Luận văn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy thuốc nhuộm methyl blue bẳng các tác nhân fe2+/h2o2, uv/h2o2 và fe2+/uv/h2o2

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG VÕ THỊ THÙY DUNG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY THUỐC NHUỘM METHYL BLUE BẲNG CÁC TÁC NHÂN Fe2+/H2O2, UV/H2O2 VÀ Fe2+/UV/H2O2 Chuyên ngành : Hóa hữu cơ Mã số : 60.44.27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỮU CƠ 2011 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN VỮNG Phản biện 1:. Phản biện 2:... Luận văn sẽ ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hoá hữu cơ họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày.tháng..năm.. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, ñại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Hiện nay, ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta ñang phát triển ña dạng với những qui mô khác nhau. Trong quá trình hoạt ñộng sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm ñã tạo ra lượng lớn chất thải có mức ñộ gây ô nhiễm cao. Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường có nhiệt ñộ cao (thấp nhất là 400C), ñộ pH lớn, chứa nhiều loại hóa chất, thuốc nhuộm khó phân hủy, ñộ màu cao và hàm lượng cặn lơ lửng cao có chứa dầu mỡ. Lượng thuốc nhuộm dư sau công ñoạn nhuộm có thể lên ñến 50% tổng lượng thuốc nhuộm ñược sử dụng ban ñầu. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có ñộ màu cao và nồng ñộ chất ô nhiễm lớn. Nếu không ñược xử lí tốt, nước thải do dệt nhuộm sẽ gây ô nhiễm môi trường, ñặc biệt là ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm. Góp phần hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm, trong thời gian gần ñây ñã có nhiều nỗ lực ñể giảm thiểu lượng và tính ñộc của các dòng thải công nghiệp. Các công trình này chủ yếu áp dụng ñộc lập hoặc kết hợp nhóm các phương pháp hóa lí, phương pháp sinh học và phương pháp oxi hóa nâng cao. Quá trình xử lí sinh học diễn ra nhờ sự phân hủy hiếu khí và kị khí của bùn hoạt tính lơ lửng ñể phân hủy các chất hữu cơ dễ phân giải vi sinh (như bột sắn dùng hồ sợi dọc). Song, với những chất hữu cơ ñộc hại và khó phân hủy sinh học như poly (vinyl axetat), thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm hoạt tính và các chất dùng ñể tẩy trắng vải thì phương pháp này tỏ ra không hiệu quả. Quá 4 trình xử lí hóa lí nhằm ñiều chỉnh, trung hòa ñộ pH của nước thải , dùng keo tụ, tạo bông ñể loại bỏ các loại thuốc nhuộm khó phân hủy sinh học (giảm nồng ñộ BOD) và khử ñộ màu. Tuy nhiên, nhược ñiểm của phương pháp này là chi phí hóa chất cao và lượng bùn sinh ra lớn. Chính vì lẽ ñó, sự kết hợp các phương pháp truyền thống với phương pháp oxi hóa nâng cao là một sự lựa chọn hợp lí. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ ñộc hại bằng các phương pháp hoá nâng cao như: quá trình Fenton, Fenton/UV hiện nay ñang rất ñược quan tâm nghiên cứu do có chi phí xử lí tương ñối thấp, hoá chất lại dễ tìm, không ñộc hại và tỏ ra khá hiệu quả. Tuy nhiên, tất cả các phương pháp ñều có ưu, có nhược, không một phương pháp nào là hoàn hảo cả. Nếu sử dụng Fenton thì lượng hóa chất dùng cho ñiều chỉnh pH cũng không ít, ñồng thời nếu hàm lượng Fe2+ dư sẽ rất khó ñể loại bỏ. Còn nếu