Sử Dụng Đất Sét Làm Xúc Tác Cho Quá Trình Phân Hủy Phẩm Màu Hữu Cơ Trong Nước Thải Dệt Nhuộm

LỜI CẢM ƠN

Sau khi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình, em xin gửi lời cảm ơn

chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô` trƣờng Đại học Lâm Nghiệp,

đặc biệt là các thầy cô ở Trung tâm Phân tích và ứng dụng công nghệ địa không

gian đã tạo điều kiện tốt cho quá trình thực tập của em.

Em cũng xin cám ơn thầy Vũ Huy Định và thầy Đặng Thế Anh đã tận

tình hƣớng dẫn hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn.

Em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của thầy, cô để luận văn của em

đƣợc hoàn thiện hơn.

Em xin kính chúc các thầy cô dồi dào sức khỏe, đạt đƣợc nhiều thành

công trong sự nghiệp cao quý của mình.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 18 tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Đoàn Thanh Hà

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1. Tên khóa luận tốt nghiệp:

“SỬ DỤNG ĐẤT SÉT LÀM XÚC TÁC CHO QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY

PHẨM MÀU HỮU CƠ TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM”

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

Ths. Đặng Thế Anh

3. Sinh viên thực hiện: Đoàn Thanh Hà – K58A – KHMT

4. Mục tiêu nghiên cứu

1. Mục tiêu tổng quát: Tìm kiếm vật liệu thân thiện với môi trƣờng, giá

thành thấp để biến tính thành vật liệu xúc tác cho quá trình Fenton xử lý các hợp

chất hữu cơ có trong nƣớc thải dệt nhuộm.

2. Mục tiêu cụ thể:

- Tìm đƣợc các điều kiện biến tính đất sét thành vật liệu xúc tác.

- Tìm ra điều kiện nhƣ nhiệt độ, pH,… thích hợp cho quá trình Fenton

khi sử dụng hệ xúc tác đất sét biến tính.

- Áp dụng đƣợc quá trình Fenton/đất sét biến tính để xử lý các mẫu phẩm

màu và nƣớc thải dệt nhuộm.

5. Đối tƣợng nghiên cứu

-Đất sét: Đất làm đồ gố tại thôn Bát Tràng, xã Bát Tràng, huyện Gia Lâm,

Hà Nội.

-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 đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác.

-Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu.

-Ứng dụng kỹ thuật Fenton – đất sét biến tính để xử lý các mẫu phẩm

màu và mẫu nƣớc thải dệt nhuộm.

7. Phƣơng pháp nghiên cứu

- Phƣơng pháp biến tính đất sét.

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

- Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu.

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

- Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton/ đất

sét biến tính.

8. Những kết quả đạt đƣợc

Các kết quả chính của khóa luận thu đƣợc nhƣ sau:

- Quy trình biến tính đất sét thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao: 10g

đất sét trộn cùng 1,08g FeCl3 và 20ml nƣớc. khuấy rồi cô cạn, sấy khô, nung 3

giờ với nhiệt độ 500˚C.

- Các đặc trƣng vật liệu nhƣ kích thƣớc, tính chất bề mặt của đất sét sau

khi biến tính đƣợc xác định bằng phƣơng pháp SEM. Kết quả cho thấy thành

phần bề mặt đất sét sau biến tính có cấu trúc đặc khít hơn, ngoài ra, trên bề mặt

cấu trúc đất sét có các khoảng trống lớn do sự hòa tan tạo điều kiện cho các tiểu

phân sắt (III) oxit bám trên bề mặt đất sét hình thành trung tâm xúc tác của hệ

xúc tác.

- Tìm đƣợc các điều kiện thích hợp tiến hành quá trình Fenton, sử dụng

đất sét biến tính xử lý phẩm màu. Các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất khi áp

dụng kỹ thuật Fenton dị thể dùng hệ xúc tác đất sét cho đối tƣợng phẩm màu

RY160 và 4 phẩm màu (DB 199, DR 239, DR 224, AR 23) ở nồng độ 50 ppm

đã đƣợc nghiên cứu. Điều kiện thích hợp: lƣợng đất sét xúc tác 2,5 g/l; thể tích

H2O2 30% 0,1 ml; pH 2; nhiệt độ 40˚C. 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 điều kiện xử lý tƣơng tự của phầm màu

RY 160 cho các phẩm màu DB 199, DR 239, DR 224, AR 23. Kết quả cho thấy

khả năng xử lý các phẩm màu này bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu đất sét

biến tính cho kết quả tốt.

