ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC   ĐẶNG THỊ HỒNG NHUNG NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG FENTON DỊ THỂ VỚIXÚC TÁCTRO BAY BIẾN TÍNH ỨNG DỤNG XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠKHÓ PHÂN HỦY VÀ ĐỘC HẠI Khóa luận tốt nghiệp hệ đại học quy Ngành Công nghệ Hóa học Cán hƣớng dẫn: ThS Đào Sỹ Đức PGS TS Đỗ Quang Trung Hà Nội – 2013 LỜI CẢM ƠN Khóa luận đƣợc thực hoàn thành Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trƣờng Bộ môn Công nghệ Hóa học; khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới Ths Đào Sỹ Đức PGS.TS Đỗ Quang Trung giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ em trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn thầy cô, anh chị bạn Phòng Thí nghiệm Hóa Môi trƣờng Bộ môn Công nghệ Hóa; khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 04 Tháng 06 Năm 2013 Sinh viên Đặng Thị Hồng Nhung MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG TỔNG QUAN .2 1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Việt Nam 1.1.1 Tình hình ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm .7 1.1.2 Tình hình ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật .9 1.2 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc 11 1.2.1 Phƣơng pháp xử lý hóa lý hóa học 11 1.2.2 Phƣơng pháp xử lý sinh học 17 1.3 Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý nƣớc thải dệt nhuộm thuốc trừ sâu 20 1.3.1 Phản ứng Fenton 20 1.3.2 Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý nƣớc thải dệt nhuộm .31 1.3.3 Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý thuốc bảo vệ thực vật 32 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 34 2.1 Mục tiêu đối tƣợng nghiên cứu .34 2.2 Hóa chất dụng cụ 34 2.2.1 Hóa chất 34 2.2.2 Dụng cụ thiết bị 35 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .35 2.3.1 Phƣơng pháp thực nghiệm 35 2.3.2 Phƣơng pháp phân tích 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Nghiên cứu phản ứng Fenton xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 38 3.1.1 Xác định bƣớc sóng đặc trƣng phẩm Reactive Blue 182 .38 3.1.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng muối sắt(III) 39 3.1.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 .41 3.1.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác 42 3.1.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác 44 3.1.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH .46 3.2 Nghiên cứu phản ứng Fenton xử lý thuốc bảo vệ thực vật 47 3.2.1 Xác định bƣớc sóng đặc trƣng Điazinon 47 3.2.2 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng muối sắt (III) 49 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác 51 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác 53 3.2.5 Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 .54 3.2.6 Nghiên cứu ảnh hƣởng pH .56 3.2.7 Kết phân tích sắc ký khí 57 3.3 Kết nghiên cứu đặc tính vật liệu tro bay 59 3.3.1 Các đối tƣợng ghi phổ 59 3.3.2 Kết phổ EDX 59 3.3.3 Kết phổ FTIR 60 3.3.4 Kết ảnh SEM 61 KẾT LUẬN .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thế oxy hóa số cặp oxy hóa/ khử ảng 1.2 Khả n ng ox hóa số tác nhân ox hóa ảng 1.3 Khả n ng ox hóa số tác nhân ox hóa ảng 1.4 Các trình oxi hóa nâng cao hông nhờ tác nhân ánh sáng ảng 1.5 Các trình oxi hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng Bảng 2.1 Các thiết bị dụng cụ sử dụng trình nghiên cứu Bảng 3.1 Kết hiệu suất xử lý màu mẫu 110 phút Bảng 3.2 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 Bảng 3.3 Kết khảo sát thời gian nung xúc tác Bảng 3.4 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác Bảng 3.5 Kết nghiên cứu ảnh hƣởng pH Bảng 3.6 Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng muối sắt đến hiệu xử lý Bảng 3.