intTypePromotion=1

Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2

Chia sẻ: ViNobinu2711 ViNobinu2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

0
23
lượt xem
1
download

Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2 dạng bột trong quy mô phòng thí nghiệm đã được thực hiện. Trước tiên, chúng tôi tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình xử lý độ màu bằng hệ quang xúc tác dạng bột, từ đó đưa ra điều kiện tối ưu hóa nhằm ứng dụng vào xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế bằng việc thêm các tác nhân bổ trợ như O2 và H2O2.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2

TAÏP CHÍ KHOA HOÏC ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 3(28) - Thaùng 5/2015<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỘ MÀU NƯỚC THẢI<br /> DỆT NHUỘM BẰNG HỆ QUANG XÚC TÁC TiO2<br /> <br /> PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN(*)<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2<br /> dạng bột trong quy mô phòng thí nghiệm đã được thực hiện. Trước tiên, chúng tôi tiến<br /> hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình xử lý độ màu bằng hệ quang xúc tác<br /> dạng bột, từ đó đưa ra điều kiện tối ưu hóa nhằm ứng dụng vào xử lý nước thải dệt nhuộm<br /> thực tế bằng việc thêm các tác nhân bổ trợ như O2 và H2O2. Kết quả thu được cho thấy<br /> việc thêm O2, H2O2 có thể tăng hiệu suất xử lý nước thải và hệ xúc tác TiO2 cho thấy có độ<br /> bền rất cao, hoạt tính xử lý methylen xanh gần như không giảm sau 4 lần sử dụng liên tiếp.<br /> Khi kết hợp hệ xúc tác TiO2 với O2/H2O2 để xử lý một số nguồn nước thải thật với đầu vào<br /> có độ màu tương ứng với đầu ra của chuẩn cột B thì kết quả cho thấy trong thời gian 90<br /> phút, độ màu của nước thải sau khi qua hệ xúc tác đều đạt tiêu chuẩn loại A của QCVN<br /> 13: 2008/BTNMT, dưới 50 Pt-Co. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng hệ TiO2 kết<br /> hợp O2/H2O2 vào thực tế là rất cao.<br /> Từ khóa: TiO2, xử lý độ màu, nước thải dệt nhuộm, methylene xanh, xúc tác quang hóa<br /> <br /> ABSTRACT<br /> Research is carried out in lab-scale for optimizing the decolorization of textile<br /> wastewater under powdered TiO2 photocatalytic system. Study was conducted to evaluate<br /> the parameters that can effect on the textile wastewater decolorization process over TiO2<br /> powdered photocatalyst. The optimum condition is obtained and the addition of O2, H2O2<br /> can improve the treatment efficiency. TiO2 system also showed very high stable and recycle<br /> ability, the methylene blue treatment output remains unchanged after 4 consecutive uses.<br /> When the combination of TiO2 system and O2/H2O2 was applied to real wastewater sources<br /> that have input color corresponding to standard output of column B, the results showed<br /> that after a period of 90 minutes running through the catalytic system, all the wastewater<br /> sources had color indexes of 50 in Pt/Co scale (standard type A). It proved a very<br /> promising opportunity for full-scale application of the TiO2 system with O2/H2O2 catalysts.