ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC - - TRƯƠNG THỊ LỆ HOẰN NGHIÊN CỨU Q TRÌNH XỬ LÝ Ơ NHIỄM SẮT TRONG NƯỚC So sánh khả phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp Fenton ( Fe2+/H2O2) Fenton cải tiến (Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis( mặt trời KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA PHẨM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Sư Phạm Độc lập – Tự – Hạnh phúc Khoa Hóa - NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: TRƯƠNG THỊ LỆ HOẰN Khoa : HÓA Lớp : 08CHP Chun ngành : Cử nhân Hóa Phân Tích – Môi Trường Tên đề tài: “ So sánh khả phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp Fenton ( Fe2+/H2O2) Fenton cải tiến (Fe3+/C2O42/H2O2/Vis( mặt trời) ” Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ thiết bị: 2.1 Nguyên liệu , hóa chất: - Remazol Ultra Carmine RGB - H2O2 30%, KOH 6N - Muối FeSO4.7H2O ; Fe2(SO4)3 - Ag2SO4 , Hg2SO4 - Axit H2SO4 đ , axit H2C2O4 - MnO2 - K2Cr2O7 2.2 Dụng cụ: - Bình tam giác 250ml - Bình định mức 1000ml, 100ml, 50ml, 10ml - Pipet, buret, cốc thủy tinh loại - Ống thủy tinh có nút vặn 10ml - Phểu lọc, giấy lọc - Bếp cách cát, bếp từ 2.3 Máy móc, thiết bị: - Các loại máy: đo quang UV-VIS, máy li tâm, máy đo pH, máy khấy từ - Nguồn sáng: Đèn UV KHSC1/2(Canada), công suất 10w - Cân phân tích Precisa xác 0.0001g 3.Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB - Xác định độ chuyển hóa Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS - Xác định số COD dung dịch phương pháp Bicrommat Cr2O72-/Cr3+ 4.Giáo viên hướng dẫn: TS.Bùi Xuân Vững 5.Ngày giao đề tài: 6.Ngày hoàn thành: Chủ nhiệm Khoa Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên ) PGS.TS.Lê Tự Hải TS.Bùi Xuân Vững Sinh viên hoàn thành nộp báo cáo cho Khoa vào ngày ./ / Kết điểm đánh giá: Đà nẵng, Ngày tháng năm 2012 Chủ tịch hội đồng (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày với phát triển mạnh mẽ kinh tế, khoa học kĩ thuật công nghệ, đời sống vật chất người ngày nâng cao Các cơng ty, xí nghiệp cơng nghiệp mọc lên ngày nhiều Song song với lợi ích kinh tế mà chúng mang lại vấn đề ô nhiễm mối đe dọa lớn, nhiễm mơi trường nước khía cạnh điển hình Nước thải từ nhà máy công nghiệp đa số chứa đựng chất, hợp chất khó tan, có độc tính khó phân hủy sinh học Tuy nhiên việc xử lý triệt để chất doanh nghiệp đòi hỏi lượng kinh phí đầu tư lớn Vấn đề đặt cho nhà nghiên cứu nghiên cứu khảo sát quy trình phù hợp với loại tốn chi phí Đối với lọai hình dệt nhuộm, loại hình mà mang lại nguồn nước thải lớn, có độ màu độ nhiễm cao Nhiều mơ hình nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm đời, có hiệu áp dụng: sinh học, hóa lý, hóa học Tuy nhiên chi phí đầu tư cịn cao Trong phương pháp hố học, phương pháp oxi hóa nâng cao ứng dụng rộng rãi cho thấy mang lại hiệu cao Trong phương pháp Fenton biết đến phương pháp hiệu với chi phí thấp Hiện nay, phương pháp Fenton cải tiến với việc sử dụng nguồn lượng mặt trời nghiên cứu ứng dụng Riêng Việt Nam, đất nước nói dồi nguồn lượng mặt trời việc áp dụng Fenton cải tiến phù hợp, mang lại hiệu cao chất lượng kinh tế Để góp phần nho nhỏ cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm, chọn đề tài: “ So sánh khả phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp Fenton ( hệ tác nhân Fe2+/H2O2) với Fenton cải tiến (hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis)” 2.Mục tiêu nghiên cứu - Tìm thơng số tối ưu để q trình phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB (RGB) đạt hiệu cao tác nhân Fe2+/H2O2; Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis - So sánh hai hiệu suất phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB dùng hai tác nhân Fe2+/H2O2 Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis 3.