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác đến hiệu trình xử lý Bảng 3.8 Kết khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác Bảng 3.9 Kết khảo sát ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 Bảng 3.10 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH Bảng 3.11 Kết phân tích định lƣợng hàm lƣợng Điazinon lại sau xử lý Bảng 3.12 Các đối tƣợng nghiên cứu đặc tính tro bay Bảng 3.13.Kết phân tích EDX mẫu NDT1 Bảng 3.14 Kết phân tích EDX mẫu NDT2 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo hạt keo Hình 1.2 Sự tha đổi ξ theo hoảng cách từ bề mặt hạt keo Hình 3.1 Phổ UV-Vis phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ phẩm Reactive Blue 182 Hình 3.2 Đồ thị phụ thuộc giá trị hấp thụ quang Abs vào nồng độ phẩm Hình 3.3 Ảnh hƣởng hàm lƣợng Fe (III) đến hiệu xử lý Hình 3.4 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 với hệ phản ứng Fenton Hình 3.5 Ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác đến hoạt tính xúc tác Hình 3.6 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung đến hoạt tính xúc tác Hình 3.7 Ảnh hƣởng môi trƣờng phản ứng ( pH ) đến hiệu xử lý màu Hình 3.8 Phổ tử ngoại dung dịch Điazinon 20 ppm giá trị pH khác Hình 3.9 Đƣờng chuẩn phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs vào nồng độ Điazinon pH =10 Hình 3.10 Ảnh hƣởng hàm lƣợng muối sắt đến hiệu xử lý Hình 3.11 Ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác đến hiệu xử lý Hình 3.12 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể Hình 3.13 Ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể Hình 3.14 Ảnh hƣởng môi trƣờng phản ứng ( pH ) đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể Hình 3.15 Kết phân tích sắc ký khí dung dịch Điazinon 20 ppm sau xử lý hệ phản ứng Fenton dị thể Hình 3.16 Phổ hồng ngoại IR mẫu NDT2 NDT4 Hình 3.17 Ảnh SEM vật liệu tro ba trƣớc biến tính độ phóng đại khác Hình 3.18 Ảnh SEM vật liệu tro ba biến tính với FeCl3.6H2O DANH MỤC VIẾT TẮT COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học AOPs Advanced Oxidation Processes Các trình oxi hoá tăng cƣờng BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa TOC Total Organic Carbon measurements Tổng cacbon hữu DO Dissolved Oxyen Lƣợng oxy hoà tan nƣớc AOX Adsorbable Organic Halogen Halogen hữu TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Nƣớc khởi nguồn sống trái đất, đồng thời nguồn để trì sống tiếp tục tồn nơi đâ Sinh vật hông có nƣớc sống ngƣời thiếu nƣớc không tồn Nƣớc tham gia vào trình vận động ngƣời từ sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ trình sản xuất dịch vụ, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày trở nên trầm trọng Hàng n m, ngƣời thải vào môi trƣờng hàng triệu chất thải, phần nhiều số chất có độc tính cao, làm môi trƣờng sống bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hƣởng xấu đến cảnh quan sức khỏe ngƣời Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc vấn đề thời sự, đáng quan tâm, giải toàn nhân loại, đặc biệt quốc gia phát triển, có Việt Nam Trƣớc vấn nạn ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng hóa chất công nghiệp nhƣ ngành dệt nhuộm, ngành sản xuất thuốc bảo vệ thực vật cần thiết phải có giải pháp cụ thể cho thực trạng ô nhiễm môi trƣờng Các chất thải từ ngành độc hại khó bị phân hủ điều kiện bình thƣờng cần có phƣơng pháp hiệu để xử lý triệt để Đề tài “ Nghiên cứu phản ứng Fenton dị thể với xúc tác tro tính ứng dụng xử lý hợp chất hữu khó phân hủy độc hại” tiến hành nghiên cứu ứng dụng nguồn thải nhà máy nhiệt điện tro bay qua trình biến tính để phân hủy hợp chất bền độc hại Đâ hƣớng nghiên cứu nhằm tận dụng nguồn thải từ nhà máy nhiệt điện trình xử lý ô nhiễm môi trƣờng hóa chất độc hại gây Đặng Thị Hồng Nhung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc Việt Nam Nƣớc nguồn tài nguyên quan trọng, đƣợc sử dụng hầu hết hoạt động công, nông vàngƣ nghiệp nhƣ sinh hoạt khu vực dân cƣ.Ở Việt Nam tồn tạihệ thống sông ngòi dà đặc với 2.372 sông với chiều dài 10 m, có 109 sông 26 phân lƣu sông lớn Trong số đó,9 sông (sông Hồng, sông Thái Bình, sông Bằng Giang – Kỳ Cùng, sông Mã, sông Cả, sông Vu Gia – Thu Bồn, sông Đồng Nai sông Cửu Long) nhánh sông (sông Đà, sông Lô, sông Sê-San, sông Sre-Pok) có diện tích lƣu vực lớn 10.000 m2 Mặc dùhệ thốngnƣớc tự nhiênở Việt Nam phong phú,chất lƣợng môi trƣờng phần lớn số lạiđang bị ô nhiễm nghiêm hoạt độngngƣời dân nơi mànguyên nhân chủ yếu nƣớc thải sở sản xuất, kinh doanh, khu công nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt chƣa qua xử lý thải trực tiếp dòng sông Theo thời gian, chất lƣợng nƣớc sông nà su giảm mạnh với nhiều tiêu quan trọng nhƣ số BOD, COD DO nhƣ hàm lƣợngnitrat vàphosphatđều vƣợt mức tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Một số thông số mức độ ô nhiễm số song lớn đƣợc liệt kê bảng 1.1 Qua kết điều tra, phân tích đánh giá Cục Quản lý Tài nguyên Nƣớc,có 5/16 lƣu vực sông nƣớc ta xếp vào loại (bị ô nhiễm nghiêm trọng, có màu đỏ); n m lƣu vực sông loại có màu xanh; lại trung bình có màu trắng Điều quan trọng chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông bị suy thoái trở nên nghiêm trọng số điểm Các lƣu vực sông bị ô nhiễm nghiêm trọng xếp theo thứ tự lƣu vực đồng sông Cửu Long, sông Hồng- sông Thái ình, sông Đồng Nai, sông Vu GiaThu Bồn lƣu vực sông Cả Các lƣu vực sông bị ô nhiễm nghiêm trọng, có nhiều điểm nóng sông Đồng Nai-Thị Vải, sông Trà Khúc, sông Hồng (có sông Cầu, sông Nhuệ- sông Đá ) Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nƣớc đô thị đƣợc biểu hiển rõ Đặc biệt Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh Hầu hết hai thành phố nà chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải tập trung mà trực tiếp xả nguồn tiếp nhận sông, hồ, ênh… Mặt khác, nhiều sở sản xuất không xử lý nƣớc thải, số bệnh viện sở y tế chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải; thêm vào lƣợng rác thải rắn lớn thành phố, hu đô thị không thu gom hết đƣợc… nguồn quan trọng gây ô nhiễm nƣớc Hiện nay, mức độ ô nhiễm kênh, sông, hồở Đặng Thị Hồng Nhung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp thành phố lớn nặng Không Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà đô thị hác nhƣ Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dƣơng… nƣớc thải sinh hoạt hông đƣợc xử lý, độ ô nhiễm nguồn nƣớc nơi tiếp nhận nƣớc thải vƣợt tiểu chuẩn cho phép (TCCP), thông số chất lơ lửng (SS), BOD, COD, ox hoà tan (DO) vƣợt từ 5-10 lần, chí có nơi vƣợt 20 lần TCCP Bảng 1.1 Mức độ ô nhiễm nước số sông lớn Việt Nam(nguồn báo cáo trạng môi trường 2005 – phần tổng quan, chương 3) Sông DO (mg/l) S Đồng Nai (đoạn từ hồ Trị An – BOD5 (mg/l) 4–8 đến hợp lƣu S Sài Gòn) S Sài Gòn 1,5 – 5,5 S Cầu (đoạn nhà máy giấy 0,4 – 1,5 Hoàng V n Thụ đến cầu Gia 10 – 30 >1000 Bảy) S Đá 4,5 – 6,5 5–6 Về tình trạng ô nhiễm nƣớc nông thôn khu vực sản xuất nông nghiệp, Việt Nam có gần 70,4% dân số sinh sống nông thôn nơi sở hạ tầng lạc hậu, phần lớn chất thải ngƣời gia súc hông đƣợc xử lý nên thấm xuống đất bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nƣớc mặt hữu vi sinh vật ngày cao (theo kết tổng điều tra dân số n m 2009) Trong sản xuất nông nghiệp, lạm dụng loại thuốc bảo vệ thực vật, nguồn nƣớc sông, hồ, ênh, mƣơng bị ô nhiễm, ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng nƣớc sức khoẻ ngƣời dân Sử dụng nƣớc cho mục đích sản xuất nông nghiệp đòi hỏi lƣợng nƣớc ngà t ng ngu ên nhân thâm canh, t ng vụ Trong nuôi trồng thủy sản, nuôi trồng ạt, thiếu quy hoạch, không tuân theo quy trình kỹ thuật nên gâ nhiều tác động tiêu cực tới môi trƣờng nƣớc Cùng với việc sử dụng nhiều hông cách, loại hoá chất nuôi trồng thuỷ sản, thức n dƣ lắng xuống đá ao, hồ, lòng sông làm cho môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm chất hữu cơ, làm phát triển số loài sinh vật gây bệnh xuất số tảo độc; chí có dấu hiệu xuất thuỷ triều đỏ số vùng ven biển Việt Nam Đặng Thị Hồng Nhung Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 90.00 80.00 70.00 60.00 Hiệu suất (%) 0.0175 mol 50.00 0.01 mol 40.00 0.015 mol 0.02 mol 30.00 0.025 mol 20.00 10.00 0.00 Thời gian( giờ) 10 12 Hình 3.10.Ảnh hưởng hàm lượng muối sắt đến hiệu xử lý Khi hàm lƣợng sắt t ng từ 0.01 mol đến 0.02 mol số lƣợng gốc tự OH sinh t ng theo, tu nhiên hi đến 0.02 mol hàm lƣợng muối sắt t ng hiệu xử lý hông t ng mà giảm Nguyên nhân gốc tự bị tiêu thụ theo phản ứng sau: • II-Fe(III) + HO2• + H2O → Fe(II) + O2+ H3O+ Nhƣ vậ , hàm lƣợng muối sắt tối ƣu cho trình Fenton dị thể 0.02 mol tƣơng ứng với 5.406 gam muối sắt (III) clorua dùng để biến tính 10 gam tro bay 3.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian nung xúc tác Hệ phản ứng Fenton sử dụng xúc tác dị thể tro tính muối sắt(III) clorua Do đó, ếu tố nhƣ thời gian nung, nhiệt độ nung xúc tác ảnh hƣởng trực tiếp tới hoạt tính xúc tác Thông qua đó, hiệu oxi hóa tha đổi tùy thuộc vào xúc tác phản ứng Nên cần thiết phải nghiên cứu điều kiên ảnh hƣởng đến hoạt tính xúc tác Chúng tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian nung xúc tác Chúng tiến hành cố định điều kiện hệ phản ứng pH, hàm lƣợng H2O2, hàm lƣợng muối sắt dùng biến tính tro bay, khối lƣợng tro ba biến tính, nồng độ thể tích dung dịch cần xử lý Tiến hành biến tính xúc tác 2h; 3h; 4h; 5h Đặng Thị Hồng Nhung 51 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Kết nghiên cứu đƣợc thể dƣới hình 3.11và bảng 3.7 Bảng 3.7.Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian nung xúc tác đến hiệu trình xử lý Thời gian xử lý giờ giờ 0.5 5.19 52.04 2.59 0.86 7.35 61.88 9.94 9.08 13.40 65.40 13.40 27.23 17.29 74.19 23.34 35.44 35.87 73.84 36.30 46.67 41.49 76.30 50.13 =57.91 10 54.02 75.60 57.91 63.53 Kết thu đƣợc từ hình 3.11 cho thấy thời gian nung xúc tác có ảnh hƣởng tới hoạt tính xúc tác Do vậy, hiệu xử lý trình bị tha đổi theo 90 80 70 Hiệu suất (%) 60 50 5h 40 4h 3h 30 2h 20 10 0 10 12 Thời gian( giờ) Hình 3.11.Ảnh hưởng thời gian nung xúc tác đến hiệu xử lý Đặng Thị Hồng Nhung 52 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Từ hình 3.11 nhận xét mẫu xúc tác đƣợc nung thời gian , cho hiệu xử lý Mẫu xúc tác đƣợc nung cho hiệu suất xử lý cao Do đó, thời gian nung mẫu cần thiết giờ.Bên cạnh đó, nhiệt độ nung xúc tác nhân tố ảnh hƣởng trực tiếp đến hoạt tính xúc tác Do đó, tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác đến hoạt tính xúc tác nhƣ hiệu xử lý 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác Nhiệt độ nung có ảnh hƣởng trực tiếp đến hoạt tính xúc tác nhƣ hiệu xử lý trình Fenton dị thể Để tiến hành nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ nung xúc tác tiến hành biến tính mẫu xúc tác sử dụng 5.406 gam muối sắt (III) clorua biến tính 10 gam tro bay Các mẫu xúc tác đƣợc nung nhiệt độ 200oC, 300oC, 400oC 500oC Sau đó, hảo sát hoạt tính mẫu xúc tác với 250 mL dung dịch Điazinon có nồng độ 20ppm, môi trƣờng phản ứng có pH =3 hàm lƣợng H2O2 sử dụng 0.1mL Kết thực nghiệm đƣợc thể qua hình 3.12 bảng 3.8 Bảng 3.8.Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác Thời gian 500oC 400oC 300oC 200oC 0.5 5.25 52.04 15.13 7.78 15.99 61.88 30.68 24.63 22.87 65.40 44.51 40.19 42.22 74.19 66.12 60.93 52.97 73.84 66.12 60.93 62.85 76.30 68.71 65.69 10 66.29 78.76 72.60 71.31 Kết thực nghiệm nhiệt độ nung xúc tác ảnh hƣởng lớn đến hoạt tính xúc tác, qua tha đổi hiệu xử lý trình Fenton dị thể Từ hình 3.12 thấy nhiệt độ nung t ng từ 200oC đến 400oC hiệu xử lý t ng lên rõ rệt Tuy nhiên, mẫu xúc tác đƣợc nung 500oC cho hiệu xử lý ém mẫu xúc tác nung 400oC Mẫu xúc tác nung 400oC cho hiệu xử lý cao Đặng Thị Hồng Nhung 53 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 90 80 70 Hiệu suất (%) 60 50 500 40 400 300 30 200 20 10 0 10 12 Thời gian( giờ) Hình 3.12.Ảnh hưởng nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể 3.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng H2O2 Hydroperoxit yếu tố hông xét đến Nghiên cứu ảnh hƣởng hàm lƣợng H2O2 tiến hành với 250mL dung dịch Điazinon có nồng độ 20ppm, môi trƣờng phản ứng với pH=3.00 xúc tác sử dụng mẫu xúc tác đƣợc biến tính 5.406 gam muối sắt (III) clorua Hàm lƣợng H2O2 đƣợc khảo sát lần lƣợt 0.05; 0.1; 0.15;0.2; 0.25; 0.3 mL dùng cho 250mL dung dịch Điazinon cần xử lý Kết thực nghiệm đƣợc thể dƣới hình 3.13 bảng 3.9 Từ hình 3.13 thấ đƣợc hiệu xử lý phụ thuộc vào tha đổi hàm lƣợng H2O2 Hiệu suất xử lý t ng dần hi t ng hàm lƣợng H2O2 từ 0.05 mL đến 0.15 mL nhƣng hi hàm lƣợng H2O2 t ng đến 0.2 mL hiệu xử lý hông t ng mà giảm Đặng Thị Hồng Nhung 54 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.9.Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng H2O2 Thời gian xử lý 0.05 mL 0.1 mL 0.15 mL 0.2 mL 0.25 mL 0.3 mL 0.5 26.65 50.52 45.05 50.12 44.15 22.28 45.05 56.09 53.30 56.09 48.53 28.64 58.56 61.26 62.69 61.26 50.91 36.60 62.69 66.43 68.32 62.45 54.49 56.48 66.44 68.42 72.07 64.84 64.44 63.44 69.44 72.39 77.70 68.42 68.42 67.22 10 73.95 76.37 79.20 70.41 72.79 70.41 Hiện tƣợng t ng hiệu suất xử lý hi t ng hàm lƣợng H2O2 từ 0.05 mL đến 0.015 mL đƣợc giải thích nhƣ sau: Theo phƣơng trình (1) hi t ng hàm lƣợng H2O2 số lƣợng gốc tự OH• t ng theo 90 80 Hiệu quả(%) 70 0.05 mL 60 0.1 mL 50 0.15 mL 40 0.2 mL 30 0.25 mL 20 0.3 mL 10 0 Đặng Thị Hồng Nhung Thời gian(giờ) 10 12 55 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.13.Ảnh hưởng hàm lượng H2O2 đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể Bên cạnh phản ứng gốc tự với hợp chất hữu chính, gốc tự phản ứng lại với Fe(II) H2O2 với tốc độ phản ứng ém tốc độ phản ứng với hợp hữu Tu nhiên, hi lƣợng H2O2 t ng cao, lƣợng gốc tự sinh lớn quay lại phản ứng với Fe(II) H2O2 theo phản ứng (3), (4) làm giảm số lƣợng gốc tự tiêu tốn số lƣợng đáng kể Fe(II) phân tử H2O2 hai phản ứng Gốc tự bị dẫn đến lƣợng chất hữu bị oxy hóa gốc tự giảm Đó lý hiệu suất xử lý giảm hi hàm lƣợng H2O2 t ng từ 0.15 mL đến 0.3 mL Từ kết thu đƣợc hình 3.13 sử dụng 0.15 mL H2O2 ta thu đƣợc hiệu xử lý cao đạt 77.7% sau xử lý đạt 79.2% sau 10 xử lý Nhƣ vậ , tu t ng thêm xử lý nhƣng hiệu xử lý t ng hông đáng ể Do đó, 0.15 mL dung dịch H2O2 30% cho 250 mL dung dịch Điazinon nồng độ 20ppm xử lý đƣợc 77.7% 3.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng pH Môi trƣờng phản ứng hay gọi pH phản ứng nhân tố cuối nhƣng ảnh hƣởng không nhỏ tới hiệu trình xử lý Fenton dị thể Chúng tiến hành khảo sát ảnh hƣởng pH với 250 mL dung dịch Điazinon nồng độ 20ppm, điều kiện cố định điều kiện hàm lƣợng H2O2 sử dụng 0.15 mL hàm lƣợng muối sắt(III) đƣợc sử dụng 0.02 mol tƣơng ứng với 5.406 gam muối sắt (III) clorua dùng để biến tính 10 gam tro bay Các kết thực nghiệm thu đƣợc thể dƣới hình 3.14 bảng 3.10 Bảng 3.10.Kết khảo sát ảnh hưởng pH Thời gian xử lý 0.5 10 pH = 4.00 pH = 3.50 pH = 3.00 pH = 2.50 pH = 2.00 36.12 45.86 52.76 64.94 66.96 66.96 67.78 39.77 53.17 66.15 68.18 71.43 73.86 74.68 35.31 49.92 66.56 68.18 71.02 77.52 77.52 31.66 45.05 57.22 66.15 68.59 69.81 71.83 22.32 36.53 50.73 61.69 63.72 64.94 67.78 Đặng Thị Hồng Nhung 56 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Từ kết thu đƣợc hình 3.14, môi trƣờng pH thấp cụ thể pH 2; 2.5 cho hiệu xử lý ém so với môi trƣờng pH 3.5 Khi pH t ng lên cao hiệu xử lý hông t ng mà giảm Tại pH = pH = 3.5 cho hiệu xử lý cao chênh lệch hông nhiều Tại pH= hiệu xử lý đạt đƣợc 77.5% sau xử lý pH= 3.5 hiệu xử lý đạt đƣợc 73.9% sau xử lý 90 80 Hiệu (%) 70 60 pH=3.5 50 pH=4 pH=3 40 pH=2.5 30 pH=2 20 10 0 Thời gian(giờ) 10 12 Hình 3.14.Ảnh hưởng môi trường phản ứng(pH) đến hiệu xử lý trình Fenton dị thể Nhƣ vậy, hiệu xử lý hai giá trị pH 3.5 chênh lệch không nhiều với việc hiệu chỉnh pH môi trƣờng dễ dàng tiêu tốn hóa chất Do đó, môi trƣờng pH =3 môi trƣờng tối ƣu cho phản ứng Fenton dị thể sử dụng xúc tác tro tính muối sắt (III) clorua Sau xử lý ta xử lý đƣợc 77.5% lƣợng Điazinon ban đầu 3.2.7 Kết phân tích sắc ký khí Mẫu dung dịch Điazinon nồng độ 20 ppm đƣợc tiến hành điều kiện tối ƣu trình Fenton dị thể dùng xúc tác tro tính Sau xử lý, mẫu dung dịch đƣợc gửi đến Trung tâm Kiểm định môi trƣờng, Cục cảnh sát PCTP môi trƣờng, Bộ Công An để phân tích sắc ký khí Đặng