<br /> Keyword: TiO2, decolorization, textile wastewater, methylene blue, photocatalytic<br /> <br /> 1. PHẦN MỞ ĐẦU (*) kể, trong đó, lượng nước được sử dụng<br /> Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%,<br /> nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn<br /> hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, tất sản phẩm [1]. Xét hai yếu tố là lượng<br /> nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của nước thải và thành phần các chất ô nhiễm<br /> các chuyên gia, trung bình, một nhà máy trong nước thải, ngành dệt nhuộm được<br /> dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các<br /> ngành công nghiệp [2-4]. Trong số các chất<br /> (*)<br /> TS, Trường Đại học Sài Gòn<br /> <br /> 39<br /> ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, sát. Ngoài ra, nghiên cứu cũng tiến hành thí<br /> thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, nghiệm nâng cao hiệu suất xử lý khi thêm<br /> đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan – O2 và H2O2 vào hệ.<br /> loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến 2. THỰC NGHIỆM<br /> nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần [1]. 2.1. Hóa chất – dụng cụ<br /> Thông thường, các chất màu có trong thuốc Xúc tác titanium dioxide (TiO2) dạng<br /> nhuộm không bám dính hết vào sợi vải bột và methylene xanh (MB) sử dụng trong<br /> trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng quá trình nghiên cứu được mua từ hãng<br /> còn lại một lượng dư nhất định tồn tại Merck - Đức. Trong khi đó, congo đỏ và<br /> trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư orange cam có xuất xứ từ Trung Quốc.<br /> sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% Mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng<br /> tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban hệ quang xúc tác TiO2 dạng bột được đem<br /> đầu [1,3,5]. Xử lý độ màu nước thải dệt đi ly tâm tách TiO2 bằng máy ly tâm Beoco<br /> nhuộm có rất nhiều phương pháp bao gồm U320R và đo mật độ quang để xác định độ<br /> cả sinh học và hóa lý, trong đó các phương màu bằng máy đo quang DR3000.<br /> pháp hóa lý thường được áp dụng là các 2.2. Nguồn nước thải dệt nhuộm<br /> quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs – Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu của<br /> Advanced Oxidation Processes) [4-10]. nước thải dệt nhuộm của quá trình quang<br /> AOPs được xem là những công nghệ nổi xúc tác TiO2 được thực hiện trên nguồn<br /> bật trong xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm nước thải giả định và nguồn nước thải thật.<br /> trong nước thải nhờ không gây ô nhiễm thứ Đầu tiên nghiên cứu thực hiện trên nguồn<br /> cấp như các phương pháp khác. Trong số nước thải giả định được pha chế từ thuốc<br /> các AOPs thì quá trình xúc tác quang đang nhuộm methylen xanh C16H18N3ClS (M =<br /> được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi 373.9g/mol), để chọn các điều kiện tối ưu<br /> trường. Đặc điểm nổi bật của quá trình xúc cho các thí nghiệm chạy ứng dụng trên các<br /> tác quang là các chất hữu cơ có thể đạt đến loại nước thải giả định khác được pha chế<br /> mức vô cơ hóa hoàn toàn, không phát sinh từ dung dịch orange cam C16H10N2Na2O7S2<br /> ra bùn bã thải, chí phí đầu tư và vận hành (M = 452,3g/mol) và congo đỏ<br /> thấp, thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và C32H22N6Na2O6S2 (M= 696,6g/mol) và<br /> áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn nước thải thật. Yêu cầu độ màu đầu vào<br /> UV nhân tạo hoặc thiên nhiên và không trước khi xử lý của nước thải dệt nhuộm<br /> cần dùng thêm bất cứ loại hóa chất oxy hóa trong nghiên cứu này là phải lớn hơn<br /> nào [9,10]. Đối với quá trình quang xúc tác 150Pt-Co (yêu cầu loại B của QCVN<br /> trên nền TiO2 thì ngoài các ưu điểm giống 13:2008/BTNMT).<br /> như các AOPs khác, xúc tác TiO2 là một 2.3. Mô hình thí nghiệm<br /> loại hóa chất phổ biến, không độc, bền hóa Mô hình thí nghiệm được thực hiện trên<br /> học với quá trình quang xúc tác, ít bị ảnh ba hệ là hệ có chiếu UV, Vis và hệ tối. Đối<br /> hưởng bởi pH và có thể tái sử dụng [10]. với hệ UV, mô hình thí nghiệm gồm thùng<br /> Trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh xốp hình chữ nhật với kích thước 70x50cm<br /> hưởng đến khả năng xử độ màu nước thải và đèn UV (loại UV – A dài 60 cm, bước<br /> dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2 sóng từ 320 - 380nm, công suất 15W). Đối<br /> trong qui mô phòng thí nghiệm được khảo với hệ VIS, mô hình thí nghiệm gồm thùng<br /> <br /> 40<br /> xốp hình chữ nhật với kích thước 50x40cm thí nghiệm được bố trí tương tự như hai hệ<br /> và đèn Vis (dài 40 cm, bước sóng từ 400 - trên nhưng khác là không có chiếu sáng. Mô<br /> 700nm, công suất 15W). Mỗi đèn được bố hình thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ<br /> trí cố định ngay phía trên becher đựng dung quang xúc tác TiO2 trong ba điều kiện chiếu<br /> dịch thải nhằm cung cấp photon cho quá UV, Vis và tối được trình bày ở hình 1.<br /> trình quang xúc tác. Ngoài ra, mỗi thùng 2.4. Phương pháp thực hiện<br /> được dán giấy bạc chắn sáng để đảm bảo Mỗi lần chạy mô hình được tiến hành<br /> điều kiện thí nghiệm. Trên mỗi nắp thùng cùng một lúc trên ba hệ UV, Vis và tối<br /> tiến hành khoét hai lỗ: một lỗ để cách nhằm giảm bớt sai số từ mỗi lần pha dung<br /> khuấy, còn lỗ còn lại để rút mẫu và quan sát dịch. Dung dịch nước thải và TiO2 cần<br /> cánh khuấy có hoạt động bình thường hay dùng được cho vào 3 becher 250 ml, khuấy<br /> không để kịp thời điều chỉnh. Dung dịch đều. Đặt 3 becher vào ba mô hình tương<br /> phản ứng được đặt trong becher 250ml và ứng cho ba hệ UV, Vis và tối. Trong quá<br /> được khuấy trộn liên tục bằng cách khuấy trình chạy mô hình với thời gian 90 phút<br /> trong quá trình phản ứng. Hệ thống cánh liên tục, định kỳ sau 30 phút là lấy 10ml<br /> khuấy gồm hai cánh khuấy tự tạo bằng ống mẫu đem đi ly tâm tách TiO2 với tốc độ<br /> hút gắn vào motor. Hệ thống sục khí O2 4300 vòng/5 phút trước khi đo quang để<br /> bằng cách sử dụng máy đẩy khí để thổi O2 tính toán hiệu suất phản ứng.<br /> vào đáy becher. Đối với hệ tối thì mô hình<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lý nước thải của ba hệ UV, Vis và tối<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN methylen xanh bằng bức xạ UV khi không<br /> 3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng có xúc tác trong điều kiện khuấy từ liên tục<br /> đến hoạt tính quang xúc tác để có thể xác định chính xác hoạt tính thực<br /> 3.1.1. Khả năng tự phân hủy của sự của quá trình quang xúc tác. Kết quả đo<br /> methylen xanh dưới bức xạ UV, Vis độ hấp thu quang, nồng độ của MB trước<br /> Khảo sát khả năng tự phân hủy của và sau khi xử lý được thể hiện ở bảng 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 41<br /> Bảng 1. Hiệu suất chuyển hóa MB sau 90 phút không có xúc tác<br /> Độ hấp thu<br /> Thời gian Nồng độ của MB Hiệu suất<br /> quang của MB<br /> 0 0.8092 9.95x10-6 0.5%<br /> UV<br /> 90 phút 0.7412 9.12x10-6 8.8%<br /> 0 0.8123 9.99x10-6 0.1%<br /> Vis<br /> 90 phút 0.8062 9.91x10-6 0.9%<br /> <br /> Khi khuấy từ và chiếu sáng bức xạ UV hiệu suất phân hủy các chất hữu cơ, đã tiến<br /> liên tục trong 90 phút thì hàm lượng MB hành khảo sát với 3 mẫu dung dịch tự tổng<br /> phân hủy là 8,8%, dưới bức xạ Vis chỉ hợp methylen xanh có nồng độ thay đổi là<br /> 0,9%. Như vậy bức xạ UV có khả năng 10-5M, 2x10-5M, 3x10-5M, 5x10-5M, 7x10-<br /> 5<br /> phân hủy MB, còn bức xạ Vis có thể xem M, hàm lượng xúc tác TiO2 tối ưu là 0.5g<br /> như không ảnh hưởng. Chính vì thế, trong TiO2/250ml. Sự thay đổi hiệu suất phân<br /> các thí nghiệm với xúc tác tiếp theo, hiệu hủy quang hóa của các dung dịch phản ứng<br /> suất phản ứng sẽ được trừ đi phần tham gia khi có sự thay đổi nồng độ dung dich được<br /> của đèn UV để có được hoạt tính chuyển biểu diễn ở hình 2. Kết quả cho thấy khi<br /> hóa xúc tác chính xác. tăng nồng độ dung dịch nước thải thì hiệu<br /> 3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ MB suất xử lý ở hệ UV giảm 3% và hệ Vis thì<br /> Để xác định mức độ ảnh hưởng do giảm 12%, điều này cho thấy TiO2 có khả<br /> nồng độ ban đầu của các dung dịch lên năng xử lý tốt MB ở nồng độ thấp.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến hiệu suất xử lý<br /> <br /> 3.1.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất cần được xác định. Để nghiên cứu ảnh<br /> xúc tác hưởng của hàm lượng xúc tác đối với quá<br /> Trong quá trình quang xúc tác dị thể, trình quang phân hủy các hợp chất hữu cơ,<br /> hàm lượng chất xúc tối thiểu là đại lượng phản ứng quang hóa được thực hiện với<br /> <br /> 42<br /> dung dịch giả định methylene xanh nồng 0,5g, 0,25g và 0,125g TiO2/250ml ở ba hệ<br /> độ 3.10-5M (tương ứng độ màu là 198 Pt- UV, Vis và tối.<br /> Co), với các hàm lượng xúc tác thay đổi<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Hiệu suất xử lý độ màu theo khối lượng chất xúc tác<br /> <br /> Hiệu suất xử lý giảm theo khối lượng 3.1.4. Khả năng tái sử dụng của<br /> của xúc tác nhưng không nhiều ở cả 3 hệ xúc tác TiO2<br /> (tối, Vis và UV). Điều này có thể do tâm Tái sử dụng lại xúc tác là một trong<br /> hoạt động trên bề mặt TiO2 và khả năng yếu tố nổi bật nhằm nâng cao tính khả thi<br /> truyền sáng vào dung dịch vì khi tăng hàm của việc áp dụng quá trình quang xúc tác<br /> lượng xúc tác là làm tăng tâm hoạt động TiO2. Để nghiên cứu khả năng tái sử dụng<br /> tham gia phản ứng nhưng cũng gián tiếp của xúc tác ta tiến hành thí nghiệm với<br /> làm giảm khả năng truyền sáng đến dung 0,5gTiO2/250ml nước thải methylene xanh<br /> dịch từ đó thể tích vùng phản ứng bị giảm ở nồng độ 3.10-5M. Thực nghiệm cho thấy<br /> đi. Ngoài ra, theo nghiên cứu thì khối không có sự suy giảm nào về hoạt tính của<br /> lượng 2g TiO2/l là khối lượng tối ưu [11], do TiO2 ở cả 3 hệ xúc tác tối, Vis và UV.<br /> đó không có hiện tượng TiO2 kết tụ lại và Theo một vài công trình nghiên cứu của<br /> điều này làm cho một phần bề mặt TiO2 Al-Sayyed và Mills cũng cho biết không có<br /> không thể hấp thụ ánh sáng cũng như hấp sự suy giảm hoạt tính sau 10 chu trình liên<br /> phụ các chất hữu cơ dẫn đến hiệu suất phản tiếp được sử dụng trong phản ứng phân<br /> ứng cũng giảm. hủy 4-Clorophenol. Đây là một triển vọng<br /> có thể tái sử dụng lại xúc tác để giảm hóa<br /> chất và chi phí xử lý.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 43<br /> Hình 4. Khả năng tái sử dụng của chất xúc tác TiO2<br /> <br /> <br /> 3.2. Nâng cao hiệu suất xử lý của độ 3.10-5M nhưng có thêm oxy vào hệ<br /> hoạt tính quang xúc tác thống sục khí, hệ chạy liên tục trong 30<br /> 3.2.1. Nâng cao hiệu suất xử lý khi phút sau đó lấy mẫu đi quang trắc. Ảnh<br /> thêm oxy vào hệ hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý thực<br /> Nhằm khảo sát ảnh hưởng của oxy, nghiệm chạy mô hình được biểu diễn ở<br /> thí nghiệm vẫn giữ điều kiện khảo sát hình 5.