Đối tượng phạm vi, phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Nước thải dệt nhuộm tổng hợp chứa Remazol Ultra Carmine 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu mẫu thuốc nhuộm tự tạo phòng thí nghiệm 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Nghiên cứu lý thuyết - Thu thập, phân tích, tổng hợp lý thuyết sở đề tài - Tham khảo nghiên cứu giáo trình tài liệu có liên quan đến đề tài vấn đề đặt - Học hỏi trao đổi ý kiến từ giáo viên hướng dẫn anh chị cán chuyên môn khác - Dùng tốn thống kê tính tốn xử lý kết 3.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB hệ tác nhân Fe2+/H2O2 ; Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis - Xác định độ phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB dùng hệ tác nhân phương pháp quan trắc hấp thụ phân tử UV-Vis - Xác định độ chuyển hóa COD thơng qua số COD phương pháp Bicrommat Cr2O72-/Cr3+ phương pháp trắc quan phân tử UV-Vis - Khảo sát hệ điều kiện tối ưu điều kiện Nội dung nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.1.1 Lý thuyết phẩm nhuộm 4.1.2 Remazol Ultra carmine 4.1.3 Các phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm 4.1.4 Thiết bị phản ứng 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 4.2.1 Phần 1: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB tác nhân Fe2+/H2O2 - Pha chế dung dịch nước thải chứa chất nghiên cứu theo yêu cầu nghiên cứu - Các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát + Ảnh hưởng nồng độ H2O2 + Ảnh hưởng nồng độ Fe2+ + Ảnh hưởng pH + Ảnh hưởng nhiệt độ 4.2.2 Phần 2: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB tác nhân Fe3+/C2O42/H2O2/Vis - Pha chế dung dịch nước thải chứa chất nghiên cứu theo yêu cầu nghiên cứu - Các yếu tố ảnh hưởng cần khảo sát + Ảnh hưởng nồng độ Fe3+ + Ảnh hưởng nồng độ H2C2O4 + Ảnh hưởng pH 4.2.3 Phần 3: So sánh phương pháp với điều kiện tối ưu phương pháp Đóng góp đề tài - Đề tài kết bước đầu tìm hiểu nghiên cứu chế phản ứng phân hủy phẩm màu tác nhân Fenton, hi vọng sở cho nghiên cứu sâu vấn đề phân hủy chất hữu độc hại khác với xúc tác Fenton - Ngoài đề tài tài liệu tham khảo nho nhỏ cho sinh viên khóa sau hay đối tượng bước đầu tiếp xúc với xúc tác Fenton CHƯƠNG 1.1 Lý thuyết phẩm nhuộm TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1.1 Đặc điểm, phân loại Thuốc nhuộm nhân tố hàng đầu định chất lượng màu sản phẩm Thuốc nhuộm hợp chất mang màu dạng hữu phức kim loại Cu, Co, Ni, Cr…Tuy nhiên, thuốc nhuộm dạng phức kim loại khơng cịn sử dụng nhiều tạo hàm lượng lớn kim loại nặng thành phần nước thải Thuốc nhuộm hợp chất hữu mang màu phổ biến thị trường Đây hợp chất khó phân huỷ sinh học, lượng dư chúng nước thải tác nhân gây độc tới người hệ sinh thái nước Tuỳ theo cấu tạo, tính chất phạm vi sử dụng chúng mà người ta chia thuốc nhuộm thành nhóm, loại khác nước ta nay, thuốc nhuộm thương phẩm chưa sản xuất, tất loại thuốc nhuộm phải nhập hãng sản xuất thuốc nhuộm giới Có hai cách để phân loại thuốc nhuộm: [5] - Phân loại thuốc nhuộm theo cấu trúc hoá học: thuốc nhuộm cấu trúc hố học có nhóm azo, nhóm antraquinon, nhóm nitro,… - Phân loại theo lớp kỹ thuật hay phạm vi sử dụng: ưu điểm phân loại thuận tiện cho việc tra cứu sử dụng, người ta xây dựng Từ điển Thuốc nhuộm (Color Index) Từ điển Thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi giới loại thuốc nhuộm có chung tính chất kỹ thuật xếp lớp như: nhóm thuốc trực tiếp, thuốc axit, thuốc hoạt tính,…Trong lớp lại xếp theo thứ tự gam màu từ vàng da cam, đỏ, tím, xanh lam, xanh lục, nâu đen Sau số nhóm loại thuốc nhuộm thường sử dụng Việt Nam[7] Thuốc nhuộm trực tiếp Khi nhuộm màu đậm thuốc nhuộm trực tiếp khơng cịn hiệu suất bắt màu cao nữa, thành phần thuốc có có chứa gốc azo (- N=N - ) hợp chất gây ung thư nên loại thuốc không cịn khuyến khích sử dụng nhiều Thuốc nhuộm trực tiếp dễ sử dụng rẻ, nhiên lại không bền màu Thuốc nhuộm axit Theo cấu tạo hoá học thuốc nhuộm axit thuộc nhóm azo, số dẫn xuất araquinon, triarylmetan, xanten, azin quinophtalic, số tạo phức với kim loại Thuốc nhuộm hoạt tính Dạng tổng quát thuốc nhuộm hoạt tính: S – R – T – Y, đó: - S: nhóm cho thuốc nhuộm độ hịa tan cần thiết (-SO3Na, -COONa, -SO2CH3) - R: nhóm mang màu thuốc nhuộm - Y: nhóm nguyên tử phản ứng, điều kiện nhuộm tách khỏi phân tử thuốc nhuộm, tạo khả cho thuốc nhuộm phản ứng với xơ (-Cl, -SO2, -SO3H, -CH=CH2, ) - T: nhóm mang nguyên tử hay nhóm nguyên tử phản ứng, thực liên kết thuốc nhuộm xơ Mức độ không gắn màu thuốc nhuộm hoạt tính tương đối cao, khoảng 30% có chứa gốc halogen hữu (hợp chất AOX) nên làm tăng tính độc thải mơi trường Hơn hợp chất AOX có khả tích luỹ sinh học, gây nên tác động tiềm ẩn cho sức khoẻ người động vật Thuốc nhuộm bazơ-cation Thuốc nhuộm bazơ hợp chất màu có cấu tạo khác nhau, hầu hết chúng muối clorua, oxalate muối kép bazơ hữu Thuốc nhuộm hoàn nguyên Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi bơng, lụa visco Thuốc nhuộm hồn ngun phần lớn dựa hai họ màu indigoit antraquinone Do có lực với xơ xenlulo nên hợp chất lâycơ bazơ bắt mạnh vào xơ, sau rửa bớt kiềm Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ 30oC; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ Fe2+ ban đầu thay đổi ppm, 6.5 ppm, 8.5 ppm, 10 ppm, 13 ppm, 15 ppm; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ 30oC; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ Fe2+ ban đầu tối ưu khảo sát; pH ban đầu điều chỉnh giá trị 1, 2, 3, 4, 5; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; pH tối ưu khảo sát; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ Fe2+ ban đầu tối ưu khảo sát; nhiệt độ thí nghiệm thay đổi 300C, 400C, 500C, 600C, 700C; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.2 Phân hủy RGB hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ trời; pH = 3; nồng độ Fe3+ ban đầu 10 ppm; nồng độ H2C2O4 ban đầu 45 ppm; nồng độ H2O2 ban đầu thay đổi 20 ppm, 40 ppm, 60 ppm, 80 ppm, 100 ppm, 120 ppm; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe3+ ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ trời; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu 45 ppm; nồng độ Fe3+ ban đầu thay đổi ppm, 6.5 ppm, 8.5 ppm, 10 ppm, 13 ppm, 15 ppm; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2C2O4 ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ trời; pH = 3; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ Fe3+ ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu thay đổi ppm, 15 ppm, 45 ppm, 65 ppm, 100 ppm, 150 ppm; thời gian 21 phút 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB Nồng độ RGB ban đầu 50 ppm; nhiệt độ trời; nồng độ H2O2 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ H2C2O4 ban đầu tối ưu khảo sát; nồng độ Fe3+ ban đầu tối ưu khảo sát; pH ban đầu điều chỉnh giá trị 1, 2, 3, 4, 5, 6; thời gian phản ứng 21 