Nghiên cứu xử lý axit Styphnic trong nước bằng hệ UV/H2O2/bùn đỏ Tây Nguyên

Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AXIT STYPHNIC TRONG NƯỚC BẰNG HỆ<br /> UV/H2O2/BÙN ĐỎ TÂY NGUYÊN<br /> Nguyễn Văn Huống1*, Vũ Đức Lợi2, Nguyễn Đình Hưng1, Trần Thị Tố Uyên3,<br /> Nguyễn Mạnh Khải3<br /> Tóm tắt: Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát khả năng ứng dụng chất<br /> xúc tác quang TiO2 có trong bùn đỏ Tây Nguyên vào quá trình oxy hóa nâng cao<br /> UV-H2O2 để phân hủy axit Styphnic (TNR) trong nước tự tạo. Nghiên cứu được<br /> tiến hành trên cơ sở xác định hiệu suất phân hủy TNR trong nước với sự có mặt của<br /> bùn đỏ Tây Nguyên, tác nhân oxy hóa H2O2 sau một khoảng thời gian (0-60 phút)<br /> chiếu tia UV. Các yếu tố như pH, tỉ lệ mol H2O2/TiO2, nồng độ chất ban đầu, bước<br /> sóng, cường độ ánh sáng đều có ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất phân hủy TNR<br /> trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy tại điều kiện C0TNR = 143,54 mg/L, tỉ lệ<br /> mol H2O2/TiO2=15, pH = 3, λ= 313nm, 100% TNR bị phân hủy trong 60 phút.<br /> Từ khoá: TNR; Axit stynic; UV- H2O2.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Axit Styphnic (TNR) có công thức phân tử là C6H(NO2)3(OH)2. Đây là một loại axit có<br /> màu vàng, tinh thể hình lục giác. Nó được sử dụng trong quá trình sản xuất thuốc nhuộm,<br /> mực, thuốc men và vật liệu nổ như chì styphnate [4].<br /> TNR được xếp trong danh sách 429 các chất độc nguy hại cần được xử lý. TNR gây hại<br /> cho hệ thần kinh, chủ yếu lên máu, phá vỡ quá trình cung cấp oxy cho cơ thể và có thể gây<br /> bệnh viêm da. Dấu hiệu đặc trưng khi bị ngộ độc TNR là chóng mặt, đau đầu. Đồng thời<br /> khi có mặt trong nước làm giảm sự cung cấp oxi cho sinh vật sống, gây mùi khó chịu hoặc<br /> mùi thối cho nước và thịt cá [4].<br /> Để xử lý TNR trong nước thải đã có nhiều công trình nghiên cứu và áp dụng. Các<br /> phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng xử lý như sử dụng chất hấp phụ [8] các<br /> phương pháp sinh học [6]. Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu, ứng dụng các tác<br /> nhân oxy hóa và oxy hóa nâng cao để xử lý môi trường đem lại hiệu quả nhất định [10].<br /> Tuy nhiên, chi phí cho việc vận hành các hệ thống trên tương đối cao, do vậy, việc nghiên<br /> cứu tận dụng các loại chất thải có thành phần làm chất xúc tác cho hệ oxy hóa nâng cao<br /> đang được nhiều nhà khoa học quan tâm và nghiên cứu. Hiện nay, việc sử dụng các chế<br /> phẩm hoặc chất thải công nghiệp rắn như bùn đỏ làm xúc tác cho quá trì oxy hóa nâng cao<br /> đang rất được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng [10, 12].<br /> Bùn đỏ là bã thải của quá trình sản xuất nhôm từ quặng bauxite theo phương pháp<br /> Bayer. Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi<br /> trường nghiêm trọng nếu không được quản lý tốt. Bùn đỏ có các chất xúc tác như sắt,<br /> mangan, TiO2… và một lượng xút dư thừa do quá trình hòa tan và tách quặng bauxite<br /> [2]. Đây là hợp chất độc hại, thậm chí bùn đỏ được ví như “bùn bẩn”. Hiện nay, trên<br /> thế giới chưa có nước nào xử lý triệt để được vấn đề bùn đỏ. Cách phổ biến mà người<br /> ta vẫn thường làm là chôn lấp bùn đỏ ở các vùng đất ít người, ven biển để tránh độc<br /> hại. Với quy hoạch phát triển bauxit ở Tây Nguyên đến năm 2015 mỗi năm sản xuất<br /> khoảng 7 triệu tấn Alumin, tương đương với việc thải ra môi trường 10 triệu tấn bùn<br /> đỏ. Đến năm 2025 là 15 triệu tấn alumin tương đương với 23 triệu tấn bùn đỏ. Cứ như<br /> thế sau 10 năm sẽ có 230 triệu tấn và sau 50 năm sẽ có 1,15 tỷ tấn bùn đỏ tồn đọng<br /> trên vùng Tây Nguyên [3]. Trong nghiên cứu này, bùn đỏ Tây Nguyên được nghiên<br /> cứu làm chất xúc tác cho quá trình oxy hóa nâng cao (AOP) để xử lý TNR trong môi<br /> trường nước.<br /> <br /> <br /> 150 N. V. Huống, …, N. M. Khải, “Nghiên cứu xử lý axit Styphnic … bùn đỏ Tây Nguyên.”<br /> Nghiên ccứu<br /> ứu khoa học công nghệ<br /> <br /> TiO2 được<br /> được biết nh nhưư là ch<br /> chất<br /> ất xúc tác quang tiềm năng trong lĩnh vực llàm àm ssạch<br /> ạch môi<br /> trường<br /> trư ờng vìvì trơ<br /> trơ hóa hhọc,<br /> ọc, sinh học, dễ sản xuất, không độc, vvàà tương đđối rẻ. rẻ. Với những tính<br /> chất đó, TiO2 gần<br /> chất gần như là ch ất xúc tác lý tư<br /> chất tưởng<br /> ởng [9,11].<br /> [9,11<br /> Các kết<br /> kết quả nghi<br /> nghiênên ccứu<br /> ứu cho thấy tr trên<br /> ên thành ph phần<br /> ần bùn<br /> bùn đỏ<br /> đỏ có chứa một llượng TiO2<br /> khoảng 6-7<br /> khoảng 6 7 % [10]<br /> [10].. Do vvậy<br /> ậy nghiên<br /> nghiên ccứu<br /> ứu nnày<br /> ày đđãã thực<br /> thực hiện nhằm mục đích ứng dụng TiO2<br /> trong bùn đđỏ ỏ để xử llýý nnước<br /> ớc thải nhiễm TNR. H Hướng<br /> ớng nghiên<br /> nghiên ccứu<br /> ứu nnày<br /> ày vừa<br /> vừa giúp giải quyết<br /> bài toán vvềề chất thải bbùnùn đđỏ<br /> ỏ vừa giảm giá th thành<br /> ành của<br /> của chất xúc tác vvàà vừa<br /> vừa xử lý đđư ược<br /> ợc nguồn<br /> ô nhi<br /> nhiễmễm nư<br /> nướcớc TNR.<br /> Bản<br /> ản chất của quá tr trình<br /> ình quang xúc tác là quá trình quang hóa gián ti tiếp,<br /> ếp, chất xúc tác T TiO2<br /> trong bùn đđỏ ỏ nhận năng llư ợng bức xạ UV hhình<br /> ượng ình thành các electron quang sinh và llỗ ỗ trống<br /> quang sinh. Hai tác nhân này rrất ất linh động, chúng có thể tham gia với nnước ớc vvàà oxy không<br /> khí đđểể tạo ra các gốc tự do hydroxyl •OH và O2•:<br /> Chính các ggốcốc tự do •OH này phản phản ứng với nhiều chất hữu ccơ ơ (RH) ttạoạo th ành gốc<br /> thành gốc hữu<br /> cơ có khả<br /> khả năng phản ứng cao, các sản phẩm nnày ày tiếp<br /> tiếp tục tham gia các phản ứng thứ cấp tạo<br /> thành CO2, H2O, N2 và ggốc ốc NO3-.