sử dụng UV/H2O2 thì sẽ không hiệu quả với những nước thải dệt nhuộm màu ñen vì cản trở tia UV. Chính vì vậy, tùy thuộc vào từng hoàn cảnh cụ thể mà chúng ta sẽ lựa chọn phương pháp tối ưu nhất. Cùng với những lí do trên, tôi ñã chọn ñề tài “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân hủy thuốc nhuộm methyl blue bằng các tác nhân Fe2+/H2O2, UV/H2O2 và Fe2+/UV/H2O2” với mong muốn góp phần nhỏ bé vào việc xử lí nước thải dệt nhuộm ở nước ta. 5 2. Mục ñích nghiên cứu Tìm ñược các thông số tối ưu ñể quá trình phân hủy methyl blue ñạt hiệu quả cao nhất bởi các tác nhân Fe2+/H2O2, UV/H2O2 và Fe2+/UV/H2O2. So sánh mức ñộ phân hủy methyl blue bởi 3 tác nhân trên. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đề tài ñược thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng trên các mẫu giả chứa methyl blue. 4. Các phương pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu lí thuyết 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm - Đo cường ñộ chùm sáng trong bình phản ứng quang hoá bằng phương pháp Uranil actinometer. - Xác ñịnh nhu cầu oxi hoá học COD bằng phương pháp Bicromat Cr2O72-/Cr3+ hoặc phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS. - Xác ñịnh hàm lượng hữu cơ tổng TOC (nếu có ñiều kiện). - Xác ñịnh ñộ chuyển hoá của methyl blue bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân huỷ methyl blue bằng tác nhân Fe2+/H2O2. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân huỷ methyl blue bằng tác nhân UV/H2O2. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phân huỷ methyl blue bằng tác nhân Fe2+/UV/H2O2. 6 - So sánh mức ñộ phân hủy giữa 3 tác nhân. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 6. Bố cục luận văn Nội dung của ñề tài ñược trình bày trong 3 chương Chương I: Tổng quan Chương II: Nghiên cứu thực nghiệm Chương III: Kết quả và thảo luận 7 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 1.1. Nước thải dệt nhuộm 1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm 1.1.2. Methyl Blue Bảng 1.1 Một số thông số của Methyl Blue Công thức phân tử C37H27N3Na2O9S3 Công thức cấu tạo Phân tử gam 799,814 g/mol Độ tan trong nước ở 20oC 300 g/l Trạng thái Rắn dạng bột, màu xanh 1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 1.1.4. Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm 1.2. Các phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm hiện nay 1.2.1. Các phương pháp hóa lí 1.2.2. Các phương pháp sinh học 1.2.3. Các phương pháp cơ học 1.2.4. Các phương pháp hóa học 1.3. Cơ chế phản ứng Fenton 8 Quá trình Fenton ñồng thể thông thường tiến hành qua 4 giai ñoạn: Giai ñoạn 1:Điều chỉnh pH phù hợp. Trong giai ñoạn phản ứng hóa xảy ra sự hình thành gốc HO
hoạt tính và phản ứng oxi hóa chất hữu cơ. Gốc HO
sau khi hình thành sẽ tham gia vào phản ứng oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước cần xử lý: chuyển chất hữu cơ từ dạng cao phân thành các chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấpnhư sau: Hợp chất hữu cơ (cao phân tử) + HO
