ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Năng Nam NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA CAO ÁP SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC SẮT Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường Mã số : 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Vũ Năng Nam NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA CAO ÁP SỬ DỤNG ĐIỆN CỰC SẮT Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường Mã số : 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Nguyễn Đức Hùng PGS.TS Trần Văn Quy Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS TSKH Nguyễn Đức Hùng- phịng Cơng nghệ thân mơi trường, Viện Cơng nghệ môi trường, Viện HLKH&CNVN PGS TS Trần Văn Quy- giảng viên cao cấp khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Ngọc Dung, Trưởng phịng Cơng nghệ thân mơi trường tạo điều kiện thuận lợi cho em thực luận văn, nhiệt tình dẫn em suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới cán phịng Cơng nghệ thân mơi trường, Viện Công nghệ môi trường quan tâm giúp đỡ em hoàn thành tốt luận văn Em xin gửi lời tri ân tới thầy cô giáo mơn Cơng nghệ Mơi trường tồn thể thầy giáo ngồi khoa Mơi trường dìu dắt, truyền đạt kiến thức, dạy bảo em suốt thời gian theo học trường Cuối em xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, động viên giúp đỡ em suốt thời gian qua Mặc dù cố gắng trình thực đề tài trình độ kinh nghiệm hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận dẫn đóng góp thêm thầy bạn để em rút kinh nghiệm hoàn chỉnh thêm đề tài Hà Nội, ngày… tháng… năm 2019 Học viên Vũ Năng Nam MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC BẢNG .ii DANH MỤC HÌNH iii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nước thải dệt nhuộm phương pháp xử lý 1.2 Phương pháp oxy hoá bậc cao xử lý nước thải 1.2.1 Phương pháp xử lý oxy hoá bậc cao xử lý nước thải 1.2.2 Oxy hoá điện hoá 11 1.2.3 Quá trình fenton fenton điện hoá 16 1.3 Nano sắt plasma xử lý nước thải 21 1.3.1 Nano sắt 21 1.3.2 Plasma 23 1.4 Xanh methylen 27 1.5 Triển vọng phản ứng điện hoá cao áp chiều sử dụng điện cực sắt xử lý nước thải dệt nhuộm 30 Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32 2.1 Đối tượng nghiên cứu 32 2.2 Phương pháp nghiên cứu 32 2.2.1 Quy trình thực phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt 33 2.2.2 Khả chế tạo nano sắt phản ứng điện hóa cao áp chiều 36 2.2.3 Khảo sát số điều kiện thí nghiệm ảnh hưởng đến khả oxy hóa xanh methylen phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt 37 2.2.4 Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế 40 2.3 Dụng cụ, hóa chất 40 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 Khả chế tạo nano sắt phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt 42 3.2 Ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm ảnh hưởng đến khả oxy hóa xanh methylen phản ứng điện hóa cao áp sử dụng điện cực sắt 43 3.2.1 Ảnh hưởng điện đến khả oxy hóa xanh methylen 43 3.2.2 Ảnh hưởng khoảng cách điện cực 47 3.2.3 Ảnh hưởng diện tích anot 50 3.2.4 Ảnh hưởng pH 53 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ xanh methylen ban đầu 57 3.2.6 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 61 3.3 Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế 64 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AOP Q trình oxy hóa bậc cao (Advanced Oxydation Process) BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hố học (Chemical Oxygen Demand) EO Oxy hóa điện hóa (Electrochemical Oxidation) FeNPs Nano sắt (Iron Nanoparticals) mZVI Hạt sắt có kích thước micro (Microscale Zero-Valent Iron) nZVI Nano sắt hóa trị khơng (Nano Zerovalent Iron) UV-Vis Quang phổ hấp thụ phân tử (Ultraviolet Visible Spectroscopy) US EPA Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (United States Environmental Protection Agency) QCVN Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia TOC Tổng cacbon hữu (Total Organic Carbon) i DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Giá trị trung bình thành phần nước thải nhà máy dệt nhuộm [28] Bảng Thơng số điện cực thí nghiệm 34 Bảng 2 Một số dụng cụ thiết bị sử dụng trình thí nghiệm 41 Bảng Điều kiện phản ứng khảo sát ảnh hưởng pH đến khả oxy hóa xanh mehtylen 55 Bảng Độ dẫn dung dịch xanh methylen nồng độ khác trước sau phản ứng 58 Bảng 3 So sánh số thông số nước thải dệt nhuộm thu thập làng lụa Vạn Phúc- Hà Đông dung dịch xanh methylen 65 ii DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ quy trình dệt nhuộm cơng đoạn tạo nước thải [1] Hình Hạn chế số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm [31] Hình Sơ đồ trình oxy hóa điện hóa [22] 12 Hình Ảnh TEM dung dịch điện phân sử dụng điện cực sắt (U= 13 kV, khoảng cách 30 cm, điện cực D0, nước cất lần, thời gian 30 phút) 42 Hình Diễn biến cường độ dịng điện theo thời gian điều kiện điện áp khác (khoảng cách điện cực 35 cm; điện cực D3; xanh methylen= 300 ppm; pH= 6,06; thời gian 10 phút) 44 Hình 3 Khối lượng sắt sinh theo thời gian điều kiện điện áp khác (khoảng cách điện cực 35 cm; điện cực D3; xanh methylen= 300 ppm, pH= 6,06; thời gian 10 phút) 45 Hình Nồng độ hiệu suất phân hủy xanh methylen sau xử lý điều kiện thí nghiệm điện áp khác (khoảng cách điện cực 35 cm, điện cực D3, xanh methylen= 300 ppm, pH= 6,06; thời gian 10 phút) 46 Hình Diễn biến cường độ dòng điện theo thời gian điều kiện thí nghiệm khoảng cách điện cực khác (U= 2,5 kV, [xanh methylen]= 300 ppm, điện cực D3, pH= 6,06; thời gian 10 phút) 48 Hình Khối lượng sắt hịa tan tính theo Faraday theo thời gian điều kiện thí nghiệm khoảng cách điện cực khác (U= 2,5 kV; [xanh methylen]= 300 ppm; điện cực D3; pH= 6,06; thời gian 10 phút) 49 Hình Nồng độ hiệu suất xử lý xanh methylen điều kiện thí nghiệm khoảng cách điện cực khác (U= 2,5 kV; [xanh methylen]= 300 ppm; điện cực D3; pH= 6,06; thời gian 10 phút) 50 Hình Diễn biến cường độ dòng điện theo thời gian điều kiện thí nghiệm diện tích điện cực anot tiếp xúc với môi trường điện phân khác (U= 2,5 kV; khoảng cách 30 cm; [xanh methylen]= 300 ppm; pH= 6,06; thời gian 10 phút) 51 Hình Khối lượng sắt hòa tan theo thời gian điều kiện thí nghiệm diện tích điện cực anot tiếp xúc với môi trường điện phân khác ( U= 2,5 kV; khoảng cách 30 cm; [xanh methylen]= 300 ppm; pH= 6,06; thời gian 10 phút ) 52 Hình 10 Nồng độ lại hiệu suất xử lý xanh methylen điều kiện thí nghiệm diện tích điện cực anot tiếp xúc với môi trường điện phân khác (U= 2,5 kV; khoảng cách 30 cm; [xanh methylen]= 300 ppm; pH= 6,06; thời gian 10 phút ) 53 iii Hình 11 Diễn biến cường độ dòng điện theo thời gian điều kiện thí nghiệm pH khác (U= 0,3 kV, điện cực D0, khoảng cách điện cực 30 cm, [xanh methylen]= 300 mg/L, thời gian 10 phút ) 55 Hình 12 Diễn biến lượng điện theo thời gian điều kiện thí nghiệm pH khác (U= 0,3 kV, điện cực D0, khoảng cách điện cực 30 cm, [xanh methylen]= 300 mg/L, thời gian 10 phút ) 56 Hình 13 Đồ thị biểu diễn nồng độ xanh methylen lại hiệu suất xử lý điều kiện thí nghiệm mơi trường pH khác (U= 0,3 kV, điện cực D0, khoảng cách điện cực 30 cm, [xanh methylen]= 300 mg/L, thời gian 10 phút) 57 Hình 14 Diễn biến cường độ dịng điện theo thời gian điều kiện thí nghiệm thay đổi nồng độ dung dịch xanh thylen tham gia phản ứng điện hóa (U= 2,5 kV, khoảng cách điện cực 30 cm, điện cực D0, pH= 6,06; V= 280 mL) 58 Hình 15 Tốc độ phân hủy phụ thuộc nồng độ xanh methylen ban đầu (U= 2,5 kV; khoảng cách điện cực 30 cm; điện cực D0, pH= 6,06; V= 280 mL) 59 Hình 16 Hiệu suất phân hủy xanh methylen phụ thuộc nồng độ xanh methylen ban đầu (U= 2,5 kV; khoảng cách điện cực 30 cm; điện cực D0; pH= 6,06; V= 280 mL) 60 Hình 17 Diễn biến cường độ dịng điện theo thời gian (U= 2,5 kV; khoảng cách điện cực 30 cm; điện cực D0; pH= 6,06; thời gian phản ứng 15 phút) 62 Hình 18 Nồng độ xanh methylen lại sau xử lý theo thời gian (U= 2,5 kV; khoảng cách điện cực 30 cm; điện cực D0; pH= 6,06) 62 Hình 19 Tổng cacbon hữu (TOC) dung dịch sau xử lý theo thời gian (U= 2,5 kV; khoảng cách điện cực 30 cm; điện cực D0; pH= 6,06) 63 Hình 20 Phổ UV- Vis methylen xanh 66 Hình 21 Phổ UV-Vis nước thải dệt nhuộm lấy từ làng Vạn Phúc- Hà ĐôngHà Nội 66 Hình 22 Diễn biến cường độ dịng điện theo thời gian trình xử lý nước thải thực tế (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cách điện cực 30 cm; thể tích 280 mL; pH= 7,06; thời gian 12,5 phút) 67 Hình 23 Nồng độ sắt tính theo hao hụt khối lượng điện cực phụ thuộc thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cách điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tích 280 mL) 68 Hình 24 Phổ UV- Vis nước thải sau xử lý theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cách điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tích 280 mL) 69 iv Hình 25 Độ hấp thụ cực đại dung dịch nước thải sau xử lý bước sóng 580 nm theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cách điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tích 280 mL) 69 Hình 26 Tổng cacbon hữu (TOC) dung dịch nước thải sau xử lý theo thời gian (U= 1,5 kV; điện cực D0; khoảng cách điện cực 30 cm; pH= 7,06; thể tích 280 mL) 70 v chất cần xử lý, chất chất hữu ảnh hưởng trực tiếp tới khả xử lý q trình Từ thí nghiệm cho thấy vai trò quan trọng plasma trình phân hủy xanh methylen Đánh giá khảo sát ảnh hưởng pH đến khả xử lý xanh methylen phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt, điều kiện pH thay đổi từ đến 10 Trong điều kiện pH= 4,06, hiệu suất phân hủy xanh methylen đạt 64% điều kiện tối ưu xác định Đánh giá khảo sát ảnh hưởng nồng độ xanh methylen ban đầu đến khả xử lý xanh methylen phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt, điều kiện nồng độ xanh methylen thay đổi từ 50 mg/L đến 400 mg/L Kết cho thấy, phản ứng điện hóa cao áp dịng chiều sử dụng điện cực sắt diễn mãnh liệt, cho mơi trường oxy hóa mạnh nồng độ xanh methylen ban đầu cao Điều kiện thí nghiệm, nồng độ xanh methylen 400 mg/L, hiệu suất phân hủy xanh methylen đạt 98,2% điều kiện tối ưu xác định Với điều kiện tối ưu tìm được, phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt có khả phân hủy xanh methylen đạt 99,6%, hiệu suất khống hóa đạt 81,9% thời gian 15 phút Thử nghiệm xử lý nước thải dệt nhuộm thu thập làng Vạn Phúc, Hà Đông, Hà Nội Trong điều kiện thí nghiệm (điện áp 1,5 kV, khoảng cách điện cực 30 cm, tỉ lệ diện tích điện cực anot/catot= 1), hiệu xử lý màu đạt 100 % 10 phút Kéo dài thời gian phản ứng lên 12,5 phút, hiệu khống hóa đạt 45,12% Phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt thích hợp dử dụng cơng đoạn tiền xử lý chất hữu khó phân hủy Khuyến nghị Nghiên cứu chế oxy hóa xanh methylen phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt Nghiên cứu nâng cao hiệu oxy hóa phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt nước thải dệt nhuộm 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Hội Hóa học Việt Nam, Xử lý nước thải ngành dệt nhuộm, truy cập ngày 20 tháng 05 năm 2019, website: http://csv.net.vn/Xu-ly-nuoc-thai-nganh-det- nhuom.html Nguyễn Đức Hùng (2012), “Khả chế tạo dung dịch nano kim loại q trình hịa tan anot với điện áp cao”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 50 (6), tr 669–676 Nguyễn Đức Hùng (2012), “Phản ứng điện hóa điện áp cao với plasma điện cực” Tạp chí Hóa học, 50(ĐB), tr 103–111 Nguyễn Đức Hùng, Nguyễn Tiến Dũng, Mai Văn Phước, Nguyễn Minh Thùy (2012), “Điều chế dung dịch nano bạc kim loại công nghệ điện hóa siêu cao áp để diệt khuẩn”, KT&TB/Tổng cục Kỹ thuật BQP, 140, tr 43- 47 Nguyễn Thị Hoàng Mai (2011), Báo cáo cập nhật ngành dệt may 10T-2011, Hà Nội Tiếng Anh S C Ameta (2018), “Introduction” in Advanced oxidation processes for waste water treatment, Elsevier, pp 1–12 A Babuponnusami and K Muthukumar (2014), “A review on fenton and improvements to the fenton process for wastewater treatment”, J Environ Chem Eng., 2(1), pp 557–572 A S Bansode et al (2017), “Effective degradation of organic water pollutants by atmospheric non- thermal plasma torch and analysis of degradation process”, Chemosphere, 167, pp 396–405, Jan 2017 G Belmont, L Rezeau, C Riconda, A Zaslavsky (2019), “What is plasma?” in Introduction to plasma physics, pp 1- 32, https://doi.org/10.1016/B978-178548-306-6.50001-9 10 F Bonfatti, S Ferro, F Lavezzo, M Malacarne, G Lodi, A De Battisti (2000), 73 “Electrochemical incineration of glucose as a model organic substrate II Role of active chlorine mediation”, J Electrochem Soc., 147(2), pp 592 11 J A Caram, M J Banera, J F M Suárez, M V Mirífico (2017), “Electrochemical behaviour of anthraquinone dyes in non aqueous solvent solution: Part I Medium effect on the electrochemical behaviour”, Electrochim Acta, 249, pp 431–445 12 S Y Chen (2004), Discoloration and degradation of azo dyes by nanoscale iron particles, Lehigh University 13 Z Chen, X Jin, Z Chen, M Megharaj, R Naidu (2011), “Removal of methyl orange from aqueous solution using bentonite-supported nanoscale zerovalent iron”, J Colloid Interface Sci., 363(2), pp 601–607 14 L Chandana, P Manoj Kumar Reddy, C Subrahmanyam (2015), “Atmospheric pressure non-thermal plasma jet for the degradation of methylene blue in aqueous medium”, J Chem Eng., 282, pp 116–122, 2015 15 M A Hassan, M M El Jamal (2012), “Kinetic study of the electrochemical oxidation of methylene blue with pt electrode”, Portugaliae Electrochimica Acta, 30(5), 351–359, https://doi.org/10.4152/pea.201205351 16 L Hossain, S K Sarker, M S Khan (2018), “Evaluation of present and future wastewater impacts Environmental of textile dyeing Development, industries 26, in Bangladesh”, pp 23–33 https://doi.org/10.1016/j.envdev.2018.03.005 17 B Jiang, Jingtang Zheng, Shi Qiu, Mingbo Wu, Qinhui Zhang, ZifengYan, Qingzhong Xue (2014), “Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation”, J Chem Eng., 236, pp 348–368 18 D Kanakaraju, B D Glass, M Oelgemöller (2018), “Advanced oxidation process-mediated removal of pharmaceuticals from water: A review”, Journal of Environmental Management, 219 pp 189–207 19 E Lacasa, P Cizares, F C Walsh, M A Rodrigo, C Ponce-de-Ln (2019), “Removal of methylene blue from aqueous solutions using an Fe2+ catalyst 74 and in-situ H2O2 generated at gas diffusion cathodes”, Electrochim Acta, 308, pp 45–53 20 S T Liu, J Huang, Y Ye, A B Zhang, L Pan, X G Chen (2013), “Microwave enhanced Fenton process for the removal of methylene blue from aqueous solution”, J Chem Eng., 215–216, pp 586–590, 2013 21 J Lye (2002), “Colour chemistry”, Color Res Appl., 27(5), pp 376–377 22 P Mandal, B K Dubey, A K Gupta (2017), “Review on landfill leachate treatment by electrochemical oxidation: Drawbacks, challenges and future scope”, Waste Manag, 69, pp 250-273 23 P Manoj Kumar Reddy, B Rama Raju, J Karuppiah, E Linga Reddy, C Subrahmanyam (2013), “Degradation and mineralization of methylene blue by dielectric barrier discharge non-thermal plasma reactor”, J Chem Eng., 217, pp 41–47 24 M S Morsi, A A Al-Sarawy, W A S El-Dein (2011), “Electrochemical degradation of some organic dyes by electrochemical oxidation on a Pb/PbO electrode”, Desalin Water Treat., 26(1–3), pp 301–308 25 F C Moreira, R A R Boaventura, E Brillas, and V J P Vilar (2017), “Electrochemical advanced oxidation processes: A review on their application to synthetic and real wastewaters”, Appl Catal B Environ., 202, pp 217–261 26 P V Nidheesh, M Zhou, and M A Oturan (2018), “An overview on the removal of synthetic dyes from water by electrochemical advanced oxidation processes”, Chemosphere, 197, pp 210–227 27 M Panizza and G Cerisola (2009), “Direct and mediated anodic oxidation of organic pollutants”, Chem Rev., 109(12), pp 6541–6569 28 H Patel, R T Vashi (2015), “Characterization of textile wastewater” in Characterization and treatment of textile wastewater, Elsevier, pp 21–71 29 C D Raman, S.Kanmani (2016), “Textile dye degradation using nano zero valent iron: A review”, J Hazard Mater., 177(2–3), pp 341–355 30 M I Stefan (2017), “Advanced oxidation processes for water treatment - 75 fundamentals and applications”, Water Intell Online, 16, pp 305–307 31 M Tichonovas, Krugly E, Racys V, Hippler R, Kauneliene V, Stasiulaitiene I, Martuzevicius D (2013), “Degradation of various textile dyes as wastewater pollutants under dielectric barrier discharge plasma treatment”, J Chem Eng., 229, pp 9–19 32 WHO (2016), “Methylene blue”, IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans, 108, pp 7–419 33 H Yin, L Xiong, B Jiang, J Zheng, Q Xue (2014), “Non-thermal plasma technology for methylene blue decolorization in continuous and circulating system: kinetic model and reactor performance”, Journal of Advanced Oxidation Technologies, 17(2), pp 265-280, https://doi.org/10.1515/jaots2014-0212 76 Một số hình ảnh q trình thực đề tài Sản phẩm khống hóa xanh 1,3,5,7,10 ppm dung dịch sau xử lý methylen giấy lọc Nồng độ xanh methylen (ppm) Mẫu xanh methylen đường chuẩn nồng độ 12 y = 5.9944x - 0.4336 R² = 0.9965 10 0 0.5 1.5 Abs Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen Điện cực sắt D0 điện cực sắt D3 Màu dung dịch nước thải dệt nhum theo thi gian 77 Tạp chí NGHIêN CứU KHOA HọC Và CôNG NGHệ quân MC LC NGHIấN CU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Tên lửa & Thiết bị bay 01 Ngơ Văn Tồn, Lê Thanh Phong, Nguyễn Ngọc Điển, Nguyễn Hữu Đạt Tối ưu quỹ đạo hạ cánh UAV điều kiện vị trí hạ cánh chuyển động - 13 02 Nguyễn Sỹ Hiếu, Đoàn Thế Tuấn, Nguyễn Đức Cương, Nguyễn Ngọc Điển Tối ưu quỹ đạo tên lửa không đối không giai đoạn bay hành trình cơng mục tiêu chuyển động 14 - 24 03 Nguyễn Văn Bàng, Nguyễn Quang Hùng, Đoàn Thế Tuấn, Phí Trung Kiên Nghiên cứu tổng hợp luật điều khiển tên lửa từ xa ứng dụng kỹ thuật điều khiển tối ưu LQG 25 - 31 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 04 Phan Văn Dư , Lê Văn Chương, Nguyễn Hoa Lư, Hồ Sỹ Phương, Tạ Hùng Cường, Đinh Văn Nam Xây dựng giải pháp điều khiển thích nghi mờ loại cho đối tượng robot bậc tự 32 - 40 05 Trần Tân Tiến Ứng dụng điều khiển PID mờ tự chỉnh định tham số phục vụ điều khiển chân Hexapod dẫn động van servo xy - lanh thủy lực 41 - 48 06 Nguyễn Đức Trường, Trần Văn Nghĩa, Bùi Minh Tuấn, Nguyễn Đức Thế Xác suất gián đoạn hoạt động, mật độ nút mạng không dây quan hệ chúng để dung hòa lựa chọn 49 - 61 07 Nguyễn Ngọc Tân, Phạm Minh Nghĩa, Hoàng Xuân Hội, Nguyễn Phương Nam Ước lượng tham số rừng từ ảnh PolInSAR phương pháp tối ưu kết hợp 62 - 72 08 Phạm Đức Thỏa, Nguyễn Quang Vịnh, Trần Ngọc Hưởng Đánh giá ảnh hưởng mức độ quan sát đến độ xác xử lý tín hiệu đo cao kết hợp quán tính – vô tuyến 73 - 80 09 Hà Huy Dũng, Lê Duy Hiệu, Bùi Ngọc Mỹ, Nguyễn Xuân Thái, Phan Khắc Cương Giải pháp xây dựng hệ thống đa cảnh giới biển vượt đường chân trời Việt Nam 81 - 87 10 Vũ Hải Lăng, Trần Quang Giang, Nguyễn Thị Nga, Bạch Nhật Hoàng Nghiên cứu khảo sát thuật toán ước lượng thời gian trễ cho toán định hướng nguồn âm nước 88 - 95 11 Tạ Quốc Giáp, Lê Kỳ Biên, Nguyễn Lê Chiến, Hoàng Thị Thu Hiền, Nguyễn Thế Tiến Xây dựng mơ hình thuật tốn kích thích tế bào thần kinh đáp ứng hành vi nhúng mũi chuột 96 - 103 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, - 2019 12 Lê Mạnh Hùng Về phương pháp ẩn mã âm 104 - 112 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường 13 Đồn Thanh Huyền, Lê Minh Trí, Ngơ Thị Thúy Phương, Đỗ Thị Tun Đánh giá số đặc tính phytosome mangostin 113 - 119 14 Nghiêm Ngọc Hoa, Nguyễn Hà Trung, Tô Lan Anh, Trần Thị Thanh 120 - 125 Quỳnh, Phạm Kiên Cường Nghiên cứu biểu gen mã hóa cho enzyme luciferase hệ biểu E.coli 15 Nguyễn Đức Hùng, Vũ Năng Nam, Trần Thị Ngọc Dung 126 - 131 Khả ứng dụng phương pháp điện hóa cao áp để xử lý ô nhiễm môi trường 16 Vũ Ngọc Tốn, Nguyễn Minh Trí, Lê Thị Hằng, Lưu Quang Minh Nghiên cứu đánh giá chất lượng obidoxime chloride tổng hợp làm nguyên liệu dược 17 Nguyễn Đình Dương, Võ Hoàng Phương, Nguyễn Việt Hưng, Nguyễn Thị 140 - 146 Hương, Nguyễn Ngọc Sơn Phân tích thành phần vật liệu cao su gioăng làm kín cửa vào tàu ngầm Kilo 636M 18 Nguyễn Văn Khương, Ngô Văn Giao, Nguyễn Trần Hùng 147 - 153 Nghiên cứu ảnh hưởng bột nhôm đến nhiệt lượng nổ thuốc nổ hỗn hợp 132 - 139 Vật lý 19 Vũ Quốc Thủy, Mai Nguyệt Cơng, Đồn Ngọc Hiệp Giải pháp thiết kế hệ quang vật kính cho đầu thu vùng hồng ngoại gần 154 - 160 Công nghệ thông tin & Cơ sở toán học cho tin học 20 Nguyễn Bá Tường, Nguyễn Bá Quảng Một số vấn đề phụ thuộc hàm phụ thuộc hàm xấp xỉ lý thuyết tập thơ ứng dụng vào tốn rút gọn thuộc tính 161 - 169 Cơ kỹ thuật & Kỹ thuật khí động lực 21 Nguyễn Đình Hùng, Bùi Ngọc Hưng, Đặng Hồng Triển, Trần Đình Thành Nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu phần mũi lõi xuyên đến khả xuyên thép đầu đạn xuyên động 170 - 177 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 22 Đỗ Anh Cường Nghiên cứu, thiết kế chế tạo khối УБП-И-5-25 khối УБП-И-12-50 hệ thống radar MONOLIT-B tổ hợp tên lửa bờ BASTION 23 Lê Ngọc Lân, Nguyễn Vũ, Hoàng Minh Đắc 180 - 189 Hệ thống tự động điều khiển MiG-21BiS: từ có người lái đến không người lái 24 Phạm Trung Kiên Nghiên cứu xây dựng hệ thống hỗ trợ huy tác chiến 25 Lê Minh Đức, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Đình Hùng, Dương Tuấn Anh 198 - 204 Tính tốn chiều sâu xun đạn chống tăng ĐCT-9T kiểu tandem 178 - 179 190 - 197 Môc lôc Sè 60, - 2019 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA CAO ÁP ĐỂ XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG Nguyễn Đức Hùng*, Vũ Năng Nam, Trần Thị Ngọc Dung Tóm tắt: Cơng nghệ điện hóa DC cao áp có khả tạo vật liệu nano phản ứng plasma điện cực nên thực trình phản ứng xử lý số tác nhân gây ô nhiễm môi trường Điện cực sắt điều kiện điện áp DC 13 kV nước cất lần khoảng cách điện cực 300 mm, tạo nano sắt nồng độ 43,8 mg/L, kích thước nano đạt từ 20  100 nm 30 phút Nano sắt tạo tác nhân xử lý nhiễm mơi trường nhờ chế fenton keo tụ điện hóa Mặt khác xuất plasma điện cực tạo nhiều nhóm gốc có khả phản ứng với chất nhiễm mơi trường Q trình xử lý metylen xanh nồng độ 300 mg/L dòng DC 2,5 kV với khoảng cách điện cực sắt 200 mm tỷ lệ SA/SK= tạo sắt nano plasma điện cực với hiệu suất xử lý metylen xanh đạt đến 99,99 % sau 10 phút Từ khóa: Điện hóa DC cao áp; Sắt nano; Plasma điện cực; Metylen xanh; Xử lý ô nhiễm điện hóa cao áp ĐẶT VẤN ĐỀ (HAY MỞ ĐẦU) Cơng nghệ điện hóa ứng dụng để xử lý môi trường khả phản ứng phong phú mơ tả hình như: oxy hóa khử trực tiếp điện cực; oxy hóa điện hóa gián tiếp bề mặt điện cực qua hợp chất clo hydroxyl trung gian; oxy hóa điện hóa gián tiếp lịng dung dịch chất oxi hóa tạo từ điện cực [1] Cơng nghệ điện hóa sử dụng dịng DC cao áp cịn có thêm khả tạo vật liệu nano kim loại [2, 3] tạo plasma điện cực [4, 5] tùy thuộc vào chất kim loại điện cực chế độ thực công nghệ Với điện cực sắt khả tạo thành nano sắt hóa trị khơng chế tạo từ nước cất lần [6] Khả xử lý chất nhiễm sắt hóa trị khơng chứng minh [7] Hình Những khả xử lý chất ô nhiễm kỹ thuật điện hóa Với kết thu từ tài liệu [2-6] dự đốn đến khả xử lý chất ô nhiễm môi trường phương pháp điện hóa cao áp Kết bước đầu khả ứng dụng dòng DC cao áp để xử lý metylen xanh (MB) trình bày báo 126 N Đ Hùng, V N Nam, T T N Dung, “Khả ứng dụng … ô nhiễm môi trường.” Nghiên cứu khoa học công nghệ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Hệ thống thiết bị để thực q trình điện hóa DC cao áp gồm: nguồn DC cao áp bình phản ứng thủy tinh lớp hình trụ thẳng trình bày hình Catot điện cực Fe hình trụ,  2,5 mm đúc epoxy nút thủy tinh nhám tiêu chuẩn 29 để giới hạn bề mặt phản ứng diện tích tiết diện điện cực (SK=19,64 mm2) Catot lắp vào phía đáy bình phản ứng thủy tinh để làm kín giữ dung dịch phản ứng Anot điện cực Fe hình trụ  2,5 mm đúc epoxy với đường kính  10 mm để giới hạn diện tích phản ứng gá vào nút xốp để thay đổi khoảng cách điện cực HA-K không cần xác định khí từ phản ứng điện cực Diện tích anot tiếp xúc với nước cất lần khống chế chiều dài không bọc bỡi epoxy là: 0, 10, 20, 30, 40 50 mm ký hiệu tương ứng D0, D1, D2, D3, D4, D5 Vậy tỷ số diện tích (SA=SĐ+SXQ)/SK tương ứng là: 1; 17; 33; 49; 65 81 lần để dễ xuất plasma điện cực Nước cất lần dung mơi phản ứng khơng có có MB: (C16H18ClN3S) hãng Guangzhou Jinhuada Chemical Reagent, Trung Quốc sản xuất pha với nồng độ 300 mg/L tạo nên độ dẫn 156 S Hình Mơ hình hệ thống thiết bị thực phản ứng điện hóa DC cao áp: a) Nguồn DC cao áp hộp điều khiển, b) Bình phản ứng thủy tinh, Anơt Fe, Catốt Fe, Bình phản ứng thủy tinh chứa nước cất lần, Vỏ thủy tinh chứa nước làm mát, Van khí, Van tháo sản phẩm, Nước làm mát tuần hoàn, bơm tuân hoàn nước làm mát, Nguồn DC cao áp, 10 Hộp điều khiển Kích thước hình dạng nano sắt (FeNPs) xác định nhờ ảnh TEM chụp máy Jeol Jem Nhật Viện Vệ sinh dịch tể Hà Nội Nồng độ FeNPs tính theo định luật Faraday [2, 3] Độ dẫn nước cất lần dung dịch MB đo thiết bị Hanna HI 8733 Singapore nồng độ MB phân tích phương pháp so màu quang điện bước sóng 664 nm máy Hitachi UH5300 Spectrophotometer Viện Công nghệ Môi trường, VAST với đường chuẩn xây dựng khoảng từ mg/L đến 10 mg/L đạt R2 = 99,65 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, - 2019 127 Hóa học & Kỹ thuật môi trường KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Q trình phản ứng điện hóa với dịng DC cao áp U = 13 kV điện cực sắt nước cất lần, tỷ lệ diện tích điện cực sắt: SA/SK = 1, khoảng cách điện cực HA-K: 300 mm, sau thời gain t = 30 phút, xuất plasma điện cực sản phẩm sau phản ứng có kích thước nano dạng hình cầu (hình 3) Plasma a b Hình Ảnh (a) xuất plasma điện cực (b) TEM dung dịch sau điện phân DC cao áp với nước cất lần, điện cực Fe: SA/SK = 1, HA-K: 300 mm, U = 13 kV t = 30 phút Quan sát từ hình 3a nhận thấy plasma xuất hai điện cực ánh sáng vàng cam chứng tỏ khí hai điện cực chất loại khí hidro thoát từ catot tụ lại anot Quá trình phân hủy nước plasma điện cực tạo lượng lớn khí H2 mơi trường ion hóa gồm phân tử, ngun tử, ion gốc tự [4, 8] Từ hình 3b nhận thấy hạt sắt nano có kích thước khác nhau, chủ yếu nhỏ 20 nm phân tán tốt Tuy nhiên, hạt lớn có xu hướng kết tụ, dính thành đám Hình biểu diễn hàm lượng sắt (tính từ lượng điện Q, mAh theo Faraday) phụ thuộc vào thời gian phản ứng phụ điều kiện thí nghiệm cơng nghệ DC cao áp như: khoảng cách điện cực anot-catot (HA-K), giá trị điện áp tỷ lệ diện tích điện cực anot catot (SA/SK) Kết hình cho thấy nồng độ FeNPs tăng suốt thời gian diễn thí nghiệm tất điều kiện phản ứng Khi điện áp tăng từ 1,5 kV đến 3,5 kV nồng độ FeNPs tăng chậm dần từ 2,5 kV đến 3,5 kV (hình 4b) Hình 4c cho thấy tỷ số SA/SK tăng từ (D0) đến 81 lần (D5), nồng độ FeNPs tạo thành phản ứng DC cao áp tăng so với thay đổi điện áp Ngược lại nồng độ FeNPs giảm tăng khoảng cách điện cực tăng từ 200 mm đến 450 mm (hình 4a) Có thể giải thích quy luật phụ thuộc biểu diễn sau: Vì khả tạo thành FeNPs [6] phụ thuộc vào q trình hịa tan anot Fe: Fe – 2e  Fe2+ trình khử: Fe2+ + H2  Fe0 + 2H+, nên diện tích điện cực anot lớn tạo điều kiện hòa tan hòa tan sắt tạo khả tăng FeNPs 128 N Đ Hùng, V N Nam, T T N Dung, “Khả ứng dụng … ô nhiễm môi trường.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 40 20 15 10 1,5 kV kV 2,5 kV 3kV 3,5 kV 35 30 Nồng độ sắt tính theo Faraday (mg/L) 45cm 40cm 35cm 30cm 25cm 20cm Nồng độ sắt tính theo Faraday (mg/L) Nồng độ sắt tính theo Faraday (mg/L) 25 25 20 15 10 -5 10 Thêi gian (Phót) a) 2,5 kV, SA/SK=49 10 D5 D4 D3 D2 D1 D0 25 20 15 10 0 10 Thêi gian (Phót) Thêigian(Phót) b) H=35 mm, SA/SK=49 c) H=30 mm, U=2,5 kV Hình Nồng độ sắt nano thu phụ thuộc vào thời gian phản ứng DC cao áp điều kiện khác (cMB= 300 mg/L, t= 10 phút): a) khoảng cách HA-K, b) điện áp U, kV c) tỷ lệ D: SA/SK 260 Nång ®é methylen xanh (mg/L) 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 §iƯn thÕ (kV) Hình Sự phụ thuộc vào điện áp nồng độ methylen xanh sau xử lý tại: HA-K: 350 mm, SA/SK=49 thời gian 10 phút có xuất plasma anot catot Tương tự, điện áp tăng thúc đẩy q trình hịa tan anot q trình khí H2 catot nên làm tăng khả tạo FeNPs Ngược lại tăng khoảng cách điện cực, thời gian tiếp xúc khí H2 sinh với ion sắt lòng dung dịch diễn chậm nên lượng FeNPs sinh Như công nghệ DC cao áp sử dụng điện cực sắt tạo dung dịch: Fe2+, FeNPs gốc OH*, O*, H2O*, … [8] tác nhân phản ứng với chất gây nhiễm mơi trường, điển hình thuốc Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, - 2019 129 Hóa học & Kỹ thuật mơi trường nhuộm MB Hình biểu diễn phụ thuộc nồng độ MB sau phản ứng điện hóa DC cao áp phụ thuộc vào điện thí nghiệm cho thấy, với nồng độ ban đầu MB dung dịch 300 mg/L sau xử lý 3,5 kV với HA-K=350 mm SA/SK= 49 lần 78,13 mg/L Plasma xuất sớm anot catot độ dẫn dung dịch có MB tăng đến 156 S Vì giảm khoảng cách điện cực HA-K=200 mm, tỷ lệ SA/SK= plasma xuất anot catot sau 10 phút nên nồng độ MB sau xử lý 0,028 mg/L đạt hiệu suất đến 99,99% (hình 6c) 65 80 60 100 70 60 50 45 40 90 HiÖu suÊt xư lý (%) HiƯu st xư lý (%) HiƯu st xö lý (%) 55 50 40 30 80 70 60 20 35 50 10 20 cm 25 cm 30 cm 35 cm Khoảng cách điện cực (cm) a 40 cm kV 1,5 kV kV 2,5 kV kV HiƯu ®iƯn thÕ (kV) b 3,5 kV D0 D1 D2 D3 D4 D5 Tỉ lệ kích thước tương đối cđa ®iƯn cùc anot/catot (mm /mm2) c Hình Hiệu suất xử lý metylen xanh ([MB]= 300 mg/L, t= 10 phút) phụ thuộc vào a) khoảng cách HA-K mm, b) điện áp kV tỷ lệ c) diện tích SA/SK Hiệu suất xử lý MB phụ thuộc vào điều kiện cơng nghệ DC cao áp trình bày hình Kết từ hình cho thấy, điều kiện thí nghiệm, hiệu suất q trình xử lý MB giảm tăng khỏang cách điện cực tăng tỷ lệ SA/SK, song lại tăng tăng điện áp Hiệu suất xử lý có giá trị cao đến 99,99 % điện áp DC 2,5 kV, khoảng cách anot catot 200 mm tỷ lệ SA/SK =1 Những kết khơng tương ứng với q trình tạo thành FeNPs hình Điều chứng tỏ vai trị hình thành plasma điện cực ảnh hưởng nhiều đến trình xử lý MB so với vai trò FeNPs KẾT LUẬN Các phản ứng điện hóa điện cực sắt với dịng DC cao áp mơi trường nước có metylen xanh xử lý với hiệu suất đến 99,99% 10 phút nhờ sắt nano plasma điện cực Nồng độ sắt nano tăng theo thời gian phản ứng, điện áp tỷ lệ diện tích anot catot, giảm khoảng cách anot catot tăng Ngược lại hiệu suất xử lý metylen xanh tăng tăng điện áp giảm tăng khoảng cách tỷ lệ diện tích anot với catot plasma điện cực ảnh hưởng nhiều Lời cảm ơn: Các tác giả xin chân thành cảm ơn Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thực nghiên cứu cho báo thông qua dự án mã số VAST.SXTN.03/16-17 130 N Đ Hùng, V N Nam, T T N Dung, “Khả ứng dụng … ô nhiễm môi trường.” Nghiên cứu khoa học công nghệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Mandal, B K Dubey, and A K Gupta, Review on landfill leachate treatment by electrochemical oxidation: Drawbacks, challenges and future scope, Waste Management, Vol 69, (2017), pp 250-273 [2] Nguyễn Đức Hùng, Khả chế tạo dung dịch nano kim loại q trình hịa tan anot với điện áp cao, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, T 50 Số 6, (2012), trang 669–676 [3] Nguyen Duc Hung, Nguyen Minh Thuy, Nguyen Nhi Tru, Characteristics and electrochemical mechanisms of a nanosilver solution formed by anodic dissolution with high DC voltage, Eur Phys J Appl Phys., 63, (2013), 20402, 10p [4] Nguyễn Đức Hùng, Phản ứng điện hóa điện áp cao với plasma điện cực, Tạp chí Hóa học, T 50, Số ĐB, (2012), trang 103-111 [5] Nguyễn Đức Hùng, Nguyễn Minh Thùy, Nguyễn Thanh Hải, Phan Thị Trang, Nguyễn Nhị Trự, Hiệu ứng điện ly plasma q trình điều chế dung dịch nano bạc dịng chều cao áp, Tạp chí Hóa học, T 52, Số 3, (2014), trang 326-333 [6] Nguyễn Đức Hùng, Đỗ Thanh Tuấn, Điều chế dung dịch sắt nano trình hịa tan anốt điện áp cao, Tạp chí Hóa học, T 50, Số 4, (2012), trang 425-428 [7] Le Quoc Trung, Nguyen Duc Hung, Nguyen Hoai Nam, Tran Van Chung, I Francis Cheng, Oxidation of 2,4.6-Trinitroresorcine Using Zero-Valent Iron, Asian Journal of Chemistry, Vol 22, No 4, (2010), pp 3200-3206 [8] Bo Jiang, Jingtang Zheng, Shi Qiu, Mingbo Wu, Qinhui Zhang, Zifeng Yan, Qingzhong Xue, Review on electrical discharge plasma technology for wastewater remediation, Chemical Engineering Journal, 236, (2014), pp 348–368 ABSTRACT POSSIBILITY FOR APPLY OF DC HIGH VOLTAGE TO TREAT THE ENVIRONMENTAL POLLUTION High-voltage DC electrochemical technology is capable for manufactoring of nanomaterials and electrodic plasma reactions, which can be used to reactively treat environmental pollutants With high-voltage DC by iron electrodes, the iron nanoparticle will produced as well as an agent of environmental pollution that can be fenton reaction On the other hand, the presence of plasma electrodes will create many active radicals that are also capable of reacting to environmental pollutants Methylene blue (300 mg/L) at 2,5 kV with 200 mm spacing iron electrode and SA/SK = will produce nanoparticles and plasma electrodes and treatment efficiency of methylene blue get up to 99.99% in just 10 minutes Keywords: High voltage electrochemistry; Nano iron; Electrodic plasma; Methylene blu; Electrochemistry with high voltage enviromental treatment Nhận ngày 27 tháng 11 năm 2018 Hoàn thiện ngày 19 tháng 12 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 16 tháng năm 2019 Địa chỉ: Viện Công nghệ Môi trường, VAST, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội * Email: nguyenduchung1946@gmail.com Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, - 2019 131 ... tài: ? ?Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm phản ứng điện hóa cao áp sử dụng điện cực sắt? ?? cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu:  Đánh giá khả xử lý nước thải dệt nhuộm. .. phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt Nội dung nghiên cứu bao gồm:  Khả tạo nano sắt phản ứng điện hóa cao áp chiều sử dụng điện cực sắt;  Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng (điện áp, ... giải cao, Viện Khoa học Vật liệu 2.2.1 Quy trình thực phản ứng điện hóa cao áp sử dụng điện cực sắt Mơ hình hệ phản ứng điện hóa cao áp mơ tả Hình 2.1 Quy trình thực phản ứng điện hóa cao áp sử dụng