<br /> Bài báo này gi giới<br /> ới thiệu kết quả nghinghiên<br /> ên ccứu<br /> ứu ảnh hưởng<br /> h ởng của các yếu ếu tố nh<br /> như ư tỉ<br /> tỉ lệ mol<br /> H2O2/bùn đỏ, đỏ, pH, nhiệt độ, bbư ước<br /> ớc sóng, cư<br /> cường<br /> ờng độ, nồng độ chất ban đầu đều có ảnh hhưởng ởng<br /> rõ rrệt<br /> ệt đến hiệu suất phân hủy TNR trong nnước. ớc. Từ đó chọn ra các điều kiện tối ưu đđểể hiệu<br /> suất phân hủy TNR llà lớn<br /> suất ớn nhất trong hệ UV/H2O2/Bùn Bùn đỏđỏ Tây Nguy<br /> Nguyên.<br /> ên.<br /> 2. NỘI<br /> NỘI DUNG CẦ<br /> CẦN<br /> N GIẢI<br /> GIẢI QUYẾT<br /> 2.1.. Chuẩn<br /> 2.1 Chuẩn bị thực nghiệm<br /> 2.1.1. Hóa ch<br /> 2.1.1. chất<br /> ất và<br /> và thi<br /> thiết<br /> ết bị<br /> - Dung ddịch<br /> ịch TNR trong môi tr trường<br /> ờng nnưước<br /> ớc ở các nồng độ khác nhau (50,9; 100,5; 154,4;<br /> 200,3 mg/L).<br /> mg/L<br /> - Bùn đđỏ<br /> ỏ Tây Nguy<br /> Nguyên.ên.<br /> - Dung ddịch<br /> ịch H2SO4, NaOH (Merck - Đ Đức).<br /> ức).<br /> - Các dung môi: axetonitryl, eta etanol,<br /> nol, metanol, nn-hexan<br /> hexan có đđộ<br /> ộ sạch ddùng<br /> ùng cho phân tích<br /> HPLC (Merck - Đ Đức).<br /> ức).<br /> - Thiết<br /> Thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao HP 1100 (Mỹ) sử dụng detector chuỗi (DAD).<br /> 2.1.2. Chuẩn<br /> 2.1.2. Chuẩn bị bbùn<br /> ùn đđỏ<br /> Mẫu bùn<br /> Mẫu bùn đỏ<br /> đỏ sau khi đđư ợc tách từ bbùn<br /> ược ùn đđỏ<br /> ỏ thải ướt<br /> ướt theo ph<br /> phương<br /> ương pháp llọc<br /> ọc ép áp suất cao<br /> sẽẽ đđư<br /> ược<br /> ợc sấy khô ở 105°C.<br /> 2.1.3. Mô hình th<br /> 2.1.3. thực<br /> ực nghiệm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 11. Mô hình thi<br /> thiết<br /> ết bị để thực hiện phản ứng oxy hóa TNR trong điều kiện có UV.<br /> <br /> <br /> Tạp<br /> ạp chí Nghi<br /> Nghiên<br /> ên cứu<br /> cứu KH&CN quân<br /> uân sự,<br /> sự, Số 61<br /> 61, 6 - 2019<br /> 20 151<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Các phản ứng oxi hóa nâng cao được tiến hành trong mô hình thí nghiệm theo mẻ,<br /> được trình bày trong hình 1. Hệ phản ứng gồm bình thủy tinh (2) có dung tích 5 lít dùng để<br /> thực hiện phản ứng, có thể kiểm soát được nhiệt độ và theo dõi pH thay đổi trong quá trình<br /> phản ứng. Bình chứa dung dịch phản ứng (2) được để hở để bão hòa oxi không khí. Đèn<br /> UV công suất 15W, bước sóng 185 nm nằm giữa cột phản ứng phân cách bằng ống thạch<br /> anh bao quanh đèn. Quá trình thí nghiệm tiến hành sục khí đảm bảo tăng quá trình oxi hóa<br /> nhờ máy súc khí (3).<br /> 2.1.4. Phương pháp chuẩn bị mẫu<br /> Các thí nghiệm phân tích xác định thành phần bùn đỏ Tây Nguyên phát sinh từ công<br /> nghệ Baye. Xác định tỷ lệ TiO2 trong bùn đỏ là cơ sở tính toán các thí nghiệm tiếp theo.