→ Hợp chất hữu cơ (thấp phân tử) +CO2 +H2O+ HO- (1) Trong một số trường hợp nếu phản ứng xảy ra hoàn toàn, một số chất hữu cơ sẽ chuyển hóa hết thành CO2 và nước. Giai ñoạn 2: Trung hòa và keo tụ Sau khi xảy ra quá trình oxi hóa cần nâng pH dung dịch lên trên 7 ñể thực hiện kết tủa Fe3+ mới hình thành: Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3. (2) Kết tủa Fe(OH)3 mới hình thành sẽ thực hiện các cơ chế keo tụ, ñông tụ, hấp phụ một phần các chất hữu cơ chủ yếu là các chất hữu cơ cao phân tử. Giai ñoạn 3: Quá trình lắng Các bông keo sau khi hình thành sẽ lắng xuống khiến làm giảm COD, màu, mùi trong nước thải. Sau quá trình lắng các chất hữu cơ còn lại (nếu có) trong nước thải chủ yếu là các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử thấp sẽ ñược xử lý bổ sung bằng phương pháp sinh học hoặc bằng các phương pháp khác. 9 1.3.1. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO
và ñộng học các phản ứng Fenton 1.3.2. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) 1.3.3. Một số quá trình Fenton khác 1.3.4. Những nhân tố ảnh hưởng ñến quá trình Fenton:[7] 1.4. Phương pháp xác ñịnh chỉ số COD 1.4.1. Nguyên tắc Hầu hết các chất hữu cơ ñều bị phân hủy khi ñun nóng với hỗn hợp K2Cr2O7 trong môi trường axit mạnh. Lượng K2Cr2O7 dư ñược xác ñịnh bằng phương pháp ño quang màu của K2Cr2O7 ở bước sóng hấp thụ là 439nm. Các phản ứng hoá học xảy ra khi dùng K2Cr2O7 hoá: HCH + Cr2O72- + H+ → CO2 + H2O + Cr3+ Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình oxi hoá 1.5 . Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS CHƯƠNG 2 - NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên vật liệu, hoá chất, thiết bị, dụng cụ dùng cho thí nghiệm nghiên cứu 2.1.1. Thiết bị 2.1.2. Dụng cụ và trang thiết bị phụ trợ 2.1.3. Hoá chất 2.2. Thí nghiệm xác ñịnh nhu cầu hoá hoá học COD 2.2.1. Hoá chất 10 2.2.2. Dụng cụ - Thiết bị 2.2.3. Qui trình lập ñường chuẩn của K2Cr2O7 2ml mẫu kali biphtalat với các nồng ñộ khác nhau 1,5ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N (ñã thêm HgSO4) 3,5ml H2SO4 ñậm dặc ( ñã thêm Ag2SO4) Ống nghiệm có nút vặn Đun trên bếp cách cát ở 150oC trong 2h Để nguội và ño mật ñộ quang Lập ñường chuẩn của K2Cr2O7 11 2.2.4. Qui trình phân tích mẫu 2ml mẫu ñã bị oxi hoá bằng Fe2+/H2O2, Fe2+/UV/H2O2 hoặc UV/H2O2 1,5ml dung dịch K2Cr2O7 0,1N (ñã thêm HgSO4) 3,5ml H2SO4 ñậm dặc ( ñã thêm Ag2SO4) Ống nghiệm có nút vặn Đun trên bếp cách cát ở 150oC trong 2h Để nguội và ño mật ñộ quang → nồng ñộ Cr2O72- dư 12 2.2.5. Tính toán kết quả 2.3. Xác ñịnh ñộ chuyển hoá của methyl blue bằng phương pháp ño quang 2.4. Các bước tiến hành thực nghiệm 2.4.1. Hệ Fe2+/H2O2 (Fenton) 2.3.2. Hệ Fe2+/UV/H2O2 ( Fenton/UV) 2.3.3. Hệ UV/H2O2 2.5. Các thí nghiệm khảo sát 2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ H2O2 tới sự phân hủy methyl blue 2.5.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ Fe2+ tới sự phân hủy methyl blue 2.5.3. Khảo sát ảnh hưởng pH tới sự phân hủy methyl blue 2.5.4. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt ñộ tới sự phân hủy methyl blue 13 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả sự phân hủy methyl blue bằng hệ phản ứng UV/H2O2 và hệ phản ứng Fenton/UV 3.1.1. Hệ UV/H2O2 3.1.1.