Thị Hồng Nhung 57 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Sắc ý hí phƣơng pháp phân tích định lƣợng định tính cho độ xác cao Thông qua phƣơng pháp phân tích sắc ký khí phân tích định lƣợng hàm lƣợng Điazinon lại sau trình phân hủy nhờ kỹ thuật oxy hóa t ng cƣờng Đồng thời, có dự đoán đƣợc chất sinh sau trình phân hủy Kết phân tích sắc ý đƣợc thể hình 3.15 bảng 3.11 Hình 3.15 Kết phân tích sắc ký khí dung dịch Điazinon 20 ppm sau xử lý hệ phản ứng Fenton dị thể Các kết phân tích định lƣợng mẫu dung dịch Điazinon nồng độ 20ppm nhờ hệ phản ứng Fenton dị thể sau xử lý đƣợc thể dƣới bảng 3.11 Bảng 3.11 Kết ph n tích định lượng hàm lượng Điazinon lại sau xử lý Tên chất Nồng độ (ppb) Chiều cao pic Diện tích pic Số hối Thời gian lƣu (phút) Điazinon 2.402 36 43 179.00 11.785 Nhƣ vậy, kết phân tích sắc ý hí hàm lƣợng Điazinon sau trình xử lý Fenton lại hông đáng ể Và hàm lƣợng Điazinon đạt tiêu chuẩn Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 40:2011 BTNMT nƣớc thải công nghiệp nhóm thuốc trừ sâu photpho Do vậy, hệ phản ứng Fenton dị thể sử dụng xúc tác tro ba đƣợc biến tính muối sắt (III) clorua giải pháp phù hợp để loại bỏ dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật môi trƣờng nƣớc Đặng Thị Hồng Nhung 58 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp 3.3 K t nghiên cứu đặc tính vật liệu tro bay 3.3.1 Các đối tượng ghi phổ Bảng 3.12 ác đối tượng nghiên cứu đặc tính tro bay Phƣơng pháp STT Ký hiệu Tên mẫu NTD1 Tro ba chƣa biến tính NDT2 Tro ba biến tính phân tích EDX EDX IR NDT4 Tro tính sau trình xử lý IR 3.3.2 Kết phổ EDX Mẫu NDT1 NDT2 đƣợc ghi phổ EDX để theo dõi tha đổi thành phần nguyên tố vật liệu tro ba trƣớc sau biến tính, kết thành phần nguyên tố đƣợc thể bảng 3.2 Phổ EDX đƣợc ghi nhận máy JED-2300 JEOL (Nhật Bản) Từ số liệu thống kê bảng 3.13 bảng 3.14 thấ hàm lƣợng sau biến tính, hàm lƣợng Fe tro ba t ng lên, cụ thể từ 3,35 % đến 11,39 % Bảng 3.13.Kết phân tích EDX mẫu NDT1 NDT1 C O Na Mg Al S K Ca Si Ti Fe % 34,91 38,37 0,00 0,34 7,45 0,24 1,55 0,25 12,02 0,38 4,50 29,27 40,41 0,00 0,32 8,67 0,17 1,67 0,28 13,96 0,24 5,01 4,90 73,17 19,98 0,00 0,00 1,73 0,84 0,42 0,13 37,17 38,27 0,00 0,27 7,15 0,13 1,58 0,28 10,90 0,32 3,93 51,23 0,24 0,53 16,09 0,00 2,44 0,03 22,01 0,42 2,11 Đặng Thị Hồng Nhung 2,51 0,00 1,21 59 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.14 Kết phân tích EDX mẫu NDT2 NDT2 % C O Mg Al 9,13 Si S Cl K Ca Ti Fe 21,16 39.27 0,48 18,44 38.70 0,51 10,25 16,32 0,15 0,88 2,60 0,54 0,57 11,04 18,08 39,05 0,43 9,63 14,89 0,20 0,97 1,91 0,63 0,50 10,86 16,11 0,18 0,95 2,29 0,55 0,48 12,27 3.3.3 Kết phổ FTIR Phân tích hồng ngoại mẫu vật liệu rắn đƣợc ghi theo kỹ thuật ép viên với KBr máy FT-IR Impact 410-Nicolet (Mỹ) Viện hoá học Phổ FT-IR mẫu đƣợc ghi điều kiện nhiệt độ (nhiệt độ phòng), vùng sóng 400 ÷ 4000 cm-1 Mẫu NTD2 mẫu tro ba đƣợc biến tính cách khuấy trộn gia nhiệt FeCl3.6H2O theo tỉ lệ 10:3,38 (g) với 20 mL H2O đến cặn, sấy khô qua đêm nung 500oC h; mẫu NDT4 mẫu đem để xúc tác cho trình xử lý màu hệ Fenton Chụp phổ hồng ngoại IR với mẫu NDT2, NDT4 NDT6 để xét tƣợng hấp phụ xúc tác Hình 3.16 Phổ hồng ngoại IR mẫu NDT2 NDT4 Đặng Thị Hồng Nhung 60 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Từ kết ghi phổ dao động đặc trƣng cho nhóm mang màu nằm vùng số sóng từ 1000-2000: mẫu rắn trƣớc sau xử lý gần nhƣ hông xuất pic mang màu Đƣờng ghi phổ mẫu tro tính (NDT2) mẫu tro tính sau trình xử lý có hình dạng tƣơng tự nhau, cho thấy nhóm chức hữu hông bám bề mặt xúc tác Điều chứng minh đƣợc trình xử lý hoàn toàn oxi hóa, tham gia hấp phụ 3.3.4 Kết ảnh SEM Các mẫu tro ba trƣớc sau biến tính với tỷ lệ FeCl3 H2O : tro bay 3,38 : 10 g đƣợc phân tích kính hiển vi điện tử quét JSM5410LV JEOL (Nhật Bản), kết đƣợc thể hình 3.17 3.18 Hình 3.17 Ảnh SEM vật liệu tro bay trước biến tính độ ph ng đại khác Hình 3.18 Ảnh SEM vật liệu tro bay biến tính với FeCl3 H2O Có thể nhận thấy rằng, sau hi đƣợc biến tính, vật liệu