<br /> Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ H2O2/Bùn đỏ đến khả năng phân hủy<br /> TNR bằng hệ UV/H2O2/ Bùn đỏ được tiến hành ở cùng điều kiện C0TNR = 143.54 mg/L, pH<br /> = 3, CTiO2 =8,75x10-4M, λ=313 nm, thay đổi tỷ lệ H2O2/TiO2 lần lượt bằng 5; 10; 15; 20.<br /> Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng phân hủy TNR/ UV/H-<br /> 0 -4<br /> 2O2/Bùn đỏ được tiến hành ở cùng điều kiện C TNR = 143,54mg/L, CTiO2 =8,75x10 M,<br /> λ=313nm, tỷ lệ H2O2/TiO2 = 15, pH thay đổi lần lượt bằng 2; 3; 5.<br /> Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của bước sóng đến khả năng phân hủy<br /> TNR/UV/H2O2/ Bùn đỏ được tiến hành ở cùng điều kiện C0TNR = 143,54 mg/L, pH = 3,<br /> CTiO2 =8,75x10-4M, λ= 313 nm, tỷ lệ H2O2/TiO2 = 15 thay đổi bước sóng lần lượt bằng 185,<br /> 254, 313 nm.<br /> Các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng phân hủy<br /> TNR/ UV/H2O2/ Bùn đỏ được tiến hành ở cùng điều kiện C0TNR =143,54 mg/L, pH = 3, λ=<br /> 313 nm, CTiO2 =8,75x10-4M, tỷ lệ H2O2/TiO2 = 15 thay đổi nồng độ TNR với các giá trị<br /> 53,19 mg/l, 100,54 mg/l, 143,54 mg/l, 200,03 mg/l.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> Để xác định nồng độ của TNR trong thí nghiệm dùng phương pháp đo UV - Vis. Công<br /> thức tính hiệu suất, vận tốc phản ứng như sau:<br /> C0 -Ct<br /> H% = x 100 (%)<br /> C0<br /> Trong đó: H là hiệu suất xử lý, C0 và Ct là nồng độ của TNR tại thời điểm ban đầu và<br /> thời điểm t, mg/L<br /> −<br /> = / ℎú <br /> 2− 1<br /> Trong đó Vtb là vận tốc phản ứng trung bình (mg/ L.phút), Ct1 và Ct2 lần lượt là nồng độ<br /> TNR tại thời điểm t1 và t2.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ<br /> Các mẫu thí nghiệm được tiến hành lấy tại hồ chứa bùn đỏ tại Nhà máy Alumin Lâm<br /> Đồng. Các mẫu phân tích thành phần bùn đỏ được thực hiện tại phòng thí nghiệm Viện<br /> Hóa Học – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> Thành phần hóa học của bùn đỏ được phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ<br /> nguyên tử. Kết quả phân tích thành phần hóa học của mẫu bùn đỏ Tây Nguyên được trình<br /> bày ở bảng 1.<br /> Kết quả về thành phần chính của bùn đỏ là Fe2O3, Al2O3, SiO2 và TiO2.<br /> <br /> <br /> <br /> 152 N. V. Huống, …, N. M. Khải, “Nghiên cứu xử lý axit Styphnic … bùn đỏ Tây Nguyên.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 1. Thành phần hoá học của bùn đỏ [10].<br /> TT Thành phần Đơn vị Kết quả<br /> hoá học<br /> 1 Fe2O3 % 54,00<br /> 2 Al2O3 % 16,42<br /> 3 SiO2 % 5,14<br /> 4 TiO2 % 6,88<br /> 5 Mất khi nung (MKN) % 11,68<br /> 6 CaO % 2,30<br /> 7 MgO % 0,17<br /> 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả phân hủy TNR<br /> 3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/TiO2 (trong bùn đỏ Tây Nguyên) đến hiệu suất<br /> phân hủy TNR<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/TiO2 (bùn đỏ) đến hiệu suất xử lý TNR.<br /> (C0TNR = 150,0 mg/L, pH = 3, CTiO2 = 8,75x10-4M, λ= 313nm).<br /> Hình 2 thể hiện kết quả khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ H2O2/TiO2 trong bùn đỏ bằng cách<br /> tăng nồng độ H2O2 và vẫn giữ nguyên nồng độ TiO2 bùn đỏ. Kết quả cho thấy rằng khi<br /> tăng nồng độ H2O2 từ 4,375x10-3 M (tỷ lệ CH2O2/CTiO2 = 5) lên nồng độ 13,125x10-3 M ( tỷ lệ<br /> CH2O2/CTiO2 = 15) thì hiệu suất xử lý TNR của bùn đỏ cũng tăng, nhưng khi tiếp tục tăng nồng<br /> độ của H2O2 lên đến nồng độ 17,5x10-3 M ( tỷ lệ CH2O2/CTiO2 = 20) nhận thấy hiệu suất xử lý<br /> TNR của bùn đỏ Tây Nguyên thay đổi không đáng kể so với nồng độ H2O2=13,125x10-3 M<br /> (tỷ lệ CH2O2/CTiO2 = 15).<br /> Từ kết quả khảo sát trên ta có thể nhận thấy với tỷ lệ CH2O2/CTiO2 = 15 thì hiệu suất xử<br /> lý của TNR là cao nhất.<br /> Hiệu suất xử lý TNR tăng khi tăng nồng độ H2O2 có thể giải thích như sau: Khi tăng<br /> nồng độ H2O2 (tức tỷ lệ H2O2/ TiO2 tăng), số gốc •OH tự do tạo ra nhiều hơn. Mặt khác,<br /> TiO2 dưới tác dụng của tia UV cũng sản sinh ra một lượng •OH đáng kể góp phần nâng<br /> cao hiệu suất phản ứng [5].<br /> Theo các công trình nghiên cứu của các tác giả trước đây [5,7], việc giảm hiệu suất khi<br /> hàm lượng hydro peoxit lớn có thể giải thích do gốc tư do hydroxyl bị tiêu thụ một phần<br /> theo phương trình<br /> H2O2 + •OH → H2O + HO2•<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 153<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Từ kết quả thu được ta thấy tại tỷ lệ H2O2/TiO2 = 15 và tỷ lệ H2O2/TiO2 = 20 hiệu suất<br /> phân hủy TNR có giá trị gần như tương đương. Mặt khác, tại tỷ lệ H2O2/TiO2 = 20 ta phải<br /> dùng lượng H2O2 lớn hơn, dẫn đến việc còn dư H2O2 trong dung dịch làm giảm các tác<br /> nhân phản ứng. Vì vậy, ta lựa chọn tỷ lệ mol H2O2/TiO2 = 15 là tỷ lệ tối ưu để thực hiện<br /> các thí nghiệm tiếp theo.<br /> 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất phân hủy TNR.<br /> pH là một trong những yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất tới hiệu suất phân hủy chất hữu cơ<br /> của các kỹ thuật oxy hóa tiên tiến [1]. Thông thường, các quá trình Fenton diễn ra thuận<br /> lợi trong môi trường axit do điểm đẳng điện tích (pzc, là giá trị pH của môi trường mà ở<br /> đó điện tích của bề mặt TiO2 bằng zero) của TiO2 trong môi trường nước có giá trị nằm<br /> trong khoảng 6 – 7, khi dung dịch có pH < pzc, bề mặt TiO2 tích điện dương đồng thời<br /> TNR mang điện tích âm nên do đó hiệu suất xử lý tăng với vùng pH này; ngược lại khi pH<br /> > pzc bề mặt TiO2 tích điện âm sẽ đẩy TNR mang điện tích âm do đó làm giảm hiệu suất<br /> xử lý. Đồng thời điều đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của TiO2 đối với các chất<br /> phản ứng tích điện theo định luật Culong.<br /> Nghiên cứu này sẽ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch ban đầu đến hiệu<br /> suất xử lý TNR. Nồng độ pH được thay đổi ở mức pH=2, pH=3, pH=5. Kết quả về ảnh<br /> hưởng của pH đến hiệu suất xử lý TNR được thể hiện tại bảng 2.