ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Trƣờng đại học SƢ PHạM Hà NộI Khoa hóa học *********** Bùi thị ngát Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Fe2O3-SiO2 phƣơng pháp sol- gel cho phản ứng oxy hóa hồn tồn thuốc nhuộm hoạt tính Khố luận tốt nghiệp đại học Chun ngành: Hóa Cơng nghệ mơi trƣờng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ts Trần thị kim hoa Hà Nội - 2009 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp MỞ ĐẦU Bƣớc vào kỷ nguyên mới, hịa nhập với xu tồn cầu hóa, Việt Nam tiến hành công công nghiệp hóa - đại hóa đất nƣớc Hầu hết tất ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, dịch vụ du lịch…đều phát triển mạnh mẽ chiều sâu lẫn chiều rộng Sự phát triển mặt góp phần nâng cao chất lƣợng sống ngƣời nhƣng mặt khác khơng nghành thải lƣợng lớn chất gây ô nhiễm môi trƣờng, ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời, chẳng hạn nhƣ: Luyện kim, hóa chất, lọc hóa dầu, thuốc trừ sâu…và đáng ý ngành công nghiệp dệt nhuộm Hiện công nghiệp dệt nhuộm ngành sản xuất quan trọng chiến lƣợc phát triển kinh tế - xã hội Việt nam Công nghiệp dệt may, cơng nghiệp nhuộm màu khơng góp phần tăng tỷ trọng xuất mà giải công ăn việc làm cho lƣợng lớn lao động Tuy nhiên với lợi ích kinh tế mặt trái gây nhiễm mơi trƣờng lƣợng lớn nƣớc thải chƣa đƣợc xử lý cách có hiệu Vì vậy, vấn đề xử lý ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm cần thiết để bảo vệ mơi trƣờng bảo vệ sống Hiện có nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm , nhƣng chƣa có phƣơng pháp tỏ hữu hiệu tất loại nƣớc thải Phƣơng pháp keo tụ đƣợc ứng dụng nhiều tỏ phù hợp xử lý nƣớc thải chứa thuốc nhuộm khó tan (hồn ngun, phân tán), nhƣng lại khơng hiệu nƣớc thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Các phƣơng pháp nhƣ keo tụ, điện hóa, oxy hóa chi phí xử lý cao Phƣơng pháp sinh học tỏ hiệu phân hủy thuốc nhuộm bền vững (khó phân hủy sinh học), vi sinh vật bị chết hàm lƣơng kim loại nặng chứa nƣớc thải SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Để chọn phƣơng pháp xử lý cho phù hợp cần phải ý đến chất, nồng độ, lƣợng nƣớc thải nhuộm Xu hƣớng nay, nhà khoa học tập trung nghiên cứu q trình oxy hóa tiên tiến (Advanced Oxidation Processes AOPS) để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm Q trình sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh nhƣ hydropeoxit, ozon kết hợp với xạ UV, xúc tác đồng thể xúc tác dị thể Ở Việt Nam, nƣớc thải mối quan tâm hàng đầu ngành dệt, đặc biệt nƣớc thải trình dệt nhuộm Theo số liệu thống kê Vinatex, hàng năm ngành dệt nƣớc ta thải môi trƣờng khoảng 24 30 triệu m3 nƣớc thải, có khoảng 10% đƣợc xử lý trƣớc đổ môi trƣờng Từ nhu cầu thực tiễn, tiến hành nghiên cứu tổng hợp xúc tác Fe2O3 - SiO2 phƣơng pháp sol - gel cho q trình oxy hóa hồn tồn thuốc nhuộm hoạt tính Levafix Golden Yellow E- G (LGY 27) SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thuốc nhuộm [1] Thuốc nhuộm dùng ngành dệt hợp chất hữu hấp thụ mạnh phần định quang phổ ánh sáng nhìn thấy có khả nhuộm vật