Luận văn Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu reactive red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải

húc đẩy quá trình oxy hóa gốc *HO, trong đó sự hình thành của gốc HO2- được cho là gốc thúc đẩy chính của quá trình[40]. Sau khi hòa tan vào dung dịch nước, một phần của ôzôn các phân tử được coi là phân hủy thông qua một loạt các phản ứng dây chuyền, thành quá trình oxy hóa cao gốc hydroxyl *HO=2.80V) [40][36], cho phép xảy ra quá trình oxy hóa nâng cao được gọi là AOP. Việc loại bỏ carbon hữu cơ hòa tan trong dung dịch là một vấn đề quan trọng đối với AOP nhưng khó có thể được, muốn loại bỏ được cacbon hữu cơ cần phải sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn,trong các dung dịch có nồng độ chất hữu cơ cao gốc hydroxyl tạo ra không đáng kể do khả năng hòa tan của ôzôn. Sự kết hợp của ôzônvới than hoạt tính đã được nghiên cứu nhằm mục đích tăng cường hiệu quả của quá trình oxy hóa dựa trên ôzôn, các cơ chế của quá trình ôzôn hóa hoặc ôzôn hóa có sự hỗ trợ của than hoạt tính trong quá trình phản ứng là chưa cao vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng, chẳng hạn như vật liệu làm than hoạt tính và bản chất của hợp chất hữu cơ được oxy hóa [29]. 1.3.2. Nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, việc dùng khí ôzôn trong xử lý môi trường đã và đang được áp dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và khử trùng. Phương pháp này đã được áp dụng khá thành công với một số loại nước thải như bệnh viện, dệt nhuộm. Qua các nghiên cứu trước đây cho thấy khả năng ứng dụng phương pháp này với các các loại nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy là rất khả quan: Nhóm tác giả Đào Minh Trung và cộng sự (2015) thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới & Bảo vệ môi trường, Tp.Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu và xử lý của chất nhuộm màu dệt nhuộm bằng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt. Trong nghiên cứu của mình nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm với của chất nhuộm màu dệt nhuộm với các thông số chính ban đầu: pH = 10; COD = 480 (mg/l); độ màu = 1200 (Pt – Co). Các nghiên cứu được thực hiện với các loại dung dịch phèn riêng biệt ( phèn Fe(III), phèn AL(III), PAC) và hỗn hợp dung dịch phèn Fe(III), phèn nhôm sunfat tính theo tỷ lệ mol Fe:Al. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hỗn hợp phèn có tỷ lệ mol Fe:Al = 1:2 đạt hiệu quả xử lý tốt nhất (hiệu suất hơn 90%, theo độ giảm COD và lượng dung dịch hỗn hợp phèn sử dụng là 11ml dung dịch phèn/lít của chất nhuộm màu dệt nhuộm) [2]. Phân hủy chất nhuộm Reactive blue 182 bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng tro bay biến tính/H2O2 cũng được nghiên cứu của nhóm tác giả Đào Sỹ Đức (2013), Vũ Thế Ninh, Viện khoa học vật liệu. Đây có thể xem là một trong những giải pháp dành cho xử lý nước thải công nghiệp trong lĩnh vực dệt nhuộm kết quả nghiên cứu cho thấy. Quá trình Fenton dị thể với xúc tác tro bay biến tính bằng muối sắt (III) clorua được sử dụng để phân hủy phẩm màu ReactiveBlue 182 (RB 182). Một số tính chất cơ bản của tro bay thô và tro bay biến tính được xác định thông qua các kỹ thuật SEM, EDX, và XRD. Ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng như hàm lượng xúc tác, pH và nồng độ hydro peoxyt tới hiệu quả xử lý đã được nghiên cứu và thảo luận; đồng thời hằng số tốc độ phân hủy RB 182 cũng được xác định. Các kết quả thực nghiệm cho thấy, kỹ thuật Fenton dị thể với tro bay biến tính phù hợp để loại bỏ chất nhuộm RB 182. Ở các điều kiện tối ưu bao gồm hàm lượng xúc tác, nồng độ hydro peoxyt, pH , quá trình loại bỏ RB 182 được chỉ ra là tuân theo động học bậc nhất, với hiệu suất xử lý đạt xấp xỉ 90% sau 90 phút [1]. H2O2 ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử lý của quá trình quang xúc tác trong việc xử lý chất nhuộm MB, làm tăng hoạt tính của hệ xúc tác hiệu suất ở điều kiện tối ưu là 80% còn ở điều kiện không có thêm H2O2 hiệu suất chỉ đạt 44% thể tích của H2O2 tối ưu để xử lý 250ml dung dịch MB là 1ml [5]. Sử dụng phương pháp ôzôn hóa để xử lý nước thải dệt nhuộm tại làng nghề Vạn Phúc đã được tác giả Vũ Thị Bích Ngọc thực hiện nghiên cứu năm 2016. Kết quả đã chỉ ra rằng, quá trình ôzôn hóa và Peroxon đều có khả năng oxy hóa, phá vỡ cấu trúc của các hợp chất mang màu để xử lý màu của dung dịch phẩm Direct red 23 với hiệu quả cao. Nghiên cứu đã so sánh và xác định được quá trình Peroxon cho hiệu quả xử lý màu cao hơn. Sau thời gian xử lý 80 phút, quá trình Peroxon cho hiệu suất xử lý màu đạt 99,48 %, quá trình ôzôn hóa cho hiệu suất xử lý màu đạt 97,62 %. Để dễ ứng dụng vào thực tế, chọn pH 9 cho quá trình ôzôn hóa nhằm xử lý nước thải sau công đoạn nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc. Lựa chọn cấp ôzôn vào dung dịch qua hệ Injector - ống dòng thay cho sục ôzôn trực tiếp vào dung dịch nước thải chất nhuộm đã tận dụng và hạn chế lượng khí ôzôn dư thoát ra ngoài, đồng thời, làm giảm thời gian phản ứng, nâng cao hiệu quả của quá trình ôzôn hóa (thời gian phản ứng giảm từ 10 giờ xuống 8 giờ, mà hiệu quả xử lý màu tăng từ 95,03 % lên đến 98,05 %)[14]. Khả năng xử lý làm giảm các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng sinh học bằng phương pháp ôzôn kết hợp với UV tại pH = 7,5 và thời gian sục khí ôzôn là 100 phút thì hiệu suất xử lý COD và mầu nước rỉ rác đạt COD 26%, độ mầu 64% và O3/UV COD 35%, độ mầu 82%[5]. Có thể sử dụng ôzôn và perôzôn để xử lý nước rỉ rác để quá trình oxi hóa các chất hữu cơ bằng ôzôn và perôzôn có hiệu quả cần thực hiện ở điều kiện thích hợp sau: pH 8 – 9; hàm lượng H2O2 (hệ Perôzôn) là 2.000 mg/l. Để nâng cao hiệu quả xử lý cần kết hợp giữa ôzôn và perôzôn với vật liệu xúc tác là quặng mangan[13]. Nước thải dệt nhuộm sau xử lý Peroxone (hệ O3/H2O2) loại được màu gần như tuyệt đối (>99%), điều đó khẳng định ưu thế của quá trình Peroxone về hiệu quả xử lý màu của Chất nhuộm . Xử lý bằng hệ Peroxone (hệ O3/H2O2) có hiệu quả trong khoảng nồng độ H2O2 từ 250 - 500 mg/L. Xử lý độ màu đạt 90 - 99%, xử lý COD đạt 39 - 80%. Khi tăng nồng độ H2O2 đầu vào từ 250 mg/L lên 500 mg/L thì hiệu quả xử lý tăng. Tuy nhiên, không nên tăng nồng độ H2O2 quá cao vì sẽ ức chế việc sinh ra các gốc tự do *OH [8]. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 2.1.1. Chất nhuộm Reactive Red 24 *Chất nhuộm màu Reactive Red 24 Dung dịch chất nhuộm màu Reactive Red 24 sử dụng cho thí nghiệm tự pha bằng nước cất tại phòng thí nghiệm. Cấu trúc chất nhuộm màu hoạt tính Reactive Red 24: Công thức căn bản của chất nhuộm Reactive Red 24 có thể viết vắn tắt: R-B-X Trong đó: R: Là nhóm mang màu (ChromopHoricgroup): Quyết định màu của chất nhuộm (color producing part). Nhóm này là nhóm Azo(-N=N-) B = Là nhóm cầu nối (Brid ginggroup) Kết nối nhóm mang màu với nhóm phản ứng của chất nhuộm ( reactivegroup), có thể là nhóm – NH hoặc nhóm -NR . X= Nhóm phản ứng của chất nhuộm (Reactivegroup). Là nhóm dặc trưng chủ yếu của chất nhuộm Reactive Red 24 tạo liên kết cộng hóa trị với xơ sợi. Có thể là: -Cl; -Br; -SH; -OCH; Phân tử chất nhuộm Reactive Red 24 bao gồm một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử gọi là nhóm mang màu. Sự hiện diện nó tạo ra màu sắc của chất nhuộm. Một nhóm thế có khả năng phản ứng với xơ cellulose. Chất nhuộm có độ bền giặt tốt nhất nhờ liên kết giữa chất nhuộm và cellulose là liên kết cộng hóa trị xảy ra trong quá nhuộm. Chất nhuộm thường được sử dụng để nhuộm cellulose như cotton hoặc lanh, chất nhuộm cũng có thể được áp dụng trên len và nylon; trong trường hợp này chúng được áp dụng trong điều kiện axit yếu. Chất nhuộm Reactive Red 24 có mức độ tận trích thấp so với các loại chất nhuộm khác bởi vì các nhóm chức năng trong chất nhuộm cũng đồng thời phản ứng với nước, xẫy ra do quá trình thủy phân. Phần chất nhuộm bị thủy phân này không có liên kết với cellulose và phải bị giặt bỏ mới giải quyết được vấn đề độ bền màu. Chất nhuộm hoạt tính Reactive Red 24 có công thức phân tử : C26H17CIN7Na3O10S3. Hình 2.1. Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24 2.1.2. Xỉ sắt thải Xỉ sắt thải được sử dung trong nghiên cứu được lấy từ xỉ thải trong quá trình luyện sắt tại công ty THNH một thành viên Kim loại màu Thái Nguyên tại Sông Công, thành phố Thái Nguyên. Xỉ sau khi mang về phòng thí nghiệm được sấy ở nhiệt độ 105oC trong 48 giờ, sau đó nghiền nhỏ và sàng lấy các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,25mm và lưu giữ để sử dụng. 2.2. Phạm vi nghiên cứu Thời gian : Từ 1/9/2018 đến tháng 2/2019 Giới hạn nội dung nghiên cứu : Đề tài đề cập đến khả năng xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng ôzôn và Fenton trên cơ sở xúc tác xỉ sắt thải từ quá trình luyện kim. Quy mô thực hiện: phòng thí nghiệm. Các thông số đánh giá: COD và độ màu. 2.3. Nội dung nghiên cứu Tiến hành xây dựng các nội dung thí nghiệm trên mẫu Reactive Red 24 tự pha tại phòng thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm được biểu diễn như hình sau: * Mô hình thí nghiệm ôzôn: Hệ thiết bị thí nghiệm được thiết kế và lắp đặt để tiến hành thực nghiệm nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu RR24 bằng ôzôn, Fenton sử dụng IS là xúc tác dị thể. - Thông số kỹ thuật máy phát ôzôn: + Loại máy: Next 20P, sản xuất bởi công ty cổ phần ôzôn quốc tế, Việt Nam + Công suất ôzôn theo thiết kế là: 5g/h + Áp lực khí ôzôn: 0,0025 Mpa + Lưu lượng khí: 70 l/phút + Nhiệt độ môi trường < 40oC + Điện hao: AC 220V–50HZ-240W + Kích thước: 570x580x250mm Hình 2.2. Máy tạo khí ôzôn Next 20P - Bình phản ứng: Bình phản ứng được làm bằng thủy có dung tích 1,2 l (h = 450 mm, ф = 60 mm). Xỉ sắt được thêm vào bình phản ứng chứa 500 ml dung dich RR24 với nồng độ đã chuẩn bị ở các điều kiện khác nhau về pH và liều lượng IS. Ôzôn được sinh ra từ máy phát ôzôn (Next 20P, Việt Nam) từ nguồn cấp khí oxy tinh khiết (hình 2.3 a). Ôzôn được sản xuất từ bình oxy nguyên chất được điều chỉnh bằng lưu lượng kế với tốc độ 10 ml/phút và được cung cấp từ đáy bình phản ứng thông qua bộ khuếch tán. Bình phản ứng chứa 500 ml dung dịch RR24 và xỉ sắt (IS) được phân phối đồng đều trong toàn bộ dung dịch bằng máy khuếch tán thủy tinh xốp. Tổng thời gian ôzôn hóa là 40 phút. Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b) * Hệ thí nghiệm Fenton: - Thông số kỹ thuật máy khuấy: + Thể tích khuấy tối đa: 10 lít + Công suất động cơ: 15W + Chiều dài thanh khuấy tối đa: 80mm + Khoảng tốc độ: 100-1500 rpm + Điều khiển tốc độ: thang chia 1-10 + Kích thước máy: 215x105x330 mm + Điện áp 230/120/100 V Hình 2.4. Máy khuấy từ - Bình phản ứng: Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong cốc thủy tinh 1000 ml (h = 140 mm, ф = 110 mm) Tất cả các thí nghiệm đều tiến hành với 500 ml dung dịch RR24 ở các nồng độ khác nhau trong khoảng từ 50 đến 500 mg/l. pH được điều chỉnh theo giá trị xác định bằng dụng H2SO4 0,1 M hoặc NaOH 0,1 M sau đó bổ sung chất xúc tác. Xỉ sắt được sử dụng cho quá trình Fenton dị thể. Và H2O2 30% được bắt đầu bằng cách thêm lượng dung dịch H2O2 được xác định trước vào cốc phản ứng (Hình 2.3b). Các cốc phản ứng sau đó được đặt trong một máy khuấy và được khuấy với tốc độ 120 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 2oC). Tổng hời gian cho quá trình 60-90 phút. 2.3.1. Các nội dung tiến hành thí nghiệm a. Thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt Mục tiêu: Tìm giá trị pH tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24 *. Hệ ôzôn (O3 và O3/IS). Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11. Cố định hàm lượng xỉ sắt (IS) 1 g/l và nồng độ RR24: 200 mg/l Trình tự thí nghiệm: Các thí nghiệm được thực hiện với hệ O3 và O3/IS 1. Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200 mg/l bằng nước cất 2 lần với đủ lượng sử dụng cho cả đợt thí nghiệm 2. Tiến hành điều chỉnh pH của dung dịch RR24 trong các bình phản ứng đạt giá trị pH tương ứng là 3, 7, 11 bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N. 3. Thêm lượng xỉ sắt (IS) vào mỗi bình với khối lượng đạt 1 g/l đối với các bình dung dịch cho thí nghiệm hệ O3/IS 4. Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 6 bình phản ứng. 5. Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút. 6. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang màu Pt-Co *. Fenton: ( H2O2/IS). Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11. Cố định hàm lượng xỉ sắt (IS) 1 g/l và H2O2 ( 100 mg/l ) Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn 3. Thêm vào mỗi bình với lượng xỉ sắt (IS) đạt 1 g/l và H2O2 đạt 100 mg/l. 4. Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm *. Hệ thí nghiệm: O3/H2O2, O3/H2O2/IS. Thay đổi giá trị pH cố định hàm lượng xỉ sắt là 1 g/l và H2O2 là 100 mg/l và nồng độ của RR24 là 200 mg/l Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn 4. Thêm dung dịch H2O2 để đạt nồng độ 100 mg/l vào các bình dung dịch RR24. Riêng với hệ thí nghiệm O3/H2O2/IS thì bổ sung thêm xỉ sắt với khối lượng đạt 1 g/l. b. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng IS đến hiệu quả xử lý RR24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác IS Mục tiêu: Tìm giá trị IS tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24 *. Thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác (O3/IS). Cố định nồng độ: RR24 và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng lượng IS lần lượt là 0,5; 1; 1,5; 2 g/l Trình tự thí nghiệm: 1. Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200mg/l bằng nước cất 2 lần với lượng thể tích đủ sử dụng cho các thí nghiệm cùng đợt thí nghiệm 2. Điều chỉnh pH cho dung dịch RR24 về giá trị tối ưu đã xác định được ở nội dung a bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N. 3. Chia dung dịch vào các bình phản ứng khác nhau có cùng thể tích mỗi bình 500 ml dung dịch RR24 đã chỉnh pH 4. Cân xỉ sắt cho lần lượt vào 4 bình với khối lượng tương ứng 0,5; 1; 1,5; 2 g/l 5. Tiến hành sục khí ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp 10 l/phút đồng thời vào 4 bình phản ứng. 6. Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút. 7. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng để lọc để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịc theo thang màu Pt-Co *. Thí nghiệm hệ Fenton (H2O2/IS). Cố định nồng độ RR24 và dung dịch H2O2 là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng lượng IS lần lượt là 0,5; 1; 1,5; 2 g/l. Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 3, 4, 6, 7 làm tương tự như thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác *. Thí nghiệm hệ O3/H2O2/IS: Cố định nồng độ RR24 là 200 mg/l, lượng H2O2 là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng IS lần lượt là: 0,5; 1; 1,5; 2 g/l Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 3, 4, 7 làm tương tự như các bước 1, 2, 3, 4, 7 ở thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác (O3/IS) phần b 5. Cho vào 4 bình dung dịch H2O2 một lượng là 100 mg/l 6. Sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 4 bình dung dịch RR24 c. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác IS Mục tiêu: Tìm ra nồng độ tối ưu cho quá trình xử lý RR24 *. Thí nghiệm hệ ôzôn: (O3, O3/IS). Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l). Cố định hàm lượng IS (với hàm lượng IS tối ưu đã xác định ở nội dung b) và giá trị pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a) Trình tự thí nghiệm: 1. Pha dung dịch RR24 với nồng độ tương ứng là 100, 200, 300, 400. 