resolution Kính hiển vi điện tử truyền qua 7 HR-TEM Transmission Electron phân giải cao Microscopy International Union of Liên minh quốc tế về Hóa học 8 IUPAC Pure Applied Chemistry thuần túy và Hóa học ứng dụng 9 MB Methylen Blue Màu Xanh Methylen 10 PVA Polyvinyl Alcohol Bột hóa chất công nghiệp Scanning Electron 11 SEM Ảnh hiển vi điện tử quét Microscope 12 SS Suspended Solids Chất rắn huyền phù Transmission Electron 13 TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Microscopy 14 TNHH Trách nhiệm hữu hạn 15 TOC Total Organic Carbon Tổng cacbon hữu cơ 16 TOD Total Oxygen Demand Nhu cầu oxy tổng cộng 17 TP.HCM Thành Phố Hồ Chí Minh
x Trans-Pacific Partnership Hiệp định đối tác xuyên Thái 18 TPP Agreement Bình Dương 19 TS Total Solids Tổng chất rắn Theoretical Oxigen 20 ThOD Nhu cầu oxy lý thuyết Demand Viet Nam Cotton & 21 VCOSA Hiệp hội bông sợi Việt Nam Spinning Association 22 XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ Rơnghen
xi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cơ chế phản ứng của TiO2/graphen với Methylene blue ..........................28 Hình 1.2: Cơ chế phản ứng của ZnO với các chất hữu cơ ........................................30 Hình 1.3: Cơ chế phản ứng của Fe3O4/graphen với các chất hữu cơ ........................31 Hình 2.1: Sơ đồ nghiên cứu chung ............................................................................42 Hình 2.2: Quy trình điều chế xúc tác Fe/Than ..........................................................43 Hình 2.3: Than hoạt tính trước và sau khi tẩm sắt ....................................................44 Hình 2.4: Thiết bị TOC Ultra xác định TOC ............................................................52 Hình 3.1: Than hoạt tính trước và sau khi tẩm sắt ....................................................53 Hình 3.11: Hình BET của mẫu than hoạt tính...........................................................54 Hình 3.2: Kết quả chụp ảnh SEM của than hoạt tính và xúc tác Fe/Than ở các tỉ lệ khác nhau...................................................................................................................55 Hình 3.3: Kết quả chụp ảnh TEM của than hoạt tính và xúc tác Fe/Than ở các tỉ lệ khác nhau...................................................................................................................57 Hình 3.4: Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu 5%wt Fe/than....................................58 Hình 3.5: Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu 10%wt Fe/than ..................................58 Hình 3.6: Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu 15%wt Fe/than ..................................58 Hình 3.7: Phổ hồng ngoại FT-IR của vật liệu 20%wt Fe/than ..................................58 Hình 3.8: Phổ hồng ngoại FT-IR của than hoạt tính .................................................59 Hình 3.9: Ảnh chụp XRD của xúc tác 10%wt Fe/Than hoạt tính.............................60 Hình 3.10: Ảnh chụp XRD của xúc tác 20% wt Fe/than ..........................................60
xii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa ......................................20 Bảng 1.2: Hằng số tốc độ phản ứng (M-1s-1) của gốc hydroxyl (•OH) so với Ozon .20 Bảng 1.3: Một số chất ô nhiễm trong nước và nước thải có thể xử lý bằng các quá trình oxy hóa nâng cao ..............................................................................................21 Bảng 1.4: Bảng thống kê một vài nghiên cứu về TiO2/graphen ...............................27 Bảng 1.5: Bảng thống kê một vài nghiên cứu về oxit kim loại/graphen...................29 Bảng 1.6: Bảng thống kê một vài nghiên cứu về hỗn hợp oxit/graphen ...................33 Bảng 2.1: Thành phần điều chế xúc tác ở các tỉ lệ Fe/Than .....................................44 Bảng 2.2: Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen ............51 Bảng 3.1: Hiệu suất xử lý xanh methylene của các mẫu xúc tác ở các mốc thời gian khác nhau...................................................................................................................62 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của pH đến quá trình xử lý Methylen blue của xúc tác ở các mốc thời gian .............................................................................................................64 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của liều lượng H2O2 đến quá trình xử lý Methylen của xúc tác ...................................................................................................................................66 Bảng 3.4: Hiệu suất xử lý methylene ở các mốc nhiệt độ khác nhau .......................68 Bảng 3.5: Độ hấp thụ màu Abs của dung dịch xanh methylene trong thời gian xử lý khi sử dụng lượng xúc tác khác nhau ........................................................................70 Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Methylen blue đến hiệu suất xử lý của xúc tác.72 Bảng 3.7: Xác định các thông số của đường đẳng nhiệt hấp phụ .............................74 Bảng 3.8: Các hằng số Langmuir và hệ số tương quan ............................................76 Bảng 3.9: Các hằng số Freundlich và hệ số tương quan ...........................................77 Bảng 3.10: Độ hấp phụ màu Methylen blue thực tế của xúc tác ..............................77 Bảng 3.11: Các thông số tối ưu của phần thực nghiệm ............................................79 Bảng 3.12: Kết quả xác định các chỉ tiêu của các mẫu nước thải .............................81
xiii
xiv DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 2.1: Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen .....................................52 Đồ thị 3.1: Hiệu quả xử lý Methylen blue của xúc tác ở các tỉ lệ khác nhau. ..........63 Đồ thị 3.2: Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Methylen blue của xúc tác. .......65 Đồ thị 3.3: Ảnh hưởng của liều lượng H2O2 đến quá trình xử lý Methylen blue của xúc tác. ......................................................................................................................67 Đồ thị 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu quả xử lý Methylen blue của xúc tác. ......................................................................................................................69 Đồ thị 3.5: Ảnh hưởng của liều lượng xúc tác đến quá trình xử lý Methylen blue ở các mốc thời gian khác nhau. ....................................................................................71 Đồ thị 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ Methylen blue đến hiệu quả xử lý của xúc tác. ...................................................................................................................................73 Đồ thị 3.7: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. ..........................................75 Đồ thị 3.8: Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich. ........................................76 Đồ thị 3.9: Đường hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir và thực tế. .....78
1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Phát triển ngành dệt may trở thành “một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn, hướng về xuất khẩu và có khả năng đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước ngày càng cao; tạo nhiều việc làm cho xã hội” nằm trong quy hoạch ngành dệt may đến 2020, tầm nhìn 2030 [1]. Sự phát triển của ngành dệt may Việt Nam đã tạo việc làm và thu nhập ổn định cho khoảng 2,5 triệu lao động trực tiếp và gần 2 triệu lao động gián tiếp (thuộc các ngành công nghiệp phụ trợ, kho bãi, vận chuyển…) [23]. Năm 2016, kim ngạch xuất khẩu toàn ngành Dệt may Việt Nam ước đạt 28,3 tỷ USD và ước tính đạt 31 tỷ USD trong năm 2017 [3]. Trong thời gian tới, khi nhiều hiệp định thương mại tự do, hiệp định đối tác chiến lược xuyên Thái Bình Dương (TPP) được ký kết thì Dệt may (trong đó có nhuộm) là một trong những ngành được hưởng lợi nhiều nhất vì vậy được chính phủ đặc biệt quan tâm và ưu tiên đầu tư phát triển, nhất là cho xuất khẩu. Bên cạnh những lợi ích mang lại thì ngành dệt may cũng là một trong những ngành gây ô nhiễm môi trường đáng báo động. Với đặc thù sử dụng rất nhiều nước và dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nhau nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn... [6]. Ngoài ra, nước thải dệt nhuộm còn chứa nhiều loại hợp chất hữu cơ độc hại, đặc biệt là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu. Nhiều phẩm nhuộm có tính độc hại cao đối với môi trường sinh thái và con người, đặc biệt là khả năng gây ung thư cho người sử dụng sản phẩm vì vậy đặt ra vấn đề nước thải dệt nhuộm phải được xử lý nếu không sẽ gây mất mỹ quan, cản trở quá trình quang hợp, làm giảm lượng oxy trong nước, gây ảnh hưởng trầm trọng đến môi trường, sinh thái và đời sống của nhiều loài thủy sinh, động vật và con người.
2 Về cơ bản nước thải dệt nhuộm có thể được giải quyết bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, phổ biến là các kỹ thuật hóa lý như keo tụ, điện keo tụ, hấp phụ, màng; kỹ thuật sinh học yếm khí, hiếu khí; các kỹ thuật hóa học như ozon hóa, oxy hóa tiên tiến… Tuy nhiên, hiện nay các phương pháp và kỹ thuật xử lý nước thải truyền thống chưa đem lại hiệu quả cao kèm theo đó là chi phí xử lý lớn. Hiện nay trong nhiều trường hợp, các kỹ thuật oxy hóa tiên tiến (Quá trình Fenton) là giải pháp duy nhất để xử lý (hoặc tiền xử lý), phân hủy phẩm màu trong nước thải bởi nhiều loại phẩm màu không bị phân hủy sinh học, khó loại bỏ bằng kỹ thuật hóa lý thông thường. Quá trình Fenton được phát triển đầu tiên bởi Fenton vào năm 1894. Quá trình này được sử dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước với các tác chất là H2O2và FeSO4, có khả năng oxy hóa triệt để không lựa chọn các hợp chất hữu cơ (thuốc nhuộm) thành CO2 và H2O. Cơ sở khoa học của kỹ thuật Fenton là sử dụng các kim loại có số oxy hóa thay đổi như Fe, Mn… làm xúc tác để tạo ra gốc hydroxyl (•OH) có thế oxy hóa cao từ H2O2. Fenton có 2 loại đó là Fenton đồng thể và Fenton dị thể, trong đó nhược điểm quan trọng nhất của quá trình Fenton đồng thể là phải thực hiện ở pH thấp, sau khi xử lý phải nâng pH lên >7 để tách các ion Fe3+ ra khỏi nước thải sau xử lý bằng nước vôi hoặc dung dịch kiềm nhằm chuyển sang dạng keo Fe(OH)3 kết tủa, sau đó phải qua thiết bị lắng hoặc lọc ép để tách bã keo Fe(OH)3, tạo ra một lượng bùn kết tủa chứa rất nhiều sắt. Nhằm khắc phục nhược điểm trên, nhiều công trình nghiên cứu thay thế bằng quặng sắt Goethite (-FeOOH), cát có chứa sắt, hoặc sắt trên chất mang Fe/SiO2, Fe/TiO2, Fe/than hoạt tính, Fe/Zeolit… quá trình này xảy ra cũng giống như quá trình Fenton đã khảo sát ở trên nên gọi là quá trình Fenton hệ dị thể. Nghiên cứu này quan tâm đến việc chọn hướng nghiên cứu Fenton dị thể với xúc tác chứa Fe trên chất mang Carbon (từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp đã được than hoạt tính) nhằm nâng cao hiệu quả phân hủy màu hữu cơ so với các phương pháp xử lý màu truyền thống, hướng đến khả năng xử lý triệt để màu hữu cơ trong nước thải; thể hiện được tính ưu việt so với kỹ thuật Fenton đồng thể (cũng có hiệu quả xử lý màu hữu cơ rất cao) nhờ khả năng dễ thu hồi (có khả năng thu hồi bằng từ tính...)