liệu dệt điều kiện định Ngoài ra, hợp chất hữu có màu cịn phải đáp ứng u cầu khác nhƣ có độ bền màu, khơng độc hại môi trƣờng tổng hợp sử dụng, áp dụng dễ dàng, có giá thành chấp nhận đƣợc.Có hai loại thuốc nhuộm thiên nhiên tổng hợp, nhƣng hầu nhƣ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Thuốc nhuộm tổng hợp: đƣợc tổng hợp lần vào năm 1856 từ hợp chất hữu gọi sản phẩm trung gian 1.2 Phân loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm bao gồm nhiều loại có cấu trúc khác đƣợc phân loại cách có hệ thống Trong chất màu đƣợc phân chia theo hai cách, phân loại theo đặc tính áp dụng theo cấu trúc hóa học 1.2.1 Phân loại theo cấu trúc hóa học Bao gồm nhiều chất hóa học mang màu phân tử thuốc nhuộm, chủ yếu có màu azo vói hay nhiều nhóm azo (-N=N-) màu stiben, tiazol, antraquinen idigoit, qui - acridon, quinophtalon, aminoaxeton hydroxi - xeton, phtaloxiamin, phomazan, xianin, nitro nitrozo, điphenyl metan triaryl metan, xanten… 1.2.2 Theo đặc tính áp dụng + Thuốc nhuộm axit: thuốc nhuộm axit thuốc nhuộm anion tan dặc trƣng khả tự nhuộm với sơ sợi protein.Thuốc nhuộm axit màu phức kim loại 1: thông thƣờng nhuộm len dung dịch có tính axit mạnh, thuốc nhuộm phức kim loại 1: nhuộm môi trƣờng axit yếu SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp + Thuốc nhuộm bazơ: Các thuốc nhuộm bazơ truyền thống trƣớc dùng để nhuộm tơ tằm cầm màu Tannim, cịn thuốc nhuộm bazơ biến tính (phần tử chúng thƣờng đƣợc đặc trƣng điện tích dƣơng khơng định vị nên đƣợc gọi thuốc nhuộm cation, dùng nhuộm chủ yếu sợi acrylic + Thuốc nhuộm phân tán: Thuốc nhuộm phân tán có lực với hay nhiều loại xơ sợi vải tổng hơp kị nƣớc Thuốc nhuộm phân tán có khả hịa tan thấp nƣớc nhƣng hịa tan tới mức độ dung dịch chất hoạt động bề mặt nhiệt độ quy định + Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp thuốc nhuộm anion có khả tự nhuộm sợi xenlulo Trong màu thuốc nhuộm trực tiếp có 70% cấu trúc azo khơng kim loại hóa + Thuốc nhuộm hồn ngun: Thuốc nhuộm hồn ngun chất màu không tan nƣớc chứa hai hay nhiều nhóm xeton ( >C = O) Khoảng 80% thuốc nhuộm hồn ngun thuộc lớp hóa học antraquinol + Thuốc nhuộm hoạt tính (TNHT): Thuốc nhuộm hoạt tính thuốc nhuộm anion tan có khả phản ứng hóa học với sợi điều kiện áp dụng định, tạo thành liên kết cộng hóa trị với sợi Đặc điểm cấu tạo cuả thuốc nhuộm có hay nhiều nhóm hoạt tính khác Có số nhóm hoạt tính quan trọng nhƣ: vinylsunfon, halotiazin (VD: monoclotriazin) halopirimidin (VD:difloclopiirrimidin) Ngoại trừ nhóm mang màu antraquinon, dioxazin,phtaloxianin có màu xanh - xanh tất màu cịn lại có 95% thuốc nhuộm azo cấu trúc hoạt tính [- N = N -] SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp LGY Hình 1: Cơng thức hóa học thuốc nhuộm hoạt tính LGY 27 Thuốc nhuộm LGY 27, màu vàng, thuốc nhuộm hoạt tính co tên thƣơng mại là: Levafix Golden Yellow E- G, thƣờng kí hiệu : LGY 27, có gốc mang màu azo (- N = N -), nhóm hoạt tính : đicloquinoxalin, có cơng thức cấu tạo nhƣ (hình 1) 1.3 Sự nhiễm môi trƣờng nƣớc thuốc nhuộm Vấn đề ô nhiễm môi trƣờng chủ yếu công nghệ dệt nhuộm ô nhiễm nƣớc thải, ô nhiễm môi trƣờng không thuốc nhuộm mà bao gồm nhiều chất phụ da trình phụ trợ khác: muối, chất hoạt động bề mặt, axit, bazơ…[4] SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Một số hình ảnh ô nhiễm môi trƣờng thuốc nhuộm gây ra: Hình 2: Nước thải từ xã Dương Nội, Hà Đơng nhuộm đỏ sông La Khê (nhánh sông Nhuệ) - trích từ báo Tiền Phong : “con sơng xanh thành sơng chết” Hình 3: Nước thải cơng ty TNHH may mặc giặt tẩy Bến Nghé SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Hình 4: Nước thải từ làng nghề dệt nhuộm ven Đơ Hình 5: Nước sơng Sài Gịn đoạn Bình Triệu bị phân chia thành hai màu rõ rệt nhiễm Có hai đƣờng thuốc nhuộm vảo môi trƣờng thông qua nƣớc thải, từ nhà máy sản xuất, điều chế thuốc nhuộm từ nơi tiêu thụ thuốc nhuộm ngành dệt chủ yếu Trong sản xuất thuốc nhuộm, nhà máy sản xuất phải tuân thủ quy định nghiêm ngặt hiệp hội an toàn sản xuất sử dụng Các sản phẩm bán kèm theo “phiếu số liệu an toàn” cơng bố thơng số quy định phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế Song thuốc nhuộm nƣớc ta nhập từ nguồn khác lợi ích kinh tế mà nhiều nhà sản xuất bất chấp tất để sản xuất loại thuốc nhuộm chất lƣợng, ngƣời tiêu dùng lại cần giá rẻ, tiện dụng mà không quan tâm đến rủi ro xảy Chính nảy sinh mối nguy hại ảnh hƣởng đến môi trƣờng sinh thái SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Các nhà nghiên cứu cho biết, đại đa số thuốc nhuộm đƣợc phép sản xuất có tính độc thấp, chúng khơng gây hiệu ứng có hại nồng độ nƣớc thải chúng dƣới giới hạn nhìn thấy đƣợc Tuy nhiên nồng độ cao gây hại Một số thuốc nhuộm Bazơ nhƣ thuốc nhuộm diazo có độc hại cao gây ung thƣ, gây dị ứng, đột biến gen…Thuốc nhuộm gây kích thích hay viêm da, viêm mắt Đặc biệt số TNHT tiếp xúc trực tiếp với da hít vào gây dị ứng da, gây khó thở dẫn đến hen suyễn Thuốc nhuộm chất độc số loài thủy hải sản Màu nƣớc thải đậm gây cản trở hấp thụ oxy xạ mặt trời gây bất lợi cho hô hấp sinh trƣởng quần thể vi sinh nhƣ loại thủy hải sản khác, làm ảnh hƣởng xấu đến khả phân giải vi sinh hợp chất hữu nƣớc thải Ngồi màu nƣớc thải cịn tác động đến cảm quan cộng đồng dân cƣ Các màu xanh, xanh hay màu nâu đƣợc ngƣời chấp nhận màu tự nhiên; cịn màu nhƣ đỏ hay đỏ tía, màu vàng “ không tự nhiên” thƣờng đƣợc quan tâm nhiều khó đƣợc ngƣời chấp nhận Vì việc xử lý thuốc nhuộm không xử lý tính độc hại mà cịn loại bỏ màu sắc để không gây cảm giác không an toàn ngƣời sử dụng, tiếp xúc với dịng nƣớc thải có chứa thuốc nhuộm 1.4 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm Theo tiêu chuẩn nƣớc thải công nghiệp nay, yêu cầu số COD thấp riêng chất hữu lại có yêu cầu riêng Để xử lý nƣớc thải cơng nghiệp nói chung nƣớc thải dệt nhuộm nói riêng ngƣời ta sử dụng nhiều phƣơng pháp SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp 1.4.1 Phương pháp xử lý sinh học Cơ sở phƣơng pháp sử dụng vi sinh vật, nấm, tảo để phân hủy hợp chất hữu nƣớc thải Đây phƣơng pháp thơng dụng lâu đời, phƣơng pháp có hiệu nồng độ chất hữu thấp (khoảng vài chục đến vài trăm mg/l) có khả phân hủy sinh học 1.4.2 Phương pháp keo tụ Cơ sơ phƣơng pháp sử dụng chất gây keo tụ chất ô nhiễm Các chất keo tụ thƣờng dùng muối hỗn hợp muối (Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 ), phƣơng pháp đơn giản đƣợc dùng nhiều xử lý sơ ô nhiễm nƣớc thải nhuộm phân tử thuốc nhuộm lớn dễ bị keo tụ Các chất hữu không bị keo tụ lại nƣớc thải phải dùng phƣơng pháp khác để xử lý Hạn chế phƣơng pháp sinh lƣơng bùn lớn 1.4.3 Phương pháp hấp phụ Sử dụng vât liệu để hấp phụ chất ô nhiễm, thông dụng than bùn, than hoạt tính Phƣơng pháp chủ yếu dùng để làm nƣớc ngầm nguồn nƣớc chứa lƣợng chất hữu cơ.[5] 1.4.4 Các phương pháp oxy hóa hóa học + Phương pháp điện hóa : Sử dụng phƣơng pháp oxy hóa điện hóa oxy hóa quang điện hố để xử lý nhiễm nƣớc thải cơng nghiệp Q trình xảy điều kiện khắt khe, giá thành cao, tính khả thi thấp + Phương pháp oxy hóa tiên tiến: (Advanced oxidation processes AOPS) Mục đích q trình oxy hóa hóa học vơ hóa chất hữu độc hại thành đioxit cacbon (CO2) nƣớc oxy hóa phần chuyển thành chất độc hại [4,6,7] SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1.Đặc trƣng cấu trúc xúc tác Fe2O3 - SiO2 Mẫu Fe2O3 - SiO2 sau tổng hợp đặc trƣng số kỹ thuật: nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS)…chúng thu đƣợc số kết sau : 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X Để xác định cấu trúc xúc tác tổng hợp, chúng tơi đo phổ XRD (hình 13) mẫu Fe2O3 - SiO2 (5% Fe2O3) Hình 13: Phổ XRD mẫu xúc tác Fe2O3 - SiO2 Kết cho thấy có pic rộng góc 2θ = 15÷ 30 0, đặc trƣng cho cấu trúc vơ định hình SiO2 Trên phổ XRD khơng có pic đặc trƣng cho oxit sắt, chí hàm lƣợng oxit sắt 5% Điều cho thấy kỹ thuật SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp XRD không đủ nhạy để phát lƣợng nhỏ oxit sắt đƣờng phổ XRD SiO2 vơ định hình q cao 3.1.2 Phổ tán xạ lượng tia X Hàm lƣợng sắt trạng thái sắt mẫu xúc tác tổng hợp đƣợc đặc trƣng phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS) Bảng phân tích thành phần nguyên tố phổ EDS (bảng 1) cho thấy nguyên tố O, Si, Fe có tỷ lệ theo khối lƣợng 58,69%; 38,63%; 2,70% tỷ lệ nguyên tử tƣơng ứng 72,05%; 27,00%; 0,95% Bảng 1: Phân tích thành phần nguyên tố phổ EDS xúc tác Nguyên tố % khối lƣợng %nguyên tử OK 58.69 72.05 Si K 38.61 27.00 Fe K 2.70 0.95 KÕt qu¶ 100.00 Hình 14: Phổ EDS xúc tác Fe2O3 - SiO2 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Phổ EDS (hình 14) cho biết có mặt nguyên tố mẫu, pic đặc trƣng cho nguyên tố sắt cƣờng độ thấp tù không sắc nét hàm lƣợng sắt nhỏ độ phân tán cao 3.1.3 Hiển vi điện tử qt.(SEM) Để có thơng tin kích thƣớc hình dạng mẫu Fe2O3 - SiO2 đƣợc chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) Hình 15: Ảnh SEM mẫu Fe2O3 - SiO2 Ảnh SEM cho thấy mẫu xúc tác tổng hợp có kích thƣớc hạt đồng xấp xỉ 30nm 3.2 Đánh giá hoạt tính oxy hóa xúc tác Phản ứng oxy hóa thuốc nhuộm hoạt động LGY 27 xúc tác Fe2O3SiO2 (1g/l) thực 50oC tác nhân oxy hóa hydropeoxit Sản phẩm đƣợc lấy theo thời gian xác định mật độ quang D bƣớc sóng λmax = 437nm Độ chuyển hóa LGY 27 đƣa bảng SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Bảng 2: Độ chuyển hóa LGY 27 xúc tác Fe2O3 - SiO2 Lƣợng Thời gian xúc tác 1h 2h 3h 4h 5h g/l 3,87 5,43 5,94 6,46 9,43 g/l 4,39 15,68 45,94 72,38 84,50 6h 94,98 Hình 16: Độ chuyển hóa LGY 27 theo thời gian phản ứng 50 oC [a]: Fe2O3 - SiO2 (5%Fe2O3, 1g/l) [b]: không xúc tác Khi khơng có xúc tác độ chuyển hóa LGY 27 thấp đạt 9,3% sau 5h phản ứng Dƣới tác dụng tác nhân oxi hóa mạnh H2O2 nhiệt độ, phân hủy thuốc nhuộm LGY 27 Sự có mặt xúc tác Fe2O3 - SiO2 (1g/l) làm tăng độ chuyển hóa sau 5h đạt 84,5% sau 6h đạt 95% Nhƣ vậy, với lƣợng xúc tác nhỏ làm tăng độ chuyển hóa xấp xỉ 10 lần Trong trình phản ứng, màu thuốc nhuộm nhạt dần theo thời gian biến sau 5h Kết cho thấy có mặt Fe mẫu tổng hợp đóng vai trị tâm hoạt tính xúc tác oxi hóa Và phản ứng xảy theo chế trình Fenton dị thể Để làm rõ thay đổi phân tử cấu trúc đặc trƣng thuốc nhuộm hoạt tính LGY 27 q trình oxi hóa Các mẫu sản phẩm đƣợc đo hấp thụ UV- VIS theo thời gian phản ứng SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Hình 17: Phổ UV-Vis LGY 27 sản phẩm phản ứng Từ phổ UV-Vis (hình 17) nhận thấy trƣớc phản ứng phổ UV-Vis LGY nƣớc đƣợc đặc trƣng dải band vùng nhìn thấy đạt hấp thụ cực đại bƣớc sóng λ max = 437nm hai dải band vùng tử ngoại 320nm, 265nm Dải band có cƣờng độ mạnh 437nm chuyển dịch điện tử từ n→ л  nhóm azo -N=N- [14] Các dải band đƣợc quan sát 320nm 265nm đặc trƣng cho dịch chuyển từ     liên kết đơi vịng thơm [13] Pic bƣớc sóng  207nm đặc trƣng cho nhóm >C=O phân tử thuốc nhuộm Sự màu thuốc nhuộm theo thời gian phản ứng liên kết azo bị bẻ gãy cƣờng độ pic 437nm giảm Cƣờng độ pic đặc trƣng cho vòng thơm (320nm, 265nm) giảm đồng thời xuất vai nhỏ 254nm, 228nm dần biến theo thời gian phản ứng Điều chứng tỏ trình oxy hóa, vịng thơm bị phá vỡ hình thành chất trung gian bền Sau 5h phản ứng, màu thuốc nhuộm biến cấu trúc SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp vịng thơm bị phá hủy hoàn toàn Trong dung dịch lƣợng nhỏ axit cacboxylic hay hydrocacbon nối đôi mạch thẳng (215nm) Khả vô hóa thuốc nhuộm LGY 27 xúc tác Fe2O3 - SiO2 với tác nhân oxy hóa H2O2 đƣợc thể số COD Sau 6h phản ứng số COD giảm xấp xỉ 90% Nhƣ xúc tác nano Fe2O3 - SiO2 xúc tác có khả oxy hóa sâu thuốc nhuộm hoạt tính Để đánh giá độ bền xúc tác Fe2O3 - SiO2 xác định lƣợng sắt tan dung dịch phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) Kết phân tích AAS cho thấy sau 6h phản ứng lƣợng sắt tan xấp xỉ 0,5mg/l Theo phổ EDS lƣợng sắt mẫu tổng hợp 27mg Fe/ 1g xúc tác, với hàm lƣợng xúc tác 1g/l dung dịch phản ứng lƣợng sắt tan khơng đáng kể (1,8%) Nhƣ đánh giá sơ xúc tác nano Fe2O3 SiO2 tổng hợp theo phƣơng pháp sol-gel tƣơng đối bền có khả dùng lại nhiều lần SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành công oxit hỗn hợp Fe2O3 - SiO2 có kích thƣớc nano (30nm) phƣơng pháp sol-gel từ tiền chất TEOS FeCl3 Mẫu Fe2O3 - SiO2 đƣợc đặc trƣng cấu trúc, thành phần nguyên tố, kích thƣớc hạt phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS) hiển vi điện tử quét (SEM) Đánh giá hoạt tính xúc tác oxy hóa Fe2O3 - SiO2 phản ứng oxy hóa thuốc nhuộm hoạt tính LGY 27, kết cho thấy 50oC sau 6h độ chuyển hóa LGY đạt 95% Màu thuốc nhuộm tồn vịng thơm bị phá, mức độ vơ hóa đạt xấp xỉ 90% (theo số COD) Lƣợng sắt tan phản ứng không đáng kể (1,8%), xúc tác nano Fe2O3 - SiO2 tổng hợp theo phƣơng pháp sol-gel tƣơng đối bền, có khả dùng lại đƣợc nhiều lần SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM kh¶o Cao Hữu Trƣợng, Nguyễn Thị Lĩnh Hóa học thuốc nhuộm 2004 Đại học Bách Khoa Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngơ Thị Nga Giáo trình cơng nghệ xỷ lý nước thải 1999 NXB KH & KT Hà Nội Trần Mạnh Trí, Trần Mạnh Trung Các trình oxy hóa nâng cao xử lý nước nước thải 2006 NXB KH KT Hà Nội Fan Lee Reactivive dyes and the probem of effluent Technical Features Ata fournal Feb/mark 1997 61-64 G.M.Walker, L.R.Weatherley COD Remeval from textile industry effluent: Pilot plant studenties Chemical Engineering fournal 84 (2001) 125-131 D.Duprer, F.Delanoe, J.barbier JR, P.Isnard, G.Blanchard Catalytic Oxidation of organic compounds in aqueous media Catalysis today 29.(1996) 317-322 Roberto Andreozzi, Vincenzo Capiro; Amedeo Insola, Raffacle Marotta Advanced oxidation processes (APOs) for water purification and Recovery Catalysis Today 53 (1999) 51-59 Jiefang Zhu, Wei Zheng, Bin He, Jinlong Zhang, Masakazu Anpo Characterization of Fe - TiO2 photo catalysts synthesized by hydrothermal methol and their photo catalytic Reactivity for photo degradation of XRG dye diluted in water Journal of Molecular catalysis A: chemical 216 (2004) 35-43 M Rodriguez, N Ben Abderrazik, S Contreras, E Chamarrd, J Gimenez, S Esplugas Iron (III) photoxidation of organic compounds in aqueous solution Applied catalysis B: Envirenmental 37 (2002) 131-137 10 J.CLon and S.S Lee Chemical oxidation of BTX using Fenton’s Reagent Hazardous waste and Hazardous material Volume 12, number 2, 1995 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp 11 Gabriele Centi, Singlinda Perathoner Teresa Torre, Maria Grazia Verduna Catalytic Wet oxidation with H2O2 of carboxylic acids on homogeneous and heterogenous Fenten - typy catalysts Catalysis today 55 (2000) 61- 69 12 L.F Liotta, M Gruttadauria, G Dicarlo G perrini V Librando Heterogeneous catalytic degradation of phenolic substrates: Catalysts activity Journal of hazardous material 162 (2009) 588-606 13 Huizhang, Jianhua Zhang, Chunyang Zhang, Fang Lin, Daobin Zhang Degradation of C.I acid orange by the advanced Fenton process in combi-nation with ulncaronic irradiation Ultrasonics Sono chemistry 16 (2009) 325- 330 14 Jiyun Feng, Xijiun Hu, Polock Yue Novel bentonite clay- based Fe nanocomposite as a heterogeneous catalyst for photo - Fenton discoloration and Mineralization of orange II Environ Sci Techol 2004, 38, 269-275 15 Ju He, Wanhong Ma, Jianjun He, Jincai Zhao,Jimmy C Yn.Photo oxidation of azo dye in aqueous dispersions Envionmental 39 (2002) 211-220 16 Jerry A Mielczarski, Gonzalo Menten Atenas,Ela Mielczarski Role