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 />