<br /> 0,125gTiO2/250ml, methylene xanh ở nồng<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Ảnh hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý methylene xanh<br /> <br /> Dựa vào biểu đồ ở hình 5 ta thấy hiệu tăng, ở hệ đèn Vis hiệu suất tăng 3,02% và<br /> suất xử lý khi sục thêm oxy vào dung dịch ở hệ đèn UV tăng 3,97%. Như đã trình bày<br /> trong quá trình thực hiện thí nghiệm ở cả ở phần trên thì việc sục oxy vào hệ đã ảnh<br /> hai hệ đèn Vis và UV thì hiệu suất đều hưởng đến tốc độ và hiệu quả của quá trình<br /> <br /> 44<br /> quang xúc tác TiO2. Oxy đã góp phần ngăn với hầu hết các hợp chất hữu cơ hấp phụ<br /> chặn sự tái hợp giữa e- và lỗ trống tạo trên bề mặt TiO2 và có thể oxy hóa chúng<br /> thành tác nhân oxy hóa là anion peroxyt. đến sản phẩm cuối cùng. Để xác định mức<br /> Khi đó, O2 và O2•- đều có thể tạo thành gốc độ ảnh hưởng H2O2 đến hiệu suất phản<br /> •<br /> OH bổ sung theo các phản ứng [11,12]: ứng, thí nghiệm với 0.125g TiO2/250ml ở<br /> TiO2 (e-) + O2 → TiO2 + O2•- (1) nồng độ 3x10-5M được tiến hành khảo sát<br /> •- -<br /> 2 O2 + 2H2O → H2O2 + 2OH + O2 (2) với H2O2 30% ở thể tích là 0 ml; 0,5 ml; 1<br /> TiO2 (e-) + H2O2 → TiO2 + OH- + •OH ml; 1,5 ml; 2 ml; 3 ml và 4 ml, hệ đèn UV<br /> (3) chạy trong 30 phút. Kết quả khảo sát cho<br /> 3.2.2. Nâng cao hiệu suất xử lý thấy H2O2 không có khả năng xứ lý<br /> khi thêm H2O2 vào hệ methylene xanh khi không có xúc tác TiO2.<br /> TiO2 kết hợp với H2O2 và lượng O2 hòa Kết quả khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến<br /> tan trong nước tạo nên các phản ứng tạo hoạt tính quang xúc tác của TiO2 được biểu<br /> thành OH, các gốc tự do •OH phản ứng diễn trong hình 6.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Hiệu suất xử lý theo thể tích H2O2 trong 30 phút<br /> <br /> <br /> Kết quả ở hình 6 cho thấy khi tăng thể OH + H2  H + H2O (7)<br />  <br /> tích H2O2 từ 0,5 ml lên 1 ml thì hiệu suất OH + HO2  H2O + O2 (8)<br /> cũng tăng tử 60% đến 80% nhưng khi tăng Lượng H2O2 nhiều nên cũng sẽ tạo<br /> thể tích H2O2 lên nhiều hơn 2 ml thì hiệu được nhiều gốc OH (phản ứng 4). Các gốc<br /> <br /> suất xử lý của hệ xúc tác giảm dần. Như OH có thể tự phản ứng với nhau tạo H2O2<br /> vậy, khi tăng quá nhiều H2O2 sẽ làm giảm và khi đó gốc OH dư sẽ phản ứng H2O2<br /> hiệu suất xử lý của quá trình quang xúc tác. tạo thành gốc và lúc này gốc OH sẽ phản<br /> Điều này có thể giải thích là do lượng ứng với gốc mới tạo thành H2O và O2.<br /> H2O2 thêm vào dung dịch nhiều tạo nên Ngoài ra, trong nước cũng có H2, lúc này<br /> các phản ứng [12,13]: gốc OH phản ứng với H2 sinh ra H và<br /> H2O2  2 OH (4) H2O. Do đó, gốc OH giảm dẫn đến hiệu<br />  <br /> OH + H2O2  HO2 (5) suất phản ứng giảm.<br />  <br /> OH + OH  H2O2 (6) Với 1ml H2O2 thêm vào thì hiệu suất<br /> <br /> 45<br /> xử lý độ màu tăng cao nhất, do đó 1 ml so sánh hiệu suất theo hình 7.<br /> H2O2 là thể tích tối ưu. Vì vậy, trong các Dựa vào biểu đồ trên ta có thể nhận xét<br /> nghiên cứu sau, thể tích H2O2 là 1 ml được H2O2 nâng hiệu suất phản ứng của hệ<br /> chọn để tiến hành thí nghiệm. quang xúc tác cao hơn nhiều so với O2,<br /> 3.2.3. Nâng cao hiệu suất xử lý hiệu suất từ 48% lên 81%.