of ion surface oxidation Layers in decomposition of azo - dye water pollutants in weak acidic solutions 17 Brian L Cushing, Vladimir L Kolesnichenko, and Charles J O’connor Recent advanced in the liquid-phas syntheses of Inoranganic Nanoparticles Chem Rev, 2004, 104(9) 3893-3946 18 R.Ratnasamy and R Rumar Ferrisilicat analogs of Zeolites Vol.9, No.4, 10 june 1991 19 Zheng- lin Lu, Ekkehard Lindner and Hermann A Mayer Application of sol - gel - processed Interphase catalysts Chem Rev 2002 102 (10) 3543-3578 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành cảm ơn dạy dỗ tận tình thầy cô Trƣờng Đại học sƣ phạm Hà Nội II, đặc biệt thầy cô khoa Hóa Học trƣờng Khóa luận tốt nghiệp đƣợc thực phịng Hóa Lý Bề Mặt, Viện Hóa Học, Viện Hóa Học Cơng Nghệ Việt Nam Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, tơi nhận đƣợc bảo giúp đỡ kiến thức nhƣ kỹ thuật thực nghiệm cán nghiên cứu Viện Nhờ hƣớng dẫn nhiệt tình hiệu mà tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp khoảng thời gian tƣơng đối eo hẹp.Do đó, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến tiến sĩ Trần Thị Kim Hoa cán nghiên cứu phịng Hóa Lý Bề Mặt, Viện Hóa Học, Viện Hóa Học Cơng Nghệ Việt Nam quan tâm chu đáo buổi đầu tập nghiên cứu Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ tơi năm tháng học tập Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Bùi Thị Ngát SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu tôi: “Nghiên cứu tổng hợp xúc tác Fe2O3 - SiO2 phƣơng pháp sol - gel cho phản ứng oxy hóa hồn tồn thuốc nhuộm hoạt tính Levafix Golden Yellow E - G (LGY 27) ” không trùng với đề tài nghiên cứu sinh viên trƣờng đại học khác Nếu sai tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm Hà nội, ngày 15 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Bùi Thị Ngát SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Danh mục hình vẽ-sơ đồ, bảng Hình 1: Cơng thức hóa học thuốc nhuộm hoạt tính LGY 27 Hình 2: Nƣớc thải từ xã Dƣơng Nội, Hà Đông nhuộm đỏ sông La Khê (nhánh sơng Nhuệ) - trích từ báo Tiền Phong : “con sơng xanh thành sơng chết” Hình 3: Nƣớc thải công ty TNHH may mặc giặt tẩy BẾN NGHÉ Hình 4: Nƣớc thải từ làng nghề dệt nhuộm ven Đơ Hình 5: Nƣớc sơng Sài Gịn đoạn Bình Triệu bị phân chia thành hai màu rõ rệt nhiễm Hình 6: Sơ dồ tổng hợp oxit phƣơng pháp sol - gel Hình 7: Sự hình thành cấu trúc dimmer, 2-D, 3-D Hình 8: Ảnh hƣởng pH đến cấu hình hạt gel Hình 9: Sơ đồ tổng hợp xúc tác Fe2O3 - SiO2 Hình 10a: Máy nhiễu xạ Rơnghen Hình 10b: Sơ đồ tia tới tia phản xạ tia tới Hình 11 : Bƣớc chuyển lƣợng electron Hình 12 : Sơ đồ phản ứng oxy hóa pha lỏng Hình 13: Phổ XRD mẫu xúc tác Fe2O3 - SiO2 Hình 14: Phổ EDS xúc tác Fe2O3 - SiO2 Hình 15: Ảnh SEM mẫu Fe2O3 - SiO2 Hình 16: Độ chuyển hóa LGY 27 theo thời gian phản ứng 50oC Hình 17: Phổ UV-Vis LGY 27 sản phẩm phản ứng Bảng 1: Phân tích thành phần nguyên tố phổ EDS xúc tác Bảng 2: Độ chuyển hóa LGY 27 xúc tác Fe2O3 - SiO2 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu COD: Chemical Oxidation Demand TEOS: Tetra ethyl octosilicat {Si(C2H5O)4} TNHT: Thuốc nhuộm hoạt tính UV - VIS: Ultra violet - visible (phổ kích thích hạt nhân) SEM: Scanning Electron Mcroscope (Hiển vi điện tử quét) EDS: Energy Dispersive Spectroscopy (tán xạ lƣợng tia X) XRD: X - ray Diffraction (nhiễu xạ tia X) LGY 27: Levafix Golden Yellow E- G CWAO: Catalytic Wet Air Oxidatio (Xúc tác oxy hóa dùng tác nhân oxy khơng khí) AOPs: Advanced Oxidation Processes AOPS (phƣơng pháp oxy hóa tiên tiến) AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric (Phƣơng pháp hấp thụ nguyên tử) SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khúa lun Tt nghip Mc lc Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục hình vẽ-sơ đồ, bảng Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu M U CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thuốc nhuộm [1] 1.2 Phân loại thuốc nhuộm 1.2.1 Theo cấu trúc hóa học 1.2.2 Theo đặc tính áp dụng 1.3 Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc thuốc nhuộm 1.4 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm 1.4.1 Phƣơng pháp xử lý sinh học 1.4.2 Phƣơng pháp keo tụ 1.4.3 Phƣơng pháp hấp phụ 1.4.4 Các phƣơng pháp oxy hóa hóa học 1.5 Oxy hóa tiên tiến AOPs 10 1.5.1 Oxy hóa quang hóa 10 1.5.2 Oxy hóa xúc tác đồng thể 11 1.5.3 Oxy hóa xúc tác dị thể [12] 12 1.6 Phƣơng pháp sol - gel 13 1.6.1 Hóa học sol - gel…………………………………………………14 1.6.2 Sự hình thành liên kết sắt - silicat [18] 18 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19 2.1 Tổng hợp xúc tác Fe2O3 - SiO2 phƣơng pháp sol - gel 19 2.2 Các phƣơng pháp đặc trƣng xúc tác 21 2.2.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (X - ray Diffraction: XRD) 21 SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ phạm Hà Nội Khóa luận Tốt nghiệp 2.2.2 Phƣơng pháp phổ tán xạ lƣợng tia X (EDS) 23 2.2.3.Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu hoạt tính xúc tác 24 2.3.1 Phƣơng pháp phổ kích thích electron (Ultra violet - visible: UV - Vis) 24 2.3.2 Phƣơng pháp COD (Chemical Oxidation Demand) 26 2.3.3 Phƣơng pháp xác định hoạt tính xúc tác 28 CHƢƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1.Đặc trƣng cấu trúc xúc tác Fe2O3 - SiO2 29 3.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X………………………………………….……29 3.1.2 Phổ tán xạ lƣợng tia X………………………………….….30 3.1.3 Hiển vi điện tử quét (SEM)………………………………………31 3.2 Đánh giá hoạt tính xúc tác 31 KẾT LUN.35 Tài liệu tham khảo .36 SV : Bựi Th Ngát Lớp : K31A- Hóa ... chất nghiên cứu 2.3.3 Phương pháp xác định hoạt tính xúc tác Trong luận văn nghiên cứu đánh giá khả xúc tác Fe2O3 - SiO2 phản ứng oxy hóa hồn tồn thuốc nhuộm hoạt tính Levafix Golden Yellow E-... thuốc nhuộm LGY 27 xúc tác Fe2O3 - SiO2 với tác nhân oxy hóa H2O2 đƣợc thể số COD Sau 6h phản ứng số COD giảm xấp xỉ 90% Nhƣ xúc tác nano Fe2O3 - SiO2 xúc tác có khả oxy hóa sâu thuốc nhuộm hoạt. .. hành nghiên cứu tổng hợp xúc tác Fe2O3 - SiO2 phƣơng pháp sol - gel cho trình oxy hóa hồn tồn thuốc nhuộm hoạt tính Levafix Golden Yellow E- G (LGY 27) SV : Bùi Thị Ngát Lớp : K31A- Hóa ĐH Sƣ