<br /> Bảng 2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và tốc độ trung bình phân hủy TNR.<br /> (C0TNR = 143,54 mg/L, CTiO2 = 8,75x10-4M, λ= 313nm, pH=3)<br /> pH=3 pH=5 pH=2<br /> Thời gian C V C C V<br /> H% H% V(mg/L/ph) H%<br /> (mg/L) (mg/L/ph) (mg/L) (mg/L) (mg/L/ph)<br /> 0 143,54 0,00 0,00 143,54 0,00 0,00 143,54 0,00 0,00<br /> 5 31,55 78,02 22,40 37,18 74,10 21,27 34,18 76,19 21,87<br /> 10 20,32 85,84 2,25 26,19 81,75 2,20 23,76 83,45 2,08<br /> 20 16,78 88,31 0,35 20,18 85,94 0,60 18,43 87,16 0,53<br /> 30 10,42 92,74 0,64 16,87 88,25 0,33 13,72 90,44 0,47<br /> 40 4,67 96,75 0,58 7,19 94,99 0,97 5,89 95,90 0,78<br /> 60 0,00 100,00 0,23 2,19 98,47 0,25 0,56 99,61 0,27<br /> Kết quả khảo sát cho thấy quá trình xử lý diễn ra thuận lợi ở môi trường pH=3 phù hợp<br /> với các nghiên cứu trước đây.<br /> Theo các công trình nghiên cứu của các tác giả trước đây[5], ở pH thấp (dưới 2), các<br /> gốc tự do hydroxyl có thể bị tiêu thụ bởi chính ion H+:<br /> H2O2 + H+ => H3O2+<br /> OH. + H+ + e - => H2O<br /> Ở pH > 4, hydro peoxit bị phân hủy khá nhanh và đây là lý do chính dẫn tới giảm hiệu<br /> suất của quá trình xử lý.<br /> 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của bước sóng UV đến hiệu suất phân hủy TNR<br /> Từ hình 3 ta nhận thấy, tại cùng một thời điểm thì hiệu suất xử lý TNR tại λ= 313nm<br /> cao hơn so với hai bước sóng ở λ= 185nm và ở λ= 254nm. Sau 60 phút, hiệu suất phân hủy<br /> TNR ở ở λ= 185nm là 88,35%, ở λ= 254nm là 96,4%, trong khi TNR đã bị phân hủy<br /> 100% ở bước sóng 313nm. Điều này được giải thích do độ hấp thụ của TiO2 ở bước sóng<br /> 313nm, nên càng gần khoảng hấp thụ này, càng nhiều phân tử TiO2 được kích thích tạo<br /> các e và lỗ trống quang sinh, từ đó tạo ra các gốc Hydroxyl nhiều hơn. Từ đó hiệu suất phân<br /> hủy TNR cao hơn khi ở bước sóng 313 nm.<br /> <br /> <br /> 154 N. V. Huống, …, N. M. Khải, “Nghiên cứu xử lý axit Styphnic … bùn đỏ Tây Nguyên.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Ảnh hưởng của bước sóng UV đến hiệu suất phân hủy TNR.<br /> (C0TNR = 143,54 mg/L, CTiO2 = 8,75x10-4M, pH = 3).<br /> 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ TNR ban đầu đến hiệu suất phân hủy<br /> Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng TNR ban đầu đến hiệu suất xử lý<br /> TNR của hệ UV/H2O2/Bùn đỏ Tây Nguyên. Dải nồng độ của TNR được khảo sát là 53,19<br /> mg/L, 100,54 mg/L, 143,54 mg/L, 200,03 mg/L; với các điều kiện khác cố định CTiO2 =<br /> 8,75x10-4M, λ= 313nm, pH=3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ TNR ban đầu đến hiệu suất phân hủy TNR.<br /> (pH = 3, CTiO2 = 8,75x10-4M, λ= 313nm).<br /> Kết quả nghiên cứu cho thấy tại nồng độ 53,19 mg/L TNR bị phân hủy nhanh nhất và<br /> cần ít thời gian nhất. Khi tăng dần nồng độ TNR lên thì hiệu suất và tốc độ phân hủy cũng<br /> giảm theo. Tại nồng độ 200,3 mg/L TNR ở 20 phút đầu, hiệu suất phân hủy TNR chỉ có<br /> 68.28%, trong khi TNR phân hủy 100% (tăng gần gấp 1,46 lần) với nồng độ ban đầu là<br /> 53,19 mg/L.<br /> Với một tỷ lệ H2O2/TiO2, pH, bước sóng, nhiệt độ xác định, hiệu suất phân hủy TNR<br /> còn phụ thuộc vào nồng độ TNR trong nước.<br /> 3.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng cường độ UV đến hiệu suất phân hủy TNR.<br /> Thí nghiệm tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các cường độ khác nhau I=108,8 mA/m,<br /> I=120 mA/m, I=130 mA/m, I=143 mA/m<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 155<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Ảnh hưởng của cường độ đến hiệu suất phân hủy TNR (pH = 3,<br /> CTiO2 = 8,75x10-4M, λ= 313nm).<br /> Kết quả cho thấy rằng trong dải cường độ khảo sát thì tại I=130 mA/m thì hiệu suất xử<br /> lý TNR là lớn nhất, hiệu suất đạt 100% sau 60 phút xử lý.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Với các kết quả thu được trong nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng<br /> xử lý nước tự tạo chứa TNR cho thấy hiệu suất xử lý cao. Khi ứng dụng TiO2 trong bùn<br /> đỏ làm xúc tác cho hệ UV/H2O2 thì ta vừa giảm giá thành của vật liệu xúc tác và vừa giải<br /> quyết một phần sự ô nhiễm từ bùn đỏ. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý TNR<br /> trọng hệ UV-H2O2/bùn đỏ Tây Nguyên với nồng độ C0TNR = 143,54 mg/l đạt 100% với<br /> điều kiện tối ưu ở môi trường pH=3, tỷ lệ H2O2/TiO2 (bùn đỏ) = 15, bước sóng UV λ = 313<br /> nm, cường độ đèn UV I=130 mA/m, thời gian xử lý 60 phút.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. B. Narendra Kumar, Y. Anjaneyulu, and V. Himabindu, “Comparative studies of<br /> degradation of dye intermediate (H-acid) using TiO2/UV/H2O2 and Photo-Fenton<br /> process”, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2011, 3(2):718-731.<br /> [2]. Liu, Z., Li, H., “Metallurgical process for valuable elements recovery from red mud-<br /> A review”, Hydrometallurgy 2015, 155, 29-43.<br /> [3]. U.S. Department of the Interior U.S. Geological Survey, Mineral commodity<br /> summaries 2018 , 30-31.<br /> [4] Đỗ Bình Minh (2015), “Nghiên cứu đặc điểm quá trình chuyển hóa trong môi trường<br /> nước của các hợp chất nitrophenol trong một số hệ oxy hóa nâng cao kết hợp bức xạ<br /> UV”, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự.<br /> [5]. Đào Sỹ Đức, “Phân hủy phẩm nhuộm Reactive blue 182 bằng kỹ thuật Fenton dị thể<br /> sử dụng tro bay biến tính/H2O2 (2013)”, Tạp chí phát triển KH&CM, Tập 16, Số T3.<br /> [6]. Lê Thị Thoa và cộng sự (2008-2010). Nhiệm vụ HTQT Việt Nam - CHLB Đức.<br /> “Nghiên cứu ứng dụng thành tựu công nghệ hóa học, sinh học tiên tiến góp phần hoàn<br /> thiện công nghệ xử lý tồn dư chất độc hóa học, làm sạch và bảo vệ môi trường”.<br /> [7]. Lưu Minh Loan (2009). “Nghiên cứu bước đầu xây dựng quy trình xử lý nước thải<br /> sản xuất bún quy mô hộ gia đình làng nghề Phú Đô, Từ Liêm, Hà Nội” - Tạp chí<br /> Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 25 219-227.<br /> <br /> <br /> 156 N. V. Huống, …, N. M. Khải, “Nghiên cứu xử lý axit Styphnic … bùn đỏ Tây Nguyên.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [8]. Nguyễn Hải Bằng (2011). “Nghiên cứu đặc điểm quá trình hấp phụ của các chất nổ<br /> nhóm nitramin trong môi trường nước và ứng dụng trong xử lý môi trường”. Luận<br /> án TS hóa học, Viện KH -CNQS.<br /> [9]. Nguyễn Hải Nam, Lê Thị Sở Như, “Xúc tác quang TiO2 điều chế bằng phương pháp<br /> đun hồi lưu trong dung dịch H2O2”, Science & Technology Development, Vol 18,<br /> No.T2- 2015.<br /> [10]. Nguyễn Văn Huống, “Nghiên cứu xử lý axit picric trong nước bằng bùn đỏ biến<br /> tính”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33,<br /> Số 1S (2017) 1-11.<br /> [11]. Nguyễn Văn Chất (2010). “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số tác nhân oxi hóa đến<br /> phản ứng quang phân TNT và TNR”. Luận án TS hóa học. Viện KH -CNQS.<br /> [12]. Vũ Đức Lợi và nnk (2015), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý Asen từ bùn đỏ biến<br /> tính”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, số 3/ 2015.<br /> ABSTRACT<br /> STUDY ON REMOVAL OF STYPHIC ACID IN AQUATIC ENVIRONMET<br /> BY USING TAY NGUYEN RED MUD<br /> This study focused on survey the applicability of photocatalyst TiO2 in Tay<br /> Nguyen red mud into oxidation enhance UV-H2O2 for decompose Styphnic acid<br /> (TNR) in wastewater. The study was conducted on the basis of determining the<br /> efficiency of TNR decomposition in water with the presence of Central Highlands<br /> red mud, H2O2 oxidizing agent after a period of time (0-60 minutes) of UV<br /> radiation. Factors such as pH, molar ratio of H2O2 / TiO2, initial substance<br /> concentration, wavelength, light intensity all have significant influence on TNR<br /> decomposition efficiency in water. Research results show that at the condition<br /> C0TNR = 143.54 mg / L, molar ratio H2O2 / TiO2 = 15, pH = 3, λ = 313nm, 100%<br /> TNR is decomposed in 60 minutes.<br /> Keywords: TNR; Axit stynic; UV- H2O2.<br /> <br /> Nhận bài ngày 11 tháng 10 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 25 tháng 3 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 6 năm 2019<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Viện Công nghệ mới, Viện Khoa học Công nghệ quân sự;<br /> 2<br /> Viện Hóa Học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam;<br /> 3<br /> Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.<br /> *<br /> Email: vanhuongvg@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 61, 6 - 2019 157<br />