tro ba có ích thƣớc hạt nhỏ hơn, xuất nhiều lỗ xốp Sự t ng diện tích bề mặt riêng vật liệu tạo thuận lợi cho khả n ng hấp thụ chất ô nhiễm lên bề mặt Đâ ếu tố quan trọng để nâng cao hiệu xử lý Đặng Thị Hồng Nhung 61 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu ứng dụng phản ứng Fenton dị thể với xúc tác tro tính muối sắt (III) clorua áp dụng với hai chất hữu bền, khó bị phân hủy phƣơng pháp xử lý thông thƣờng Điazinon Reactive lue 182 thu đƣợc số kết sau:  Với phẩm màu Reactive Blue 182 Kỹ thuật ox hóa t ng cƣờng với hệ xúc tác dị thể tro tính muối sắt (III) clorua đƣợc áp dụng với phẩm màu Reactive Blue 182 Cần sử dụng 3.381 gam muối sắt (III) clorua biến tính 10 gam tro bay mẫu xúc tác đƣợc tiến hành nung nhiệt độ 400oC Hàm lƣợng Hydroperoxit sử dụng 0.4 mL H2O2 30% cho lít dung dịch Reactive Blue 182 nồng độ 200ppm Quá trình xử lý Fenton dị thể với Reactive lue 182 môi trƣờng có pH đƣợc tiến hành 90 phút  Với thuốc bảo vệ thực vật Điazinon Áp dụng với thuốc bảo vệ thực vật Điazinon, hệ phản ứng Fenton dị thể đƣợc tiến hành môi trƣờng pH= Các điều kiện tối ƣu hàm lƣợng muối sắt (III) clorua dùng để biến tính tro ba 5.406 gam tƣơng ứng với 10 gam tro bay, thể tích Hydroperoxit 30% 0.6 mL sử dụng cho lít dung dịch Điazinon nồng độ 20 ppm Để đạt hiệu xử lý tốt ta cần tiến hành trình xử lý Trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu kỹ độ độc, sản phẩm sau trình phân hủy phƣơng pháp phân tích đại nhƣ sắc ký khí (GCMS) Đặng Thị Hồng Nhung 62 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đào Sỹ Đức Nghiên cứu xử lý dịch đen nhà máy bột giấy phương pháp hóa học sinh học Luận v n Thạc sỹ khoa học Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, 2007 Nguyễn Đắc Vinh Báo cáo Tổng kết đề tài Khoa học Công nghệ: Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý chất ô nhiễm nước thải từ Công ty Dệt len Mùa Đông Sở Khoa học Công nghệ 01C-09, Hà Nội, 2007 Trịnh Lê Hùng Kỹ thuật xử lý nước thải Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội, 2008 Dao Sy Duc, Tran Thi Huyen Trang, Vu Minh Tan (2012) Black liquor: basic properties, its effects and the treatment ability by using advanced oxidation processes (AOPs) Proceedings of the International conference onAdvanced Wastewater Treatment Technologies and the Potential of Phytoremediation Technology for Wastewater Treatment in Vietnam, pp 145-154 Dao Sy Duc, Nguyen Thi Thu Trang, Tran Thi Huyen Trang (2012) Degradation of Reactive Blue 182 from aqueous solution by Advanced Oxidation Process using Fly ash/H2O2 Proceedings of the International conference onAdvanced Wastewater Treatment Technologies and the Potential of Phytoremediation Technology for Wastewater Treatment in Vietnam, pp 176 - 182 Đặng Xuân Việt.Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm, Luận v n tiến sĩ ỹ thuật, Hà Nội, 2007 Bùi Thúy Ngọc Nghiên cứu phân hủy phẩm nhuộm Reactive Blue 161 kỹ thuật oxy hóa tiên tiến với phản ứng Fenton, Luận v n thạc sỹ khoa học, Hà Nội, 2009 Vũ Thị Phƣợng Tổng hợp vật liệu bạc nano mang than hoạt tính ứng dụng vật liệu đa n ng xử lý nước, Luận v n tốt nghiệp, Hà Nội Đặng Thị Hồng Nhung 63 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp Trần V n Nhân, Ngô Thị Nga Giáo trình Công nghệ Xử lý nước thải Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2002 Lƣơng Đức Phẩm, Công nghệ Xử lý nước thải công nghệ sinh học Nhà Xuất Giáo dục Hà Nội, 2002 11 Nguyễn Đắc Vinh Báo cáo Tổng kết đề tài Khoa học Công 10 nghệ:Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý chất ô nhiễm nước thải từ Công ty Dệt len Mùa Đông Sở Khoa học Công nghệ 01C – 09 Hà Nội, 2007 12 Phan Hữu Duy Quốc (2005), Phân tích việc sử dụng tro xỉ than thải từ nhà máy nhiệt điện Việt Nam,Trƣờng Đại học Tokyo, Nhật Bản Tiếng Anh 13 Ghaly M Y, Hartel G, Mayer R, Haseneder R.Photochemical oxidation of p-chlophenol by UV/H2O2 and photo-Fenton process, A comparative study Waste management 21(1), pp 41 - 47.2001 14 