phút 2.2.3 So sánh hiệu phân hủy RGB hệ tác nhân Chúng so sánh khả phân hủy hệ tác nhân điều kiện tối ưu với CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Cách thức tiến hành chung hệ tác nhân Tiến hành đo mật độ quang mẫu thuốc nhuộm có nồng độ 50ppm, nhiệt độ phịng Kết D = 0,94 Tiến hành thí nghiệm đo mật độ quang trình bày 2.2.1 2.2.2 Ta tính độ phân hủy thuốc nhuộm theo thời gian Song song với đo mật độ quang ta tiến hành xác định COD theo 2.1.3 Tính độ chuyển hóa COD theo thời gian Kết thu thể sau: 3.1 Kết khảo sát điều kiện tới ưu hệ 3.1.1 Hệ Fenton (Fe2+ / H2O2) 3.1.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 Bảng 3.1 Ảnh hưởng [H2O2] đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 19.1 31.1 40.1 53.2 62.8 68.1 9.2 18.9 22.1 27.1 33 40 30.2 40.0 51.0 67.6 74.4 77.1 13.1 23 30 41.8 45 49 34.8 44.6 58.1 74.4 77.6 79.1 18.9 32 41.3 45.4 50 52 33.7 45.1 52.8 59 57 12 36.1 46.8 60.6 77.6 79.8 79.3 12 21.1 15 37.1 47.8 62.6 78.6 80.3 81.1 15 22.6 38.4 48.9 58.9 61.2 58 18 37.4 48.9 65.9 79.7 81.0 83.0 18 24.1 39 50.7 60.5 64.5 63.4 21 37.6 50.0 66.8 81.0 83.1 83.0 21 25.7 39.9 52.5 64.7 65.4 63.9 Hình 3.1 Đồ thị ảnh hưởng [H2O2] đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Từ kết nhận bảng 3.1 hình 3.1 ảnh hưởng [H2O2] phân hủy RGB ta thấy: Khi ta tăng nồng độ H2O2 từ 20ppm đến 60ppm độ phân hủy tăng dần đạt 66.8%, độ chuyển hóa COD đạt 50% Khi tăng tiếp lên 80ppm đến 100ppm độ phân hủy tăng nhanh đạt 83.1%, lúc lượng OH· sinh nhiều làm cho trình phân hủy tăng cao Tuy nhiên, tăng tiếp lên 120ppm độ phân hủy có giảm nhẹ Điều giải thích sảy phản ứng 1.17 Việc sảy phản ứng làm cho lượng OH· giảm dần, khả phân hủy có xu hướng giảm Như để phân hủy đạt hiệu cao mà khơng để H2O2 dư ta chọn nồng độ H2O2 phù hợp 80ppm 3.1.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe2+ Bảng 3.2 Ảnh hưởng [Fe2+] đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) [Fe2+] ppm 6.5 8.5 10 13 15 [Fe2+] ppm 6.5 8.5 10 13 15 15.9 22.6 34.7 53.2 62.8 67.4 7.4 19.8 23.3 27.1 45.2 47.4 30.5 45.3 57.7 67.6 75.1 77.5 18.9 26.6 35.5 41.8 52.3 50.1 34.9 52.7 68.0 74.4 77.7 78.7 20.9 34.5 38.4 45.4 54.5 54.2 12 35.6 55.0 74.7 77.6 79.4 79.3 12 22.4 38.9 44.6 52.8 59.8 55.4 15 36.8 57.4 77.8 78.6 80.8 80.5 15 25.9 40.6 54.8 58.9 61.4 59.2 18 37.5 60.5 78.8 79.7 81.9 81.2 18 28.5 47.2 57.3 60.5 65.1 64.2 21 41.1 62.7 79.0 81.0 82.9 82.3 21 30.7 48.9 61.1 64.7 66.1 65.3 Hình 3.2 Đồ thị ảnh hưởng [Fe2+] đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Từ kết nhận bảng 3.2 hình 3.2 ta thấy tăng nồng độ Fe2+ khả phân hủy tăng lên Ở nồng độ Fe2+ từ 8.5 trở lên độ phân hủy tăng cao đạt khoảng 80% Tuy nhiên đến 15ppm độ phân hủy độ chuyển hóa COD có xu hướng giảm dần Điều lý giải Fe2+ không tham gia phản ứng tạo gốc OH· mà dư tham gia phản ứng phụ với gốc OH· theo phản ứng 1.18 làm giảm lượng OH· gây nên việc giảm khả phân hủy Bên cạnh Fe2+ dư ảnh hưởng đến màu nước thải sau xử lý Như để xử lý đạt hiệu cao mà không dư Fe2+ ta chọn nồng độ Fe2+ phù hợp 8.5ppm 3.1.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH Bảng 3.3 Ảnh hưởng pH đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) pH pH 9.4 21.9 34.7 29.7 23.2 4.8 18.7 23.3 27.2 19.6 12.8 43.3 57.7 49.0 42.5 7.6 28.1 35.5 36.7 25.1 13.7 53.1 68.0 57.4 48.7 8.6 31.8 38.4 43.4 27.3 12 16.4 59.1 74.7 63.5 57.4 12 10.8 38.4 44.6 46.4 32.9 15 19.1 63.6 77.8 68.0 59.3 15 13.9 40.9 54.8 51.4 38 18 20.5 65.5 78.8 71.0 60.5 18 14.7 47.7 57.3 55.1 41.1 21 22.4 67.2 79.0 73.4 60.6 21 16.2 48.2 61.1 57.2 42.1 Hình 3.3 Đồ thị ảnh hưởng pH đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Kết khảo sát pH nhận từ bảng 3.3 hình 3.3 ta thấy pH khả phân hủy đạt giá trị cực đại Điều giải thích: Khi pH thấp (pH 4) việc tạo nên kết tủa Fe(OH)3 dễ dàng, ngăn cản tái sinh Fe2+ làm cho trình phân hủy giảm Do chọ pH giá trị pH phù hợp để phân hủy đạt hiệu cao 3.1.1.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) nhiệt độ 30 40 50 60 70 34.7 62.6 72.7 77.7 67.1 57.7 71.9 78.7 81.0 74.5 68.0 79.1 82.7 83.0 77.6 12 74.7 80.8 83.5 84.0 15 77.8 81.9 84.5 18 78.8 82.6 21 79.0 83.2 nhiệt độ 30 40 50 60 70 23.3 34.4 50.5 48.2 40.8 35.5 44.2 53.3 55.8 52.2 78.5 38.4 49.4 61.9 60.1 55.5 84.3 80.0 12 44.6 55.6 62.1 63.2 60.3 85.0 85.0 80.8 15 54.8 59.8 62.4 63.8 61.2 85.1 86.1 82.6 18 57.3 60.4 64.6 65 61.4 21 61.1 63.2 65.2 66.2 61.6 Hình 3.4 Đồ thị ảnh hưởng nhiệt độ đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Từ kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ ta thấy từ 300C đến 600C khả phản ứng có xu hướng tăng dần nhiên mức độ tăng không đáng kể Lên đến 700C khả phân hủy có phần giảm dần Ở 300C ( nhiệt độ đo phịng thí nghiệm lúc tiến hành) độ phân hủy đạt sấp xỉ 80% tăng lên đến 600C đạt 82% Do để thực dễ dàng phịng thí nghiệm nên chọn nhiệt độ 300C phù hợp Kết luận chung: Với hệ Fenton ( tác nhân Fe2+/H2O2) tiến hành phòng thí nghiệm trường đại học Sư Phạm Đà Nẵng khảo sát điều kiện tối ưu thu kết quả: [H2O2]=80ppm; [Fe2+]= 8.5ppm; pH =3 nhiệt độ 300C Với điều kiện phân hủy đạt 80% độ chuyển hóa COD đạt 60% 3.1.2 Hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis ) 3.1.2.1 Kết khảo sát nồng độ H2O2 Bảng 3.5: Ảnh hưởng [H2O2] đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD(phải) [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 16.9 29.9 41.3 54.3 61.8 72.6 25.6 41.4 52.1 71.9 79.8 82.5 29.2 49.2 67.1 83.7 86.2 92.1 12 31.0 52.8 69.1 89.3 93.6 95.2 15 32.5 54.1 72.9 92.7 95.5 95.9 18 33.2 55.5 75.5 95.0 95.7 96.8 21 34.0 56.0 77.2 [H2O2] ppm 20 40 60 80 100 120 9.1 17.3 25.9 34.3 43.2 48.6 15.4 27.5 32.5 49.7 57.3 66.8 18.2 29.6 43.4 55.9 62.5 69.7 12 22.5 31.7 47.7 66.7 69.1 73.8 95.6 96.4 97.0 15 25.9 43.7 56.6 68.6 76.8 79.6 18 26.8 44.3 59.4 75.9 78.3 81.7 28.5 21 49.3 64.2 78.8 80.5 82.7 Hình 3.5 Đồ thị Ảnh hưởng [H2O2] đến độ phân hủy màu(trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Qua kết thu độ phân hủy độ chuyển hóa COD thay đổi [H2O2] bảng 3.5 hình 3.5 ta thấy: Khi tăng [H2O2] độ phân hủy RGB, độ chuyển hóa COD tăng lên Độ phân hủy tăng theo thời gian, nhiên mức độ tăng khác phụ thuộc vào [H2O2] Khi tăng [H2O2] từ 20ppm đến 60ppm độ phân hủy, độ giảm COD tăng dần đến khoảng 60%, [H2O2] tăng lên 80ppm tốc độ phân hủy tăng lên nhanh độ phân hủy đạt 95% Khi tăng [H2O2] lên độ phân hủy đạt 96% - 97% giảm dần Điều giải thích H2O2 dư tham gia phản ứng với OH· làm giảm gốc OH· theo phản ứng H2O2 + HO → HO2 + H2O Như vậy: [H2O2] phù hợp 80 ppm, nồng độ phù hợp để chuyển hóa tăng tuyến tính đạt khả phân hủy cao mà hạn chế việc dư H2O2 ảnh hưởng đến môi trường kinh tế 3.1.