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu ñến sự phân huỷ methylblue a/ Hiệu suất chuyển hóa methyl blue (% Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu ñến hiệu suất chuyển hoá methyl blue (%) b/ Hiệu suất COD(%) Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu ñến hiệu suất COD(%) [H2O2]o/[mẫu methyl blue] 5 phút 10 phút 15 phút 20 phút 25 phút 15 2.5 3.4 5.8 8.0 12.9 20 2.9 4.9 6.6 11.4 16.6 25 5.8 7.6 8.1 11.6 20.3 30 6.9 7.7 8.7 15.6 21.4 35 9.5 10.4 12.5 15.8 25.4 [H2O2]o/[mẫu methyl blue] 5 phút 15 phút 25 phút 15 21.2 24.3 26.5 25 28.4 29.0 32.0 35 29.4 33.6 37.2 14 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 [H2O2]o/[mẫu MB]=35 [H2O2]o/[mẫu MB]=30 [H2O2]o/[mẫu MB]=25 [H2O2]o/[mẫu MB]=20 [H2O2]o/[mẫu MB]=15 Hình 3.1: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu ñến hiệu suất chuyển hoá methyl blue (%) % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 T [H2O2]o/[mẫu MB]o =35 [H2O2]o/[mẫu MB]o =25 [H2O2]o/[mẫu MB]o =15 Hình 3.2: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu ñến hiệu suất COD(%) 15 Nhận xét : Kết quả từ hình 3 và 4 cho thấy ở hệ UV/H2O2 , việc tăng [H2O2]o làm tốc ñộ phân hủy methyl blue tăng lên nhưng tăng chậm .Hiệu suất chuyển hóa chỉ ñạt 25.4% và hiệu suất COD cũng chỉ ñạt ñược 37.2% với tỉ lệ nồng ñộ [H2O2]o/[mẫu methyl blue]o = 35 sau 25 phút xử lí . 3.1.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến sự phân huỷ Methylblue a/ Hiệu suất chuyển hóa methyl blue (%) Bảng 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất chuyển hoá Methylblue (%) b/ Hiệu suất COD (%) Bảng 3.4:.Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất COD(%) Nhiệt ñộ 5 phút 10 phút 15 phút 20 phút 25 phút 30oC 4.0 6.6 7.1 8.3 10.6 50oC 6.6 10.8 12.1 14.3 15.4 70oC 9.7 11.2 13.6 15.7 16.4 Nhiệt ñộ 5 phút 15 phút 25 phút 300C 24.5 25.8 31.4 500C 24.7 28.9 32.9 700C 27.2 28.8 33.9 16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 5 10 15 20 25 30 T % 30 ñộ C 50 ñộ C 70 ñộ C Hình 3.3: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất chuyển hoá Methylblue (%) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 20 25 30 t % 30 ñộ C 50 ñộ C 70 ñộ C Hình 3.4 : Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất COD (%) Nhận xét: Khi tăng nhiệt ñộ thì khả năng phân hủy methylblue cũng tăng lên nhưng tăng chậm. Khi ñun ñến 700C thì hiệu suất chuyển hóa chỉ ñạt 16.4% và hiệu suất COD là 33.9% sau 25 phút phản ứng. 17 3.1.2. Hệ Fenton và Fenton/UV 3.1.2.1. Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ban ñầu a/ Độ chuyển hóa và hiệu suất chuyển hóa • Hệ Fenton Bảng 3.5: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến hiệu suất chuyển hoá methylblue (%)của hệ Fenton • Hệ Fenton/UV Bảng 3.6: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến hiệu suất chuyển hoá methylblue (%)của hệ Fenton/UV [H2O2]o/[mẫu methyl blue] 35 30 25 20 15 5 phút 96.4 95.5 90.3 87.0 84.1 10 phút 98.5 97.2 96.5 94.8 86.6 15 phút 99.8 99.6 98.1 97.8 92.6 20 phút 100 100 99.5 99.0 95.2 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 100 100 100 100 100 [H2O2]o (mM) 35 30 25 20 15 5 phút 81.3 76.9 72.1 67.8 65.2 10 phút 91.4 86.4 83.3 76.4 68.3 15 phút 95.7 91.8 90.2 83.6 71.4 20 phút 97.1 95.2 92.6 87.4 75.2 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 97.3 96.0 94.1 90.3 78.2 18 y = -0.0237x - 0.9198 y = -0.0606x - 0.849 y = -0.0782x - 0.9915 y = -0.0912x - 1.0761 y = -0.0993x - 1.3933 