<br /> khi thêm O2 và H2O2 vào hệ Hệ xúc tác H2O2, O2 và 0,125g<br /> Để nâng cao hiệu suất, O2 và H2O2 TiO2/250ml nước thải ở nồng độ 3x10-5M<br /> được thêm vào hệ tạo thành một hệ xúc tác với thời gian 30 phút có hiệu suất đạt 87%,<br /> mới. Hệ xúc tác O2, H2O2 và TiO2 khảo sát cao hơn tất cả các điều kiện ở cùng thời<br /> với methylene xanh 3x10-5M, khối lượng gian khối lượng xúc tác và lượng khí O2<br /> xúc tác 0,125g TiO2/250ml, nồng độ 1x10- cung cấp vào hệ. Do đó điều kiện tối ưu để<br /> 5<br /> M và 1 ml H2O2 trong khoảng thời gian là xử lý độ màu nước thải là 1 ml H2O2, O2 và<br /> 30 phút ở cả hai hệ Vis và UV, sau đó lấy 0,125g TiO2/250ml.<br /> mẫu phân tích. Thực nghiệm cho ta có thể<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. So sánh hiệu xử lý ở các hệ xúc tác khác nhau<br /> <br /> 3.3. Mở rộng khảo sát nước tổng hợp từ thuốc nhuộm acid orange<br /> Ứng dụng vào thực tế là một điều khá và congo đỏ thực hiện thí nghiệm ở nồng độ<br /> khó khăn đối với các nghiên cứu khoa học, 1x10-5M với điều kiện tối ưu như khi thí<br /> nhằm đưa nghiên cứu thực tế hơn chúng tôi nghiệm trên mẫu nước thải tự tổng hợp bởi<br /> chọn một những điểm tối ưu của đề tài để thuốc nhuộm methylen xanh là 1ml H2O2,<br /> chạy ứng dụng với một vài loại nước thải O2 và 0,125g TiO2/250ml. Để có thể kiểm<br /> tổng hợp và trên nước thải thật. chứng độ chính xác lại quá trình chạy mẫu<br /> 3.3.1. Tiến hành thí nghiệm trên thì chúng tôi tiến hành chạy thêm ba điều<br /> nước thải tổng hợp khác kiện là 0,125g TiO2/250ml; 0,125g<br /> Như trình bày ở phần trên, đối với TiO2/250ml kết hợp thêm O2 vào hệ và<br /> <br /> 46<br /> 0,125g TiO2/250ml kết hợp 1ml H2O2 thời và 9 thể hiện hiệu suất xử lý ở 4 điều kiện.<br /> gian tiến hành thí nghiệm là 30 phút. Hình 8<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Khả năng xử lý thuốc nhuộm congo đỏ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Khả năng xử lý thuốc nhuộm acid orange<br /> <br /> Dựa vào kết quả có thể thấy các nguồn nhuộm monoazo còn congo đỏ là diazo,<br /> nước thải khác nhau dù ở cùng nồng độ sẽ congo đỏ có cấu tạo phức tạp và khối<br /> có ảnh hưởng khác nhau lên hiệu suất phản lượng phân tử lớn hơn so với acid orange,<br /> ứng do phụ thuộc vào cấu tạo hóa học, khối dẫn đến xúc tác oxy hóa thuốc nhuộm<br /> lượng phân tử của hợp chất màu. Xét về congo đỏ sẽ khó hơn so với acid orange.<br /> cấu tạo hóa học thì acid orange là thuốc Do đó hiệu suất xử lý của acid orange cao<br /> <br /> 47<br /> hơn so với congo đỏ, hiệu suất xử lý ở điều nước thải thực tế<br /> kiện tối ưu thì thuốc nhuộm congo đỏ là Tiến hành khảo sát bốn hệ quang xúc<br /> 67,22% còn acid orange với hiệu suất là tác với cả hai loại đèn UV và Vis, trong<br /> 70,92% . quá trình chạy mô hình thì cứ 30 phút lấy<br /> Trong 30 phút với hiệu suất của hai mẫu đem ly tâm tách TiO2 sau đó trắc<br /> mẫu nước thải tự tổng hợp đều xấp xỉ 70%, quang theo đường chuẩn đo độ màu đơn vị<br /> để có thể xử lý độ màu đạt tiêu chuẩn loại Pt-Co.<br /> A của QCVN 13: 2008/BTNMT ta tiến Sau 90 phút, ở hệ đèn UV ở tất cả bốn<br /> hành khảo sát ở điều kiện tối ưu và tăng điều kiện thì độ màu của nước thải đều đạt<br /> thời gian xử lý. tiêu chuẩn loại A. Kết quả xử lý nước thải<br /> 3.3.2. Tiến hành thí nghiệm với thật sau 90 phút được thể hiện trong hình 10.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 10. Khả năng xử lý độ màu nước thải thật của TiO2 trong 90 phút<br /> <br /> Dựa vào kết quả cho thấy, khả năng xử 3.3.3. So sánh hiệu suất xử lý hệ<br /> lý độ màu là rất cao đã đạt tiêu chuẩn loại UV/TiO2 và UV/CeO2<br /> A QCVN13:2008/BTNMT dưới 50Pt-Co. Trong quá trình thí nghiệm chúng tôi<br /> Và ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và có chạy với xúc tác CeO2, là một chất mới<br /> thêm 1ml H2O2 với đèn UV là thấp nhất được phát hiện và đang được các nhà khoa<br /> với 21Pt- Co và đèn Vis 65 Pt-Co đã gần học quan tâm nghiên cứu.<br /> đạt tiêu chuẩn loại A cần chạy với thời gian Cerium (IV) oxit, còn được gọi là oxit<br /> dài hơn để trong hệ đèn Vis đạt tiêu chuẩn. ceric, ceria, xeri oxit hoặc xeri dioxide, là<br /> Ngoài ra, chúng tôi còn tiến hành khảo một oxit xeri kim loại đất hiếm, là bột có<br /> sát ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và thêm màu trắng vàng nhạt và công thức hóa học<br /> 1ml H2O2 với đèn UV với độ màu cao hơn là CeO 2. Cerium (IV) oxit kết hợp với kim<br /> 1198 Pt-Co thì sau 90 phút độ màu giảm còn loại như Ni, Cu, Pd…và oxit kim loại như<br /> 151 Pt-Co gần đạt tiêu chuẩn loại B. ZnO, Al2O3, CuO …, xử lý khí NOx,<br /> metan…, các hợp chất hữu cơ khó phân<br /> <br /> 48<br /> hủy như các hợp chất trong thuốc nhuộm, 0,125g TiO2 và 0,2693g CeO2 là cùng số<br /> thuốc diệt cỏ…[13] mol. Thí nghiệm tiến hành với hai hệ xúc<br /> Để có thể so sánh một cách tương quan tác UV/TiO2 và UV/ CeO2 với 250ml nước<br /> nhất vì hai chất xúc tác có khối lượng phân thải tự tổng hợp từ thuốc nhuộm methylen<br /> tử khác nhau do đó ở cùng một khối lượng xanh có nồng độ M3 chạy liên tục trong 90<br /> thì số lượng hạt của CeO2 sẽ ít hơn so vơi phút sau đó lấy mẫu trắc quang kiểm tra<br /> TiO2. Do đó ta qui về số mol để có thể so nồng độ. Kết quả thể hiện ở bảng 2 cho<br /> sánh, lấy khối lượng của TiO2 làm chuẩn từ thấy hiệu suất xử lý độ màu của TiO2 cao<br /> đó suy ra số mol và khối lượng thực tế của hơn 65.8% so với CeO2.<br /> CeO2 cần dùng. Sau khi tính toán với<br /> <br /> Bảng 2. So sánh hiệu suất xử lý của hệ xúc tác UV/TiO2 và UV/CeO2<br /> <br /> Hệ xúc tác Độ hấp thu quang A Nồng độ Hiệu suất<br /> <br /> UV/TiO2 0.2495 3.87E-06 87.1%<br /> <br /> UV/CeO2 0.3822 2.36E-05 21.3%<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN peroxide ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử<br /> Dựa vào kết quả của quá trình khảo sát lý của quá trình quang xúc tác. Thể tích<br /> khả năng xử lý độ màu của nước thải dệt hydrogen peroxide/250ml nước thải tối ưu<br /> nhuộm với hệ quang xúc tác TiO2, một số là 1ml. Hệ quang xúc tác TiO2 khi sục<br /> kết luận được rút ra như sau: thêm oxy và hydrogen peroxide nâng cao<br /> Bức xạ UV có khả năng phân hủy hiệu suất hơn nhiều so với hệ xúc tác<br /> thuốc nhuộm MB, nồng độ dung dịch nước UV/TiO2. Hệ xúc tác thêm H2O2, O2 với<br /> thải ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nhưng bức xạ UV có hiệu suất đạt 87% còn hệ<br /> không nhiều, khối lượng xúc tác trong xúc tác TiO2/UV đạt hiệu suất 48% trong<br /> khoảng nghiên cứu (từ 0,125g đến 0,5g 30 phút.<br /> trong 250 ml dung dịch) ít ảnh hưởng đến Hiệu quả xử lý đối với nhưng loại<br /> hiệu suất xử lý, khi giảm khối lượng xúc từ thuốc nhuộm có cấu tạo hóa học đơn giản<br /> 0,5g xuống còn 0,125g (thời gian xử lý và khối lượng phân tử nhỏ hiệu quả hơn so<br /> trong 90 phút) thì hiệu suất chỉ giảm với thuốc nhuộm khác có khối lượng phân<br /> khoảng 5%. TiO2 có khả năng tái sử dụng tử lớn.<br /> cao, hiệu suất xử lý gần như không giảm Khảo sát trên nước thải tự nhiên với<br /> sau bốn lần tái sử dụng. khoảng thời gian 90 phút ở tất cả các hệ<br /> Oxy ảnh hưởng không lớn đến quá khảo sát với đèn UV độ màu đều đạt tiêu<br /> trình quang xúc tác TiO2 để oxy hóa các chuẩn loại A dưới 50Pt-Co.<br /> chất hữu cơ, trong khi đó, hydrogen<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 49<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> 1. Kamaljit Singh, Sucharita Arora (2011), Removal of Synthetic Textile Dyes From<br /> Wastewaters: A Critical Review on Present Treatment Technologies, environmental<br /> science and technology, 41, 807-878.<br /> 2. Lei Zhang, Jacqueline Manina Cole (2014), TiO2-assisted photoisomerization of azo<br /> dyes using self-assembled monolayers: case study on para-methyl red towards solar-<br /> cell applications, Applied Material and Interfaces, 6, 3742-3749.<br /> 3. Nguyễn Thị Hường (2011), Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của hai phương pháp<br /> đông tụ điện hóa và oxi hóa bằng hợp chất fenton, Tạp chí khoa học và công nghệ,<br /> Đại học Đà Nẵng, số 6(35), 102-106.<br /> 4. Nguyễn Ngọc Lân, Nguyễn Thanh Thuyết, Lê Minh Đức (2001), Đánh giá hiệu quả<br /> xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp đông tụ điện, Tuyển tập báo cáo toàn<br /> văn Hội nghị chuyên ngành điện hóa và ứng dụng, Đại học Quốc gia Hà Nội,<br /> 5. Nguyễn Đắc Vinh, Nguyễn Văn Nội, Lưu Văn Bôi, Nguyễn Hồng Hạnh (2006),<br /> Nghiên cứu tiền xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc bằng phương pháp<br /> keo tụ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 3, 62-67.<br /> 6. Phan Đình Tuấn, Nguyễn Trần Huyền Anh (2008), Nghiên cứu ứng dụng than tràm<br /> hoạt tính trong xử lý nước thải dệt nhuộm, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công<br /> nghệ, T. 11, S. 8, 13-18.<br /> 7. Nguyễn Thị Xuân Nhân (2010), Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong<br /> nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai giai đoạn, Khóa<br /> luận tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM.<br /> 8. Bùi Thị Vụ (2011), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết<br /> hợp oxy hóa H2O2 sử dụng hoạt hóa tia UV thử nghiệm trên mô hình pilot phòng thí<br /> nghiệm, Đề tài nghiên cứu khoa học của giảng viên trường Đại học dân lập Hải Phòng.<br /> 9. Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R.(1999), Advanced Oxidation Processes<br /> (AOPs) for water furication and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59.<br /> 10. Rein M. (2001), Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects, Proc.<br /> Estonian Acad. Sci. Chem., 50 (2), 59–80.<br /> 11. Yunbing Hea Zumin Qiu, Xiaocheng Liu, Shuxian Yu (2005). Catalytic oxidation of<br /> the dye wastewater with hydrogen peroxide. Chemical Engineering and Processin,<br /> 44,1013–1017<br /> 12. Oyama T., Zhang T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N. (2001), Photooxidative<br /> N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO2 dispersions under UV irradiation,<br /> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 140, 163–172.<br /> 13. Mas Rosemal, H. Mas Haris, Kathiresan Sathasivam (2009), The removal of methyl<br /> red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers, American Journal of<br /> applied sciences 6(9), 1690-1700.<br /> <br /> * Ngày nhận bài: 19/9/2014. Biên tập xong: 24/4/2015. Duyệt đăng: 04/5/2015.<br /> <br /> 50<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2