Jian-Hui Sun, Sheng-Peng Sun, Mao-Hong Fan, Hui-Qin Guo, Li-Ping Qiao, Rui-Xia Sun, 2007 A kinetic study on the degradation of pnitroaniline by Fenton oxidation process Journal of Hazardous Materials 148, pp 172–177 15 Miguel.Fenton and UV-VIS based advanced oxidation processes in wastewater treatment degradation, ineralization and biodegradability enhancement PhD Thesis University of Barcelona, Spain, 2003 16 Sayra L Orozco, Erick R Bandala, Camilo A Arancibia-Bulnes, Benito Serrano, Rau´l Sua´rez-Parra, Isaias Herna´ndez-Pe´rez, 2008 Effect of iron salt on the color removal of water containing the azo-dye reactive blue 69 using photo-assisted Fe(II)/H2O2 and Fe(III)/H2O2 systems Journal of Photochemistry and PhotobiologyA: Chemistry 198, 144–149 17 Ya-Li Song, Ji-Tai Li, 2008 Degradation of C I Direct Black 168 from aqueous solution by fly ash/ H2O2 combining ultrasound Ultrasonics Sonochemistry, S1350-4177- 00226-5 18 M.I Badawy, Montaser Y.Ghaly, Tarek, A.Gad-Allah Advanced oxidation process for the removal of organophosphorus pesticides from wastewater.Desalination 194, pp 166-175.2006 19 Baoyou Shi, Guohong Li, Dongsheng Wang, Chenghong Feng, Hongxiao Tang, 2007 Removal of direct dyes by coagulation: The performance of Đặng Thị Hồng Nhung 64 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Khóa luận tốt nghiệp preformed polymeric aluminum species Journal of Hazardous Materials 143, 567–574 20 Aleboyeh Azam, Aleboyeh Hamid, 2005 Effects of gap size and UV dosage on decolorization of C.I Acid Orange by UV/H2O2 procees Journal of Hazardous Materials B133, pp 167–171 21 Julide Yener, Turkan Kopac, Gulsen Dogu, Timur Dogu, 2008 Dynamic analysis of sorption of Methylene Blue dye on granular and powdered activated carbon, Chemical Engineering Journal xxx (2008) xxx–xxx 22 N Dizge, C Aydiner, E Demirbas, M Kobya, S Kara, 2008 Adsorption of reactive dyes from aqueous solutions by fly ash: Kinetic and equilibrium studies Journal of Hazardous Materials 150, 737–746 23 Robertson P., 1996 Semiconductor photocalysis: an environmentally acceptable alternative production technique and effluent treatment process J Cleaner Prod (3-4), pp 203-212 24 T.D Waite, A.J Feitz and R Aplin Application of kinetic modeling to optimization of advanced oxidation processes in wastewater treatment Chemical water and wastewater treatment VII, pp 93-108, 2002 25 Victor Sarria Coupled advanced oxidation and biological processes for wastewater treatment PhD Thesis Lausanne, EPFL, 2003 26 Walid K Lafi, Z Al-Qodah Combined advanced oxidation and biological treatment processes for the removal of pesticides from aqueous solutions.Journal of Hazardous Materials B137, pp 489–497 2006 27 M.M Ballesteros Martín, J.A Sánchez Pérez, J.L Casas López, I Oller ,S Malato Rodríguezb Degradation of a four-pesticide mixture by combinedphoto-Fenton and biological oxidation.Water Research 43, pp.653-660 2009 28 Rongxi Li, Chunping Yang, Hong Chen, Guangming Zeng, Guanlong Yu, Junyuan Guo Removal of triazophos pesticide from wastewater with Fenton reagent Journal of Hazardous Materials 167, pp 1028–1032.2009 29 Julide Yener, Turkan Kopac, Gulsen Dogu, Timur Dogu, 2008 Dynamic analysis of sorption of Methylene Blue dye on granular and powdered activated carbon, Chemical Engineering Journal xxx (2008) xxx–xxx Đặng Thị Hồng Nhung 65 ... làm t ng hiệu xử lý lên đến 96% Nhƣ vậy, xử lý sinh học kết hợp với phƣơng pháp xử lý hác để t ng hiệu xử lý, đặc biệt với nhóm chất khó phân hủy 1.3 Ứng dụng phản ứng Fenton xử lý nƣớc thải dệt... nhiên Khóa luận tốt nghiệp Gốc OH• sau hình thành tham gia vào phản ứng ôxi hóa hợp chất hữu có nƣớc cần xử lý: chuyển chất hữu từ dạng cao phân thành chất hữu có hối lƣợng phân tử thấp CHC (cao phân. .. chọn phù hợp để xử lý nƣớc ngầm, nƣớc mặt bị ô nhiễm nƣớc thải chứa thành phần khó phân hủy sinh học, đặc biệt nƣớc thải dệt nhuộm (Roberton, 1996) Nó có khả n ng phân hủy hợp chất hữu bền, chất