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) y = -0.0845x - 1.3198 y = -0.1737x - 1.1986 y = -0.1942x - 1.3328 y = -0.2582x - 1.5317 y = -0.3554x - 1.2587 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) [H2O2]o = 8.75mM [H2O2]o = 7.5mM [H2O2]o = 6.25mM [H2O2]o = 5mM [H2O2]o = 3.75mM 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) [H2O2]o = 8.75mM [H2O2]o = 7.5mM [H2O2]o = 6.25mM [H2O2]o = 5mM [H2O2]o = 3.75mM * Và ñược biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.5 Hình 3.5. Ảnh hưởng của [H2O2]o ñến ñộ chuyển hóa methyl blue của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). b/ Hiệu suất COD • Hệ Fenton Bảng 3.7: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến hiệu suất COD (%) của hệ Fenton [H2O2]o/[mẫu methyl blue] 15 25 35 5 phút 58.3 45.8 36.9 15 phút 70.7 51.2 40.2 25 phút 83.8 60.1 54.7 19 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) [H2O2]o = 8.75mM [H2O2]o = 6.25mM [H2O2]o = 3.75mM 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) [H2O2]o = 8.75mM [H2O2]o = 6.25mM [H2O2]o = 3.75mM • Hệ Fenton/UV Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng ñộ H2O2 ñến hiệu suất COD (%) của hệ Fenton/UV [H2O2]o/[mẫu methyl blue] 15 25 35 5 phút 70.6 43.3 37.5 15 phút 83.5 63.3 49.0 25 phút 86.2 75.5 59.7 Được biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.6 Hình 3.6. Ảnh hưởng của [H2O2]o ñến hiệu suất COD của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). * Kết quả qua hai hình 5 và 6 cho thấy việc tăng [H2O2]o ban ñầu làm hiệu suất phân hủy methyl blue và ñộ giảm COD (hiệu suất COD) tăng lên. 3.1.2.2. Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ a/ Độ chuyển hóa và hiệu suất chuyển hóa 20 • Hệ Fenton Bảng 3.9: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ ñến hiệu suất chuyển hóa methyl blue (%) của hệ Fenton [H2O2] o/[Fe2+] o 10 15 20 25 30 5 phút 85.8 83.6 73.7 70.6 69.8 10 phút 93.4 91.4 81.9 75.5 73.9 15 phút 95.7 94.8 89.6 79.9 76.6 20 phút 97.3 95.7 92.3 84.9 83.8 25 phút 98.1 96.6 94.0 87.4 88.3 • Hệ Fenton/UV Bảng 3.10: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ ñến hiệu suất chuyển hóa methyl blue (%) của hệ Fenton/UV [H2O2]o/[Fe2+] o 10 15 20 25 30 25 phút 98.2 94.1 90.7 86.9 82.7 20 phút 99.9 98.9 96.6 94.5 93.8 15 phút 100 99.7 98.0 98.1 95.2 10 phút 100 99.9 99.6 99.2 97.8 5 phút 100 100 99.9 99.8 99.3 21 y = -0.0984x - 1.609 y = -0.0775x - 1.5951 y = -0.0763x - 0.995 y = -0.0437x - 0.9861 y = -0.0475x - 0.8796 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) 60 70 80 90 100 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) [Fe2+]o = 0.625mM [Fe2+]o = 0.4166mM [Fe2+]o = 0.3125mM [Fe2+]o = 0.25mM [Fe2+]o = 0.2083mM y = -0.1473x - 1.0544 y = -0.2051x - 0.9069 y = -0.2451x - 0.8523 y = -0.3145x - 1.3246 y = -0.6186x - 0.9367 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) [Fe2+]o = 0.625mM [Fe2+]o = 0.4166mM [Fe2+]o = 0.3125mM [Fe2+]o = 0.25mM [Fe2+]o = 0.2083mM * Và ñược biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.7 Hình 3.7. Ảnh hưởng của [Fe2+]o ñến ñộ chuyển hóa methyl blue của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). b/ Hiệu suất COD • Hệ Fenton Bảng 3.11: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ ñến hiệu suất COD (%) của hệ Fenton [H2O2]o/[Fe2+]o 10 20 30 5 phút 50.3 39.9 15.3 15 phút 66.6 48.3 39.3 25 phút 74.6 60.5 48.6 22 0 10 20 30 40 50 60 70 80 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) [Fe2+]o = 0.625mM [Fe2+]o = 0.3125mM [Fe2+]o = 0.2083mM 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) [Fe2+]o = 0.625mM [Fe2+]o = 0.3125mM [Fe2+]o = 0.2083mM • Hệ Fenton/UV Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe2+ ñến hiệu suất COD (%) của hệ Fenton/UV Được biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.8 Hình 3.8. Ảnh hưởng của [H2O2]o ñến hiệu suất COD của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). * Kết quả qua hai Hình 3.7 và 3.8 cho thấy ñối với cả hai hệ Fenton và Fenton/UV thì hiệu suất chuyển hóa methyl blue, ñộ giảm COD có xu hướng tăng nhanh khi tăng hàm lượng Fe2+, nhưng khi [Fe2+]o > 0.4mM thì tăng không ñáng kể nữa. Với hệ Fenton/UV, sự chuyển hóa methyl blue, ñộ giảm COD tăng nhanh hơn so với hệ Fenton. 3.1.2.3. Ảnh hưởng của pH a/ Độ chuyển hóa và hiệu suất chuyển hóa * Kết quả sau khi tiến hành thí nghiệm: [H2O2]o/[Fe2+]o 10 20 30 5 phút 70.6 43.3 37.5 15 phút 83.5 63.3 49.0 25 phút 86.2 75.5 59.6 23 • Hệ Fenton Bảng 3.13: Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất chuyển hóa methylblue của hệ Fenton pH = 1 pH = 3 pH = 5 5 phút 50.0 63.6 9.3 10 phút 53.2 75.7 10.6 15 phút 68.1 84.0 11.9 20 phút 71.6 88.3 13.6 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 79.3 91.4 16.5 b. Hệ Fenton/UV Bảng 3.13: Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất chuyển hóa methylblue của hệ Fenton/UV * Và ñược biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.9 pH = 1 pH = 3 pH = 5 5 phút 57.2 90.3 13.3 10 phút 68.9 96.5 33.3 15 phút 75.5 98.1 53.1 20 phút 86.6 99.5 62.6 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 95.8 100 73.3 24 y = -0.004x - 0.0725 y = -0.0453x - 0.406 y = -0.0724x - 0.6859 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 t (phút) H c h ( % ) pH = 1 pH = 3 pH = 5 y = -0.0587x + 0.1586 y = -0.1097x - 0.0759 y = -0.1942x - 1.3328 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) l n ( C / C o ) 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 t (phút) H c h ( % ) pH = 1 pH = 3 pH = 5 Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH ñến ñộ chuyển hóa methyl blue của hệ Fenton (trái) và Fenton/UV (phải). b/ Hiệu suất COD • Hệ Fenton Bảng 3.14: Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất COD(%) của hệ Fenton pH = 1 pH = 3 pH = 5 5 phút 29.2 33.1 22.5 15 phút 35.0 44.3 25.0 25 phút 40.6 49.5 26.6 • Hệ Fenton/UV Bảng 3.14: Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất COD(%) của hệ Fenton/UV pH = 1 pH = 3 pH = 5 5 phút 31.4 42.3 29.0 15 phút 39.8 45.3 35.5 25 phút 43.8 55.6 42.5 25 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) pH = 1 pH = 3 pH = 5 0 10 20 30 40 50 60 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) pH = 1 pH = 3 pH = 5 Được biểu diễn trên ñồ thị 3.10 Hình 3.10. Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất COD của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). * Từ hình 9 và 10 cho thấy, khuynh hướng chung là sự phân hủy methyl blue tăng dần khi pH tăng từ 1 