Nghiên cứu xủ lý chất màu hữu cơ của dung dịch nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

130
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ảnh hưởng của vật liệu anôt, pH dung dịch, mật độ dòng và nồng độ thuốc nhuộm (Ryndye - W - Red - 3M và Ryndye - W - Violet FFBN) đến quá trình khử màu của dung dịch nhuộm đã được nghiên cứu bằng phương pháp keo tụ điện hóa. Kết quả nghiên cứu cho thấy màu của dung dịch nhuộm được xử lý hiệu quả tại mật độ dòng 1A/dm2, pH = 7,0 và nồng độ chất màu 100ppm với anôt hòa tan Al, Fe. Hiệu suất tách màu của dịch màu đỏ cao hơn hiệu suất tách màu của dịch màu tím.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xủ lý chất màu hữu cơ của dung dịch nhuộm bằng phương pháp keo tụ điện hóa

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT MÀU HỮU CƠ CỦA DUNG DỊCH NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HOÁ A STUDY ON THE DECOLOURIZATION OF DYE-CONTAINING SOLUTIONS BY ELECTROCOAGULATION LÊ TỰ HẢI Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Ảnh hưởng của vật liệu anôt, pH dung dịch, mật độ dòng và nồng độ thuốc nhuộm (Ryndye - W - Red - 3M và Ryndye - W - Violet FFBN) đến quá trình khử màu của dung dịch nhuộm đã được nghiên cứu bằng phương pháp keo tụ điện hóa. Kết quả nghiên cứu cho thấy màu của dung dịch nhuộm được xử lý hiệu quả tại mật độ dòng 1A/dm2, pH = 7,0 và nồng độ chất màu 100ppm với anôt hòa tan Al, Fe. Hiệu suất tách màu của dịch màu đỏ cao hơn hiệu suất tách màu của dịch màu tím. ABSTRACT The effects of sacrificial anodes, initial pH, current density and concentration of dyes (Ryndye- W-Red-3M and Ryndye - W - Violet FFBN) on the decolourization of dye-containing solutions have been studied by means of electrocoagulation. The experimental results showed that the colour of dyes in the aqueous phase was effectively removed when iron and aluminium were 2 used as sacrificial anodes. The anode current density was 1A/dm and solution pH was 7,0. The yield of decolourization of Ryndye-W-Red-3M was higher than that of Ryndye - W - Violet FFBN. 1. Më ®Çu Cïng víi sù ph¸t triÓn cña nÒn c«ng nghiÖp vµ kinh tÕ ®Êt n-íc, nÒn c«ng nghiÖp dÖt n-íc ta cã nh÷ng b-íc ph¸t triÓn nh¶y vät vÒ chÊt vµ l-îng. Chóng ta ®· x©y dùng nhiÒu nhµ m¸y dÖt-nhuém víi trang thiÕt bÞ hiÖn ®¹i ®Ó t¹o ra nhiÒu lo¹i mÆt hµng ®¸p øng nhu cÇu cho ngµnh may mÆc cña ®Êt n-íc. Tuy nhiªn, sù ph¸t triÓn cña ngµnh dÖt-nhuém ®· lµm n¶y sinh vÊn ®Ò m«i tr-êng tõ n-íc th¶i cña c¸c nhµ m¸y nµy. TÝnh trung b×nh cã tíi 30% l-îng thuèc nhuém ch-a ®-îc sö dông trong dung dÞch nhuém ®i vµo n-íc th¶i g©y c¶n trë qu¸ tr×nh hÊp thô oxi vµ bøc x¹ mÆt trêi, g©y bÊt lîi cho h« hÊp vµ sinh tr-ëng cña c¸c quÇn thÓ vi sinh vËt vµ c¸c loµi sèng trong n-íc. V× vËy, xö lý mµu cña n-íc th¶i nhuém lµ vÊn ®Ò cÇn thiÕt vµ cÊp b¸ch ®èi víi m«i tr-êng. Cã nhiÒu ph-¬ng ph¸p xö lý mµu cña n-íc th¶i nhuém nh- hÊp phô, keo tô sinh häc, oxi hãa hãa häc, keo tô hãa häc, keo tô ®iÖn hãa... [1, 2, 3, 4]. Trong c¸c ph-¬ng ph¸p ®ã, keo tô ®iÖn hãa lµ mét ph-¬ng ph¸p cã nhiÒu -u ®iÓm nh- kh«ng ph¶i ®-a thªm hãa chÊt vµo n-íc th¶i, thiÕt bÞ ®¬n gi¶n vµ dÔ thùc hiÖn... Bµi b¸o nµy tr×nh bµy kÕt qu¶ nghiªn cøu qu¸ tr×nh xö lý chÊt mµu h÷u c¬ cña dung dÞch nhuém b»ng ph-¬ng ph¸p keo tô ®iÖn hãa. 2. Ph-¬ng ph¸p thùc nghiÖm §iÖn cùc an«t ®-îc sö dông trong qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa lµ nh«m m¸c A7 vµ thÐp CT3. BÒ mÆt ®iÖn cùc ®-îc gia c«ng b»ng ph¼ng, ®¸nh bãng c¬ häc b»ng giÊy nh¸m SiC (1200), tÈy dÇu mì trong axeton vµ tÈy gØ trong dung dÞch HCl 15% cã thªm chÊt øc chÕ Urotropin. Sau khi tÈy gØ bÒ mÆt kim lo¹i ®-îc trung hßa trong dung dÞch kiÒm yÕu (Na2CO3 10g/l) vµ röa l¹i b»ng n-íc cÊt nhiÒu lÇn. C¸c chÊt mµu h÷u c¬ ®-îc dïng trong dung dÞch nhuém cã tªn th-¬ng m¹i lµ Ryndye- W-Red-3M (mµu ®á) cã b-íc sãng ®Æc tr-ng  = 500nm vµ Ryndye - W - Violet FFBN (mµu tÝm) cã b-íc sãng ®Æc tr-ng  = 560nm. Dung dÞch nghiªn cøu ®-îc chuÈn bÞ b»ng c¸ch hßa tan mét l-îng NaCl vµo 200ml n-íc cÊt. Sau ®ã hßa tan thuèc nhuém h÷u c¬ vµo dung dÞch NaCl, pH dung dÞch ®-îc ®iÒu chØnh b»ng dung dÞch HCl vµ NaOH. Dung dÞch ®iÖn ph©n ®-îc lÊy ra theo thêi gian ®iÖn ph©n vµ ph©n tÝch trªn m¸y ®o quang ®Ó tÝnh hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô [5, 6]. 3. KÕt qu¶ vµ th¶o luËn 3.1. ¶nh h-ëng cña c¸c yÕu tè ®Õn qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa chÊt mµu b»ng an«t nh«m 3.1.1. ¶nh h-ëng cña pH ¶nh h-ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa dung dÞch thuèc nhuém mµu ®á vµ mµu tÝm cã thµnh phÇn vµ ®iÒu kiÖn ®iÖn ph©n nh- sau: - Nång ®é NaCl 1000ppm - Nång ®é chÊt mµu 100ppm - Kho¶ng c¸ch an«t vµ cat«t: 20mm - MËt ®é dßng i = 0,5A/dm2 - Thêi gian ®iÖn ph©n t = 10 phót KÕt qu¶ cña ¶nh h-ëng pH ®Õn hiÖu suÊt keo tô ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 1. B¶ng 1: ¶nh h-ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô pH 4 5 6 7 8 9 10 HiÖu suÊt (Y%) Mµu ®á 40,25 57,54 73,87 87,75 78,45 50,65 41,50 Mµu tÝm 35,50 48,61 67,38 75,18 70,35 40,58 34,23 KÕt qu¶ thu ®-îc cho thÊy hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô cho dÞch mµu ®á vµ mµu tÝm ®¹t gi¸ trÞ cao nhÊt t¹i pH = 7. Trong m«i tr-êng axit vµ kiÒm hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô gi¶m. Nguyªn nh©n lµ do trong m«i tr-êng axit nh«m bÞ hßa tan vµ tån t¹i d-íi d¹ng ion Al3+ vµ Al(OH)2+. C¬ chÕ keo tô trong m«i tr-êng axit lµ c¬ chÕ nÐn cÊu tróc líp kÐp [3,6]. Do vËy, ®Ó keo tô c¸c h¹t keo mµu theo c¬ chÕ nµy th× ph¶i cÇn mét l-îng rÊt lín ion Al3+ vµ Al(OH)2+. Trong vïng pH tõ 6 ®Õn 8, cÊu tö g©y keo tô th-êng tån tr¹i d-íi d¹ng polime nh- Al13O4(OH)247+ hoÆc kÕt tña Al(OH)3 [1,6]. C¸c phøc polime vµ kÕt tña hydroxyt nh«m g©y keo tô cho hÖ kreo theo c¬ chÕ hÊp phô, trung hßa ®iÖn tÝch vµ quÐt kÕt tña. ViÖc kÕt hîp c¸c c¬ chÕ nµy ®· lµm cho qu¸ tr×nh keo tô chÊt mµu x¶y ra dÔ dµng vµ ®¹t hiÖu suÊt cao. Trong m«i tr-êng kiÒm (pH = 9 vµ 10), kÕt tña Al(OH)3 bÞ hßa tan vµ tån t¹i d-íi d¹ng ion Al(OH)4- hoÆc AlO2-. Nång ®é kÕt tña Al(OH)3 gi¶m dÉn ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô gi¶m. KÕt qu¶ ë b¶ng 1 cßn cho thÊy hiÖu suÊt keo tô cña dÞch mµu ®á lín h¬n dÞch mµu tÝm. Nguyªn nh©n nµy cã thÓ do cÊu tróc kh«ng gian cña ph©n tö thuèc nhuém mµu ®á cång kÒnh h¬n cÊu tróc kh«ng gian cña ph©n tö thuèc nhuém mµu tÝm. 3.1.2. ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng MËt ®é dßng ¶nh h-ëng ®Õn hiÖu suÊt vµ thêi gian t¸ch lo¹i chÊt mµu. Qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa ®-îc tÝªn hµnh trong dung dÞch cã thµnh phÇn nh- (3.3.1) ë pH = 7 víi c¸c gi¸ trÞ mËt ®é dßng tõ 0,5 A/dm2 ®Õn 2 A/dm2. KÕt qu¶ cña ¶nh h-ëng mËt ®é dßng ®Õn hiÖu suÊt keo tô ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 2 vµ 3. B¶ng 2: ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng ®Õn hiÖu suÊt vµ thêi gian keo tô dung dÞch mµu ®á MËt ®é dßng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phót 87,74 91,54 89,63 T = 15 phót 91,46 98,80 94,50 B¶ng 3: ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng ®Õn hiÖu suÊt vµ thêi gian keo tô dung dÞch mµu tÝm MËt ®é dßng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phót 75,18 81,57 77,42 T = 15 phót 82,36 95,62 89,56 T = 20 phót 90,15 97,84 91,28 KÕt qu¶ thu ®-îc cho thÊy ë mËt ®é dßng thÊp thêi gian t¸ch lo¹i chÊt mµu t¨ng vµ hiÖu suÊt keo tô gi¶m. Khi t¨ng mËt ®é dßng, l-îng chÊt keo tô t¹o ra nhiÒu. Do ®ã, hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô t¨ng vµ thêi gian keo tô gi¶m. Víi dung dÞch nhuém mµu ®á, ë mËt ®é dßng 1 A/dm2 thêi gian keo tô ®Ó ®¹t hiÖu suÊt 98,80% lµ 15 phót. Trong tr-êng hîp dÞch mµu tÝm, hiÖu suÊt keo tô ®¹t 97,84% víi thêi gian t = 20 phót (i = 1A/dm2). Tuy nhiªn, nÕu tiÕp tôc t¨ng mËt ®é dßng th× hiÖu suÊt keo tô gi¶m. Nguyªn nh©n lµ do sù tho¸t oxi trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. 