-Đánh giá đƣợc khả năng xử lý COD khi áp dụng quá trình Fenton/đất sét

biến tính: COD của mẫu dung dịch phẩm nhuộm là tƣơng đối tốt, tất cả các mẫu

đều nằm trong giới hạn cho phép so với quy chuẩn. Đối với mẫu nƣớc thải dệt

nhuộm hiệu suất xử lý chƣa đạt nhƣ mong muốn (14,286% - 29,167%). Cần

tăng thời gian phản ứng, cũng nhƣ lƣợng chất oxy hóa.

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

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

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................... 3

1.1. Phẩm màu hữu cơ khó phân hủy................................................................... 3

1.1.1. Phẩm nhuộm (thƣờng gọi: thuốc nhuộm) .................................................. 3

1.1.2. Phân loại phẩm nhuộm................................................................................ 3

1.1.3.Một số loại phẩm nhuộm tiêu biểu .............................................................. 6

1.2.Nƣớc thải dệt nhuộm chứa phẩm màu hữu cơ khó phân hủy ........................ 8

1.2.1.Thành phần và tính chất trong nƣớc thải dệt nhuộm .................................. 8

1.2.2.Ảnh hƣởng của nƣớc thải dệt nhuộm ........................................................ 10

1.3.Tổng quan các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm trong nƣớc thải dệt

nhuộm ................................................................................................................ 12

1.3.1.Phƣơng pháp hấp phụ ................................................................................ 12

1.3.2.Phƣơng pháp oxi hóa ................................................................................. 13

1.3.3. Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao ................................................................ 13

1.4.Tổng quan về vật liệu nghiên cứu: đất sét.................................................... 14

1.4.1.Nguồn gốc đất sét ...................................................................................... 14

1.4.2. Đặc tính của đất sét .................................................................................. 15

1.4.3. Ứng dụng của đất sét ................................................................................ 17

1.5. Các yếu tố ảnh hƣởng .................................................................................. 18

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

NGHIÊN CỨU ................................................................................................... 20

2.1. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................... 20

2.2. Đối tƣợng nghiên cứu .................................................................................. 20

2.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 22

2.4. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ ....................................................................... 22

2.4.1. Hóa chất..................................................................................................... 22

2.4.2. Thiết bị ..................................................................................................... 23

2.4.3. Dụng cụ .................................................................................................... 23

2.5. Các phƣơng pháp phân tích ......................................................................... 24

2.5.1. Phƣơng pháp biến tính đất sét.................................................................. 24

2.5.2. Phƣơng pháp xác định đặc điểm bề mặt vật liệu (SEM) ......................... 24

2.5.3. Phƣơng pháp UV-vis xác định nồng độ phẩm màu ................................. 25

2.5.4. Phƣơng pháp xác định nhu cầu oxi hóa học COD ................................... 27

2.5.5. Phƣơng pháp khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình Fenton/ đất sét

biến tính .............................................................................................................. 28

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 30

3.1. Xây dựng đƣờng chuẩn và xác định nồng độ phẩm màu ............................ 30

3.2. Nghiên cứu biến tính đất sét thành vật liệu có khả năng xúc tác ................ 31

3.2.1. Quy trình biến tính đất sét ........................................................................ 31

3.2.2. Ảnh hƣởng của lƣợng Fe(III) ................................................................... 31

3.2.3. Đặc tính của đất sét biến tính ................................................................... 32

3.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất xử lý phẩm màu ............. 34

3.3.1. Ảnh hƣởng của nồng độ chất oxy hóa ..................................................... 34

3.3.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng vật liệu đất sét biến tính ............................... 35

3.3.3. Ảnh hƣởng của pH ................................................................................... 36

3.3.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ tiến hành phản ứng ........................................... 37

3.3.5. Ảnh hƣởng của ion cản ............................................................................ 38

3.3.6. Ảnh hƣởng của tái sử dụng xúc tác Đất sét-Fe(III) ................................. 39

3.3.7. Ảnh hƣởng của các phẩm màu khác……………………………………..41

3.4. Ứng dụng kỹ thuật Fenton –đất sét biến tính trong xử lý mẫu phẩm màu và

mẫu nƣớc thải dệt nhuộm ................................................................................... 41

3.4.1. Mẫu phẩm màu ......................................................................................... 41

3.4.2. Mẫu nƣớc thải dệt nhuộm ........................................................................ 42

KẾT LUẬN ........................................................................................................ 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC