Sử Dụng Bùn Đỏ Biến Tính Và Tia Uv Làm Xúc Tác Cho Quá Trình Phân Hủy Phẩm Màu Hữu Cơ

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô

của trƣờng Đại học Lâm Nghiệp, khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trƣờng, đặc

biệt là các thầy cô Trung tâm phân tích môi trƣờng của trƣờng đã tạo điều kiện cho

em thực hiện khóa luận này.

Em cũng xin chân thành cám ơn TS. Vũ Huy Định và Ths. Đặng Thế Anh

đã nhiệt tình hƣớng dẫn em hoàn thành tốt bài khóa luận. Trong quá trình học

tập và hoàn thành khóa luận, cũng nhƣ là trong quá trình làm bài báo cáo khóa

luận, khó tránh khỏi sai sót.

Em rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy, cô để bài khóa luận của em

đƣợc hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Vũ Thùy Dƣơng

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1. Tên khóa luận tốt nghiệp:

“SỬ DỤNG BÙN ĐỎ BIẾN TÍNH VÀ TIA UV LÀM XÚC TÁC CHO

QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY PHẨM MÀU HỮU CƠ”

2. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Vũ Huy Định

Ths. Đặng Thế Anh

3. Sinh viên thực hiện: Vũ Thùy Dƣơng

4. Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu tổng quan: Góp phần tìm kiếm vật liệu có khả năng xúc tác cho

quá trình oxi hóa nâng cao xử lý nƣớc thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

- Mục tiêu cụ thể:

+ Biến tính bùn đỏ thành sản phẩm có khả năng xúc tác.

+ Tìm ra điều kiện thích hợp áp dụng quá trình Fenton sử dụng bùn đỏ

biến tính để xử lý các phẩm màu.

+ Áp dụng các điều kiện của quá trình Fenton và bùn đỏ biến tính xử lý

nƣớc thải dệt nhuộm.

5. Đối tƣợng nghiên cứu

- Bùn đỏ: Sản phẩm thải của quá trình sản xuất nhôm tại nhà máy

Aluminum Tân Rai – Bảo Lâm – Lâm Đồng.

- Phẩm màu: Đƣợc cung cấp bởi công ty TNHH Thƣơng Mại Tân Hồng

Phát – số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội.

6. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu biến tính bùn đỏ thành vật liệu có khả năng xúc tác.

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton và bùn đỏ biến

tính nhƣ: pH, H2O2, xúc tác, thời gian tia UV, ion cản,…..

- Nghiên cứu áp dụng điều kiện của quá trình Fenton và bùn đỏ biến tính

cho dung dịch mẫu phẩm và mẫu nƣớc thải.

7. Phƣơng pháp nghiên cứu

-Phƣơng pháp biến tính bùn đỏ

-Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM)

-Phƣơng pháp theo dõi nồng độ các chất màu (trắc quang UV – vis)

-Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học (COD)

-Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton và bùn

đỏ biến tính

8. Những kết quả đạt đƣợc

Từ quá trình nghiên cứu, khóa luận đã đạt đƣợc những kết quả sau:

-Đƣa ra đƣợc quy trình biến tính bùn đỏ: Bùn đỏ sau khi đƣợc biến tính

thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao. Điều kiện phù hợp để biến tính bùn đỏ

thành hệ xúc tác xúc tác là: 0,75g Fe2(SO4)3/5g bùn đỏ, nung ở nhiệt độ 500oC

trong 3 giờ.

-Đặc trƣng vật liệu, tính chất bề mặt của bùn đỏ trƣớc và sau xúc tác đƣợc

xác định bằng phƣơng pháp SEM. Kết quả cho thấy bề mặt bùn đỏ sau biến tính

có cấu trúc đặc khít hơn, ngoài ra trên bề mặt cấu trúc bùn đỏ có các khoảng

trống lớn do sự hòa tan tạo điều kiện cho các tiểu phân sắt (III) oxit bám trên bề

mặt bùn đỏ hình thành trung tâm xúc tác của hệ xúc tác.

-Tìm đƣợc điều kiện tiến hành kỹ thuật Fenton sử dụng bùn đỏ kết hợp

với tia UV, xử lý phẩm màu, nƣớc thải dệt nhuộm: Các yếu tố ảnh hƣởng đến

hiệu suất khi áp dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác bùn đỏ cho đối

tƣợng phẩm màu RY160, DB199, DR 239, DR 224, AR 23 ở nồng độ 50 ppm

đã đƣợc nghiên cứu. Điều kiện thích hợp: lƣợng bùn đỏ xúc tác 0,5 g/l; thể tích

H2O2 30% 0,05 ml; pH 2; tốc độ khuấy 120 vòng/phút. Hệ xúc tác có khả năng

tái sử dụng nhiều lần, tuy nhiên hiệu suất xử lý phẩm màu có xu hƣớng giảm khi

tái sử dụng.

-Đánh giá đƣợc khả năng áp dụng kỹ thuật Fenton xử lý bùn đỏ biến tính

và tia UV cho đối tƣợng nƣớc thải dệt nhuộm, phẩm màu, kết quả xử lý COD

của các mẫu phẩm cho hiệu suất xử lý cao. So sánh với QCVN

13:2015/BTNMT, kết quả sau khi xử lý COD của các mẫu đều nằm trong giới

hạn cho phép của quy chuẩn. Còn COD của mẫu nƣớc thải có hiệu suất xử lý

cũng tƣơng đối cao, tuy nhiên COD chƣa đạt quy chuẩn cho phép.

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU.............................................................................................................. 1

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.......................................... 2

1.1. Sơ lƣợc về phẩm nhuộm................................................................................ 2

1.2. Ảnh hƣởng của nƣớc thải dệt nhuộm............................................................ 6

1.3. Tổng quan về vật liệu nghiên cứu ................................................................. 7

1.3.1. Nguồn phát sinh ......................................................................................... 7

1.3.2. Đặc tính bùn đỏ .......................................................................................... 8

1.3.3. Các hƣớng xử lý môi trƣờng sử dụng bùn đỏ ............................................ 9

1.4. Các công thức của phẩm màu ..................................................................... 13

1.5. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ............................................................... 15

1.5.1. Phƣơng pháp hấp phụ............................................................................... 15

1.5.2. Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao ................................................................ 16

1.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton ............................................... 18

1.7. Phản ứng Fenton kết hợp với tia UV .......................................................... 19

1.7.1. Tia UV...................................................................................................... 19

1.7.2. Phản ứng Fenton kết hợp với tia UV ....................................................... 20

1.8. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài ........................................................... 21

Chƣơng 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU................................................................................................... 23

2.1. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 23

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu.................................................................................. 23

2.3. Nội dung nghiên cứu................................................................................... 23

2.4. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ....................................................................... 23

2.4.1. Hóa chất.................................................................................................... 23

2.4.2. Thiết bị ..................................................................................................... 25

2.4.3. Dụng cụ .................................................................................................... 25

2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................. 26

2.5.1. Phƣơng pháp biến tính vật liệu ................................................................ 26

2.5.2. Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) ......................... 26

2.5.3. Phƣơng pháp theo dõi nồng độ các chất màu (trắc quang UV – vis) ...... 26

2.5.4. Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD................................... 28

2.5.5. Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton bùn đỏ

biến tính và tia UV ............................................................................................. 30

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 32

3.1. Nghiên cứu biến tính bùn đỏ....................................................................... 32

3.1.1. Điều kiện biến tính ................................................................................... 32

3.1.2. Đặc điểm bề mặt của bùn đỏ biến tính..................................................... 32

3.2. Xác định bƣớc sóng hấp thụ đặc trƣng và xây dựng đƣờng chuẩn............. 34

3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton bùn đỏ biến tính .. 38

3.3.1. Ảnh hƣởng của hydropeoxit..................................................................... 39

3.3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng xúc tác .......................................................... 40

3.3.3. Ảnh hƣởng của pH ................................................................................... 41

3.3.4. Ảnh hƣởng của thay đổi thời gian tia UV................................................ 42

3.3.5. Ảnh hƣởng của ion cản ............................................................................ 42

3.3.6. Tái sử dụng xúc tác Red Mud-Fe(III)...................................................... 46

3.3.7. Hiệu suất xử lý các phẩm màu thông dụng.............................................. 47

3.4. Khảo sát khả năng áp dụng điều kiện của quá trình Fenton bùn đỏ biến tính

cho dung dịch mẫu phẩm và mẫu nƣớc thải....................................................... 47

3.4.1. Hiệu suất xử lý COD của mẫu phẩm ...................................................... 47

3.4.2. Hiệu suất xử lý COD nƣớc thải dệt nhuộm của làng nghề Vạn Phúc...... 49

KẾT LUẬN........................................................................................................ 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất cần thiết cho nghiên cứu .......................................24

Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị cần thiết cho nghiên cứu ..........................................25

Bảng 2.3. Danh mục các dụng cụ cần thiết cho nghiên cứu ........................................25

Bảng 3.1. Bƣớc sóng hấp thụ cực đại của các phẩm màu ...........................................34

Bảng 3.2. Đƣờng chuẩn nồng độ và độ hấp thụ quang của các phẩm màu ...............35

Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD của mẫu phẩm ...........................................................48

Bảng 3.4. Kết quả đo COD của mẫu nƣớc thải ............................................................49