3.1.3. ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô trong dung dÞch cã pH = 7, thêi gian keo tô 15 phót vµ mËt ®é dßng i = 1 A/dm2 ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 4. B¶ng 4: ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô Nång ®é chÊt mµu (ppm) 100 300 400 500 HiÖu suÊt keo tô (Y%) DÞch mµu ®á 98,80 76,15 63,72 52,65 DÞch mµu tÝm 95,62 70,52 58,38 43,71 KÕt qu¶ cho thÊy khi nång ®é chÊt mµu t¨ng tõ 100 - 500ppm th× hiÖu suÊt keo tô trong cïng mét thêi gian ®iÖn ph©n gi¶m. V× khi nång ®é chÊt mµu t¨ng th× ph¶i cÇn l-îng lín chÊt keo tô. 3.2. ¶nh h-ëng cña c¸c yÕu tè ®Õn qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa chÊt mµu b»ng an«t s¾t 3.2.1. ¶nh h-ëng cña pH Thµnh phÇn dung dÞch vµ ®iÒu kiÖn ®iÖn ph©n nh- (3.3.1). KÕt qu¶ cña ¶nh h-ëng pH ®Õn hiÖu suÊt keo tô ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 5. B¶ng 5: ¶nh h-ëng cña pH ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô pH 4 5 6 7 8 9 10 HiÖu suÊt (Y%) Mµu ®á 36,18 47,25 56,30 78,54 76,28 74,35 72,15 Mµu tÝm 30,55 41,50 53,82 71,41 69,52 67,28 66,85 Nh- vËy, trong m«i tr-êng axit hiÖu suÊt keo tô cho dung dÞch mµu ®á vµ tÝm ®¹t gi¸ trÞ thÊp. V× trong m«i tr-êng axit s¾t bÞ hßa tan vµ tån t¹i d-íi d¹ng ion Fe2+ vµ Fe3+. C¸c ion nµy g©y keo tô chÊt mµu theo c¬ chÕ nÐn cÊu tróc líp kÐp. Do ®ã, ®Ó qu¸ tr×nh keo tô x¶y ra víi hiÖu suÊt cao th× ph¶i cÇn mét l-îng lín ion Fe2+ vµ Fe3+. Trong m«i tr-êng pH = 7  10, qu¸ tr×nh thñy ph©n cña ion Fe2+ vµ Fe3+ x¶y ra m¹nh t¹o thµnh phøc chÊt keo tô cña Fe cã ®iÖn tÝch d-¬ng vµ kÕt tña hydroxyt s¾t. C¸c phøc vµ kÕt tña nµy dÔ dµng keo tô chÊt mµu ®Ó t¹o thµnh khèi kÕt tña. HiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô ®¹t cao nhÊt t¹i pH = 7 (Y = 78,54% cho dÞch mµu ®á vµ 71,41% cho dÞch mµu tÝm). ë m«i tr-êng kiÒm m¹nh, hiÖu suÊt keo tô l¹i gi¶m do sù t¹o kÕt tña hydroxyt trªn bÒ nÆt ®· h¹n chÕ qu¸ tr×nh hßa tan an«t s¾t. 3.2.2. ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng Qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa ®-îc tiÕn hµnh trong dung dÞch cã thµnh phÇn nh- (3.4.1) ë pH = 7 t¹i c¸c gi¸ trÞ mËt ®é dßng 0,5 A/dm2, 1A/dm2 vµ 2A/dm2. KÕt qu¶ cña ¶nh h-ëng mËt ®é dßng ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 6 vµ 7. B¶ng 6: ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng ®Õn hiÖu suÊt vµ thêi gian keo tô dÞch mµu ®á MËt ®é dßng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phót 78,54 85,25 80,57 T = 15 phót 86,36 93,70 91,68 B¶ng 7: ¶nh h-ëng cña mËt ®é dßng ®Õn hiÖu suÊt vµ thêi gian keo tô dÞch mµu tÝm MËt ®é dßng (A/dm2) 0,5 1,0 2,0 T = 10 phót 71,41 79,28 77,53 T = 15 phót 79,36 86,72 84,38 T = 20 phót 82,61 90,66 89,27 Còng gièng nh- tr-êng hîp keo tô víi an«t nh«m, ë tr-êng hîp an«t s¾t hiÖu suÊt keo tô t¨ng khi mËt ®é dßng t¨ng. Tuy nhiªn, ë mËt ®é dßng  2A/dm2 th× hiÖu suÊt keo tô gi¶m v× cã sù tho¸t oxi trªn bÒ mÆt ®iÖn cùc. 3.2.3. ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô trong dung dÞch cã pH = 7, thêi gian keo tô 15 phót vµ mËt ®é dßng i = 1A/dm2 ®-îc tr×nh bµy ë b¶ng 8. B¶ng 8. ¶nh h-ëng cña nång ®é chÊt mµu ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô Nång ®é chÊt mµu (ppm) 100 300 400 500 HiÖu suÊt keo tô (Y%) DÞch mµu ®á 93,70 70,15 55,30 40,72 DÞch mµu tÝm 86,72 65,76 43,28 32,63 KÕt qu¶ còng cho thÊy khi nång ®é chÊt mµu t¨ng th× hiÖu suÊt keo tô gi¶m v× cÇn mét l-îng chÊt keo tô lín. 4. KÕt luËn KÕt qu¶ nghiªn cøu qu¸ tr×nh keo tô chÊt mµu h÷u c¬ trong dung dÞch thuèc nhuém b»ng ph-¬ng ph¸p hßa tan an«t nh«m vµ s¾t cho phÐp ®-a ra nh÷ng kÕt luËn sau: 1- Qu¸ tr×nh keo tô ®iÖn hãa chÊt mµu b»ng an«t Al ®¹t hiÖu suÊt 98,80% cho dÞch mµu ®á t¹i pH = 7,0, mËt ®é dßng 1A/dm2 trong thêi gian 15 phót vµ hiÖu suÊt 97,84% cho dÞch mµu tÝm ë pH = 7,0; i = 1A/dm2 trong thêi gian ®iÖn ph©n t = 20 phót. 2- Qu¸ tr×nh keo tô chÊt mµu b»ng an«t Fe ®¹t hiÖu suÊt 93,70% cho dÞch mµu ®á cã pH = 7,0 víi mËt ®é dßng i = 1A/dm2 vµ thêi gian ®iÖn ph©n 15 phót. HiÖu suÊt keo tô cho dÞch mµu tÝm ®¹t 90,66% víi dung dÞch cã pH = 7,0, mËt ®é dßng i = 1A/dm2 vµ thêi gian t = 20 phót. 3- C¬ chÕ keo tô chÊt mµu h÷u c¬ b»ng ph-¬ng ph¸p hßa tan ®iÖn hãa an«t Al, Fe trong m«i tr-êng axit lµ c¬ chÕ nÐn cÊu tróc líp kÐp. Trong m«i tr-êng trung tÝnh vµ baz¬ qu¸ tr×nh keo tô x¶y ra theo c¬ chÕ hÊp phô, trung hßa ®iÖn tÝch vµ quÐt kÕt tña. CÊu tróc kh«ng gian cña ph©n tö chÊt mµu cã ¶nh h-ëng ®Õn hiÖu suÊt qu¸ tr×nh keo tô. KÕt qu¶ nghiªn cøu cho thÊy hiÖu suÊt t¸ch mµu cña dung dÞch mµu ®á lín h¬n hiÖu suÊt t¸ch mµu cña dung dÞch mµu tÝm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học và kỹ thuật xử lý nước, Nhà Xuất bản Thanh niên, Hà Nội, 1999 [2] D. K. Gardiner, J. Soc, Dyers and Colourists, 94 (1978) 339. [3] D. R. Jenke, Water Research, 18 (1984) 855. [4] F. W. Pontius, Water quality and the treatment, 4th end McGraw-Hill, New York, 1990. [5] Từ Văn Mặc, Phân tích hóa lý, Nhà Xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1995. [6] B. D.Water, Treatment of Dye wasters, Vol 2, Pitman Publishing Limited, London, 1984.