500 mg/l. 2. Tiến hành điều chỉnh pH tối ưu đã xác định ở nội dung a lần lượt cho tất cả các bình chưa dung dịch RR24 đã pha ở bước 1 bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N. 3. Cho lượng (IS) tối ưu đã xác định ở nội dung b vào tất cả 5 bình dung dịch RR24 với 5 dải nồng độ đã pha đối với các bình phản ứng trong hệ O3/IS 4. Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào các bình phản ứng hệ O3 và O3/IS. 5. Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút. 6. Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang màu Pt-Co *. Thí nghiệm hệ Fenton (H2O2/IS). Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l). Cố định hàm lượng H2O2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) là 1,5g/l (đã xác định được ở nội dung 2) và giá trị pH=3 (đã xác định ở nội dung 1) Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 3, 5 và 6 làm tương tự như ở thí nghiệm hệ ôzôn ở phần c 4. Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm. *. Thí nghiệm hệ: O3/H2O2, O3/H2O2/IS: Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l). Cố định hàm lượng H2O2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) (với hàm lượng tối ưu đã xác định ở nội dung b) và giá trị pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a) Trình tự thí nghiệm: Các bước 1, 2, 3, 5, 6, 7 làm tương tự như các bước 1, 2, 3, 5, 6 ở thí nghiệm hệ ôzôn phần c 4. Thêm dung dịch H2O2 để đạt nồng độ 100 mg/l vào các bình chứa dung dịch RR24 d. Xác định thành phần cấu trúc của xỉ sắt Đặc điểm của xỉ sắt thải được đánh giá thông qua các thông số phân tích SEM, EDS và RRD. 2.3.2. Hóa chất sử dụng Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong phân tích STT Hóa chất Mục đích sử dụng 1 Các dung dịch đệm pH=4.01; 6,86 và 9,18 Hiệu chỉnh máy pH 2 Kali indigo trisulfonat Xác định hàm lượng ôzôn 3 Natri dihidrophotphat (NaH2PO4) Xác định hàm lượng ôzôn 4 Nước cất 2 lần Pha chất nhuộm màu, phân tích 5 Kalihidroxyt (KI) Phân tích H2O2, phân tích BOD 6 Natri hidroxyt (NaOH) Điều chỉnh pH 7 Axits sunfuric (H2SO4) Điều chỉnh pH 8 Fenton (H2O2) Xúc tác 9 Kali dicromat (K2Cr2O7) Xác định COD 10 Muối Mohr Xác định COD 11 Thủy ngân (II) sunfat ( HgSO4) Xác định COD 12 Bạc sunfat ( Ag2SO4) Xác định COD 13 Kaki hidropHotphat Xác định COD 14 Chất nhuộm Reactive Red 24 Pha dung dịch chất nhuộm màu để làm thí nghiệm 2.3.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm Bảng 2.2. Danh mục các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu STT Thiết bị, dụng cụ Mục đích sử dụng 1 Máy phát ôzôn NEXT 20P công suất 5 g/h Cung cấp ôzôn cho các hệ thí nghiệm 2 Tủ sấy Sấy hóa chất dụng cụ 3 Cân phân tích pha hóa chất 4 Bếp phá mẫu COD Chuẩn bị mẫu, xác đinh COD 5 Máy đo pH Xác định pH 6 Máy UV-VIS 2900 Hitachi Xác định bước sóng đặc trưng, dải màu của các chất nhuộm 7 Máy khuấy Thực nghiệm 8 Cốc 100 ml Đo pH 9 Cuvet thạch anh Xác dịnh độ màu 10 ống đong 500ml, buret, pipet Phân tích 11 Bình tam giác Xác định COD 2.3.4. Các phương pháp phân tích 2.3.4.1. Xác định giá trị pH pH là đại lượng dùng để đánh giá nồng độ H+ và OH- có trong dung dịch. Giá trị pH được xác định bởi máy đo pH để bàn HI 2212 của Hanna. Sau khi tiến hành hiệu chỉnh điện cực pH bằng các dung dịch chuẩn 4,01 ; 6,86 và 9,18. Tiến hành xác định giá trị pH bằng cách nhúng điện cực pH vào dung dịch mẫu đợi giá trị pH trên màn hình hiển thị ổn định. 2.3.4.2. Xác định hiệu quả xử lý màu Nghiên cứu này hàm lượng chất nhuộm màu được xác định bằng phương pháp chắc quang ở bước sóng hấp thụ đặc trưng trên thiết bị UV-VIS Hitachi 2900 (của Nhật Bản), tại bước sóng 465 nm 2.3.4.3. Xác định nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) Trong quá trình ôxi hóa các hợp chất hữu cơ tìm thấy trong mẫu nước, dicromat kali bị khử, tạo ra Cr3+. Khối lượng của Cr3+ được xác định sau khi tiến trình ôxi hóa đã hoàn toàn, và nó được sử dụng như là phép đo hàm lượng hữu cơ của mẫu nước: Chất hữu cơ + Cr2O72-+ 8 H+CO2 + 2 Cr3++ 5 H2O Để mọi chất hữu cơ bị oxy hóa hết thì một lượng kali dicromat (hay bất kỳ tác nhân ôxi hóa nào) phải tồn tại trong dung dịch. Khi quá trình ôxi hóa đã kết thúc, khối lượng kali dicromat dư thừa được xác định bằng cách chuẩn độ bởi dung dịch muối sắt (II) amoni sunfat hexahidrat ([NH4]2.Fe.[SO4]2.6H2O), hay còn gọi là muối Mohr, cho đến khi mọi tác nhân ôxi hóa dư thừa bị khử hết thành Cr3+ theo phương trình phản ứng: 6Fe2++ Cr2O72-+ 14H+6Fe3++ 2 Cr3++ 7 H2O Ngoài ra, Bạc sunfat được dùng để quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ đạt hiệu quả cao. Thủy ngân sunfat loại trừ ảnh hưởng của ion Cl- (do các ion này gây cản trở trong quá trình phản ứng): Cr2O72-+ 6 Cl-+ 14 H+ 2 Cr3++3 Cl2 + 7 H2O). Tiến hành 1. Dùng pipet hút 2ml dung dịch mẫu vào ống phá mẫu COD, 2. Cho thêm 1ml dung dịch Kali dicromat và 3ml dung dịch bạc sunfat đậy nắp và lắc đều, đưa vào bếp phá mẫu COD với thời gian là 2h nhiệt độ làm 150 oC. 3. Sau khi công phá xong tiến hành làm lạnh mẫu xuống nhiệt độ phòng. 4. Chuyển toàn bộ mẫu sang bình tam giác 50 ml, thêm 1-2 giọt chỉ thị ferion. 5. Tiến hành chuẩn độ lượng đicromat dư bằng muối mothr. Cách tính kết quả Nhu cầu oxy hoá học COD, tính bằng miligam oxy trên lit, được tính theo công thức: 𝑋 = 8000 x C x (V2 − V1) Vo Trong đó: C là nồng độ của sắt (II) amoniunfat như đã được tính trong 5.1.4, mol/l; V0: Thể tích của phần mẫu thử trước khi pha loãng (nếu có), ml; V1: Thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng chuẩn độ mẫu trắng, ml; V2: Thể tích của sắt (II) amoni sunfat sử dụng khi chuẩn độ mẫu thử, ml; 8000: Khối lượng mol của ½ O2, mg/l. 2.3.4.4. Phương pháp xác định hàm lượng ôzôn Nguyên tắc: Ôzôn trong dòng khí được bơm hút vào trong dung dịch KI 2%,ôzôn sẽ phản ứng làm giảm nồng độ KI trong dung dịch. Hỗn hợp phản ứng dung dịch sẽ được mang đi chuẩn độ lượng dư KI bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,1M. Cơ chế phản ứng: O3 + 2KI + H2O → I2 + 2KOH + O2 3O3+KI→ KIO3 + 3O2 KIO3 + 5KI + 3H2SO4 → 3K2SO4 + 3I2 + 3H2O I2 + 2Na2S2O3 → Na2S4O6 + 2NaI Cách tiến hành: 1. Ôzôn trong dòng khí sẽ được sục qua 2 bình hấp thụ chứa dung dịch KI 2% trong thời gian 5 phút. 2. Mẫu dung dịch sau phản ứng được điều chỉnh pH= 1-2 bằng dung dịch H2SO4, chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 0.1M 3. Chuẩn độ đến màu vàng nhạt, thêm 2 – 3ml chỉ thị hồ tinh bột 1% và tiếp tục chuẩn cho đến khi dung dịch mất màu. Tính toán kết quả: Trong đó: V1: Thể tích Na2S2O3 dùng để chuẩn độ (ml) V2: Thể tích mẫu dung dịch phản ứng (V2 = 100ml) 0,1: Nồng độ Na2S2O3 dùng để chuẩn độ (M) f: hệ số. f = 0.994 24: Đương lượng gam ôzôn (g/mol) t: Thời gian phản ứng (t = 5 phút) 60: Quy đổi ra giờ. 2.3.4.5. Xác định hàm lượng H2O2 Chuẩn độ dung dịch H2O2 bằng dung dịch KMnO4 Nguyên tắc Phản ứng chuẩn độ trong môi trường acid mạnh: 2MnO4- + 5 H2O2 + 16 H+→ 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O E 0 O2/H2O2 = 0,682 V Đặc điểm : - Phản ứng chậm nên cần pha loảng dung dịch chuẩn độ và lắc mạnh erlen khi chuẩn độ, đặc biệt ở giai đoạn đầu khi dung dịch chưa có hoặc có rất ít Mn2+ (Mn2+ có tính xúc tác dương cho chuẩn độ). - Cần môi trường acid mạnh (dùng H2SO4 loãng) và chuẩn độ thật chậm để hạn chế việc tạo thành MnO2 (là chất xúc tác của quá trình phân hủy H2O2). - Nên làm lạnh dung dịch trước khi chuẩn độ để hạn chế hiện tượng H2O2 bị phân hủy tạo O2. - Định điểm cuối dựa vào sự xuất hiện của màu hồng (bền 2 phút) do dùng thừa KMnO4. Hóa chất - Dung dịch chuẩn KMnO4 0,05N. Dung dịch H2SO4 (1:5). Cách tiến hành 1. Buret: Dung dịch KMnO4 - Erlen: Hút V(ml) dung dịch mẫu H2O2, cho thêm khoảng 50ml nước, thêm tiếp 5 ml dung dịch H2SO4, làm lạnh dung dịch tới nhiệt độ phòng 2. Chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4, màu của dung dịch tại điểm cuối: không màu chuyển hồng nhạt bền 2 phút. Kết quả tính nồng độ mol, nồng độ thể tích và nồng độ khối lượng của dung dịch mẫu H2O2. 𝑋 = (V1 − Vo) x C x 34 V2 Trong đó: C: nồng độ dung dịch kali pemanganat V1, V0: thể tích dung dịch kali pemanganat tiêu tôn để chuẩn mẫu thực và mẫu trắng. 2.4. Phương pháp tiếp cận Phương pháp thu thập thông tin thứ cấp Đây là phương pháp thu thập thông tin có liên quan đến đề tài thông qua sách, báo chí, thông tin đại chúng, qua các cuộc hội thảo chuyên đề của các cơ quan, tổ chức lớn hợp tác và được sự đầu tư của nước ngoài, các quy định của môi trường cho vấn đề đang nghiên cứu. Mục đích của phương pháp: Hệ thống tài liệu, số liệu sẵn có về dây truyền xử lý chất nhuộm màu dệt nhuộm, thành phần các chất có gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, tìm hiểu các công nghệ xử lý đang được áp dụng trong nước và thế giới. Phương pháp so sánh số liệu So sánh hiệu suất xử lý COD và độ màu của dung dịch Reactive Red 24 trước và sau khi xử lý. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Cấu trúc thành phần của xỉ sắt (IS) Thể tích rỗng, diện tích bề mặt và pHpzc của IS lần lượt là 0,0397 cm3/g, 7,99 m2/g và 2,54. Phân tích SEM về hình thái bề mặt của IS trước và sau khi được sử dụng làm chất xúc tác cho các thí nghiệm oxy hóa với ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu RR24 được hiển thị trong (Hình 3.1) Hình 3.1. Ảnh SEM của IS sử dụng làm chất xúc tác cho thí nghiệm Qua (Hình 3.1) cho thấy hình thái