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ ban đầu Bảng 3.6 Ảnh hưởng Fe3+đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) 70.2 85.1 94.7 95.1 97.9 97.0 [Fe3+] ppm 6.5 8.5 10 13 15 91.5 11.1 20 27.6 36.3 48.6 56.2 96.8 93.7 27.9 35.3 42.2 49.7 56.2 62.3 96.8 96.7 36.7 46.4 49.4 55.9 60.4 69.9 12 40.2 50.4 60.2 66.7 69.2 70.8 [Fe3+] ppm 6.5 8.5 10 13 15 17.4 32.9 43.7 55.0 66.2 74.5 25.5 43.8 58.5 71.0 74.1 82.1 37.7 50.8 72.0 81.9 88.9 89.1 12 45.9 65.2 80.8 88.3 91.5 15 53.8 75.4 89.3 92.6 18 58.7 81.7 92.2 94.7 21 15 45.3 58.2 68.1 68.6 74.1 75.9 18 46.2 63.5 72.4 75.9 79.4 77 21 47.1 70.1 77.2 78.8 81.2 80.1 Hình 3.6 Đồ thị ảnh hưởng Fe3+đến độ phân hủy màu(trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Qua độ phân hủy độ chuyển hóa COD thể bảng 3.6 hình 3.6 kết ảnh hưởng Fe3+ ban đầu cho ta thấy: Khi tăng nồng độ Fe3+ độ phân hủy độ chuyển hóa COD tăng lên Khi tăng [Fe3+] từ 5ppm đến 8,5ppm độ phân hủy tăng lên 8.5ppm độ phân hủy đạt 94.7% , tăng đến 15ppm độ phân hủy đạt 97% Do việc thừa Fe3+ khơng làm cho độ phân hủy tăng cao Vậy để hạn chế việc dư thừa Fe3+ ảnh hưởng đến hiệu kinh tế ta chọn [Fe3+] tối ưu 8,5ppm 3.1.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ oxalat Bảng 3.7 Ảnh hưởng [C2O42-] đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) [C2O42-] ppm 15 45 65 100 150 [C2O4 2-] ppm 15 45 65 100 150 13.3 30.3 44.3 54.2 63.9 67.3 7.1 19.7 27.8 35.1 42.2 46.2 20.2 35.3 56.4 64.6 73.4 78.3 15.3 24.4 42.1 44.2 50.6 54.9 27.1 49.9 73.1 76.5 81.5 84.0 20.2 33.9 49.5 55.9 62.3 66.2 12 35.5 59.6 80.8 85.5 88.2 91.4 12 30.5 40.7 60.1 64.4 67.1 72.2 15 41.1 68.0 89.3 91.2 92.5 94.7 15 36.9 48.2 68.1 70.2 73.4 76.3 18 43.8 70.6 92.3 94.9 95.7 96.1 18 37.7 52.2 72.7 76.5 78.3 79.7 21 45.0 76.2 94.8 96.0 98.7 97.9 21 38.7 59.1 78.1 79.1 81.1 80.9 Hình 3.7 Đồ thị ảnh hưởng [C2O42-] đến độ phân hủy (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Qua bảng kết khảo sát nồng độ C2O42- bảng 3.11 3.12 ta thấy: Khi tăng [C2O42-] lên từ – 150ppm độ phân hủy tăng lên từ 45% - >95% độ chuyển hóa COD tăng lên đạt 80% Riêng tăng [C2O42-] lên 150ppm phút thứ 21 độ phân hủy độ giảm COD thấp so với 100ppm Do việc tăng [C2O42-] lên cao ảnh hưởng đến độ phân hủy Quá trình giải thích lượng OH· phản ứng 1.19;1.24;1.25 Dựa vào thị kết thu ta thấy [C2O42-] 45ppm độ phân hủy đạt gần 95% ta tăng nồng độ oxalate lên cao độ phân hủy đạt 98% có xu hướng giảm dần Do chọn [C2O42-] 45ppm phù hợp 3.1.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB Bảng 3.8 Ảnh hưởng pH đến độ phân hủy màu (trái)và độ chuyển hóa COD (phải) pH pH 8.4 19.2 41.1 50.7 53.0 59.6 7.2 11.2 27.1 30.3 37.9 44.1 13.5 28.5 50.0 62.8 68.9 73.3 9.5 20.1 41.1 46.2 47.3 54.5 19.0 40.4 73.1 78.4 81.1 79.0 12.5 30.3 49.5 58.6 64.1 65.5 12 23.8 51.1 79.8 86.0 90.1 88.9 12 15.6 39.2 63.1 67.3 70.8 75.3 20.5 42.4 68.1 71.4 76.9 77.7 15 26.1 53.4 89.3 90.4 96.4 91.8 15 18 28.4 56.2 92.3 96.9 99.0 97.9 18 21 43.2 72.7 79.4 79 79.5 21 29.7 58.5 95.3 98.9 99.8 98.7 21 21.7 44.4 79 83.1 84.8 81.3 Hình 3.8 Đồ thị ảnh hưởng pH đến độ phân hủy màu (trái) độ chuyển hóa COD (phải) Nhận xét: Qua độ phân hủy độ chuyển hóa COD thể bảng 3.8 hình 3.8 kết ảnh hưởng pH ban đầu cho ta thấy: Khả phân hủy tăng dần ta tăng pH từ đến Tuy nhiên tăng pH từ – độ phân hủy tăng mạnh pH độ phân hủy đạt tới 99.8% Khi tiếp tục tăng pH =6 độ phân hủy giảm xuống so với pH = Đây điểm khác sử dụng phương pháp Fenton cải tiến so với phương pháp Fenton Nếu Fenton ta sử lý tốt thuốc nhuộm pH khoảng đến ta phân hủy tốt pH cao Điều giải thích: Khi ta sử dụng Fe3+ với xúc tác ánh sáng mặt trời nên khả chuyển Fe2+ nhanh chóng, lúc pH cao việc tạo kết tủa Fe(OH)3 giảm Đồng thời xúc tác C2O42- góp phần tạo lượng OH· nhiều làm khả phân hủy cao Tuy nhiên pH tăng khả tạo kết tủa Fe(OH)3 bắt đầu tăng lên làm giảm lương OH· dần khả phân hủy có xu hướng giảm dần Vậy pH phù hợp pH = Kết luận chung: Với hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis) tiến hành phịng thí nghiệm trường đại học Sư Phạm Đà Nẵng khảo sát điều kiện tối ưu thu kết quả: [H2O2]=80ppm; [Fe3+]= 8.5ppm; [C2O42-]= 45ppm pH =5 Với điều kiện phân hủy đạt 99,8% độ chuyển hóa COD đạt 84,8% Điều thể sử dụng Fenton cải tiến xử lý đạt gần triệt để 3.2 Kết so sánh khả phân hủy thuốc nhuộm RGB hai hệ điều kiện tối ưu hệ Sau khảo sát chọn điều kiện tối ưu, dựa kết thu tiến hành so sánh khả phân hủy hai hệ với Đối với hệ Fenton là: nồng độ RGB 50ppm, nồng độ Fe2+ 8.5ppm, nồng độ H2O2 80ppm, pH = 3, nhiệt độ 300C Đối với hệ Fenton cải tiến: nồng độ RGB 50ppm, Nồng độ Fe3+ 8.5ppm, nồng độ C2O42- 45ppm, nồng độ H2O2 80ppm, pH =5, nhiệt độ trời 3.2.1 Kết độ phân hủy thuốc nhuộm RGB Bảng 3.9 Kết độ phân hủy RGB hệ Hệ Hệ Fenton Hệ Fenton/oxalat 34.7 53.0 57.7 68.9 68.0 81.1 12 74.7 90.1 15 77.8 96.4 17 78.8 99.0 21 79.0 99.8 Thời gian Hình 3.9 Đồ thị so sánh Nhận xét : Qua kết thu bảng 3.9 đồ thị biểu diễn hình 3.9 ta thấy: Ở điều kiện tới ưu hệ hệ Fenton cải tiến có độ phân hủy cao hệ Fenton cổ điển Ở điều kiện tới ưu độ phân hủy hệ Fenton RGB đạt 79% phút thứ 21, hệ Fenton cải tiến đạt đến gần 100% Như khả xử lý thuốc nhuộm hệ Fenton cải tiến triệt để so với hệ Fenton đạt gần 100% 3.2.2 Kết độ chuyển hóa COD Bảng 3.10 Kết độ chuyển hóa COD hệ Hệ Thời gian 12 15 18 21 Hệ Fenton Hê Fenton/oxalat 23.3 35.5 38.4 44.6 54.8 57.3 61.1 37.9 47.3 64.1 70.8 76.9 79 84.8 Hình 3.10 Đồ thị so sánh Nhận xét: Theo bảng kết độ chuyển hóa COD hệ Fenton điều kiện tới ưu độ chuyển hoá COD đạt 61% hệ Fenton cải tiến đạt đến gần 85% Vậy độ chuyển hóa COD hệ Fenton cải tiến cao nhiều so với hệ Fenton điều kiện tối ưu hệ Kết luận: So sánh hai hệ điều kiện tối ưu thấy hệ Fenton cải tiến có hiệu xử lý cao Fenton nhiều Dùng Fenton cải tiến phân hủy thuốc nhuộm RGB đạt gần 100%, hệ có triển vọng tương lai MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ DANH TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề .6 2.Mục tiêu nghiên cứu 3.Đối tượng phạm vi, phương pháp nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 3.3.2 Nghiên cứu thực nghiệm Nội dung nghiên cứu .8 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.1.1 Lý thuyết phẩm nhuộm 4.1.2 Remazol Ultra carmine .8 4.1.3 Các phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm 4.1.4 Thiết bị phản ứng 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 4.2.1 Phần 1: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB tác nhân Fe2+/H2O2 4.2.2 Phần 2: Phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB tác nhân Fe3+/C2O42/H2O2/Vis .8 4.2.3 Phần 3: So sánh phương pháp với điều kiện tối ưu phương pháp Đóng góp đề tài .8 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Lý thuyết phẩm nhuộm 1.1.1 Đặc điểm, phân loại 1.1.2 Độc tính thuốc nhuộm tác hại nước thải dệt nhuộm 11 1.2 Thuốc nhuộm Remazol Utra Carmine RGB [21];[22] 12 1.3 Nước thải dệt nhuộm phương pháp xử lý 13 1.3.1 Các loại hoá chất trợ thường sử dụng công nghệ nhuộm 13 1.3.2 Nguồn phát sinh đặc tính nước thải cơng nghiệp dệt nhuộm .13 1.3.3 Một số phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm .14 1.3.3.1 Các phương pháp học .14 1.3.3.2 Các phương pháp hóa lý .15 1.3.3.3 Phương pháp sinh học 16 1.3.3.4 Phương pháp điện hóa 16 1.3.3.5 Phương pháp hóa học 16 1.4 Các trình phổ biến .19 1.4.1 Quá trình quang hóa 19 1.4.2 Q trình ozon hóa: 19 1.4.3 Quá trình Fenton .20 1.4.3.1.Cơ sở lý thuyết trình Fenton 20 1.4.3.2 Phương thức phản ứng gốc hydroxyl HO• 20 1.4.3.3 Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO• động học phản ứng Fenton .21 1.4.4 Quá trình Fenton (Fe2+/H2O2) [10] 22 1.4.5 Quá trình Fenton cải tiến (Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis) 23 1.4.6 Những yếu tố ảnh hưởng phương pháp Fenton [4] .25 1.4.6.1 Ảnh hưởng độ pH 25 1.4.6.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Fe2+/H2O2 loại ion Fe (Fe2+ hay Fe3+) 26 1.4.6.3 Ảnh hưởng anion vô 26 1.4.6.4 Ảnh hưởng ion oxalat [17] 27 1.4.7 Ưu điểm nhược điểm phương pháp Fenton 27 1.5 Ứng dụng phương pháp Fenton 28 1.5.1 Ứng dụng phương pháp Fenton xử lí nước thải dệt nhuộm 28 1.5.2 Ứng dụng khác phương pháp Fenton .29 1.6 Tình hình nghiên cứu áp dụng trình Fenton Việt Nam 29 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 30 2.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 30 2.1.1 Các bước tiến hành thực nghiệm 30 2.1.2 Xác định hiệu suất COD phương pháp bicromat Cr2O72-/Cr3+ .32 2.1.2.1 Nguyên tắc phương pháp xác định COD .32 2.1.2.2 Thuốc thử 33 2.1.2.3 Qui trình phân tích mẫu .33 2.1.3 Xác định hiệu suất chuyển hoá RGB phương pháp đo quang .35 2.2 Nội dung nghiên cứu thực nghiệm 36 2.2.1 Phân hủy RGB hệ tác nhân Fe2+/H2O2 36 2.2.1.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 ban đầu đến phân hủy RGB .36 2.2.1.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe2+ ban đầu đến phân hủy RGB 36 2.2.1.3 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB 37 2.2.1.4 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ ban đầu đến phân hủy RGB 37 2.2.2 Phân hủy RGB hệ tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis 37 2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 ban đầu đến phân hủy RGB .37 2.2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe3+ ban đầu đến phân hủy RGB 37 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2C2O4 ban đầu đến phân hủy RGB 37 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB 37 2.2.3 So sánh hiệu phân hủy RGB hệ tác nhân 38 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 38 3.1 Kết khảo sát điều kiện tới ưu hệ .39 3.1.1 Hệ Fenton (Fe2+ / H2O2) 39 3.1.1.1 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 39 3.1.1.2 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe2+ 40 3.1.1.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH 40 3.1.1.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 41 3.1.2 Hệ Fenton cải tiến ( tác nhân Fe3+/C2O42-/H2O2/Vis ) 42 3.1.2.1 Kết khảo sát nồng độ H2O2 42 3.1.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng Fe3+ ban đầu .43 3.1.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ oxalat 44 3.1.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH ban đầu đến phân hủy RGB 45 3.2 Kết so sánh khả phân hủy thuốc nhuộm RGB hai hệ điều kiện tối ưu hệ .46 3.2.1 Kết độ phân hủy thuốc nhuộm RGB 47 3.2.2 Kết độ chuyển hóa COD 47 KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ... Cử nhân Hóa Phân Tích – Mơi Trường Tên đề tài: “ So sánh khả phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp Fenton ( Fe2+/ H2O2) Fenton cải tiến (Fe3+/ C2O42/ H2O2/ Vis( mặt trời) ” Nguyên... thải dệt nhuộm, chọn đề tài: “ So sánh khả phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB phương pháp Fenton ( hệ tác nhân Fe2+/ H2O2) với Fenton cải tiến (hệ tác nhân Fe3+ /C2O42- /H2O2/ Vis) ” 2.Mục... trình phân hủy thuốc nhuộm Remazol Ultra Carmine RGB (RGB) đạt hiệu cao tác nhân Fe2+/ H2O2; Fe3+ /C2O42- /H2O2/ Vis - So sánh hai hiệu suất phân hủy Remazol Ultra Carmine RGB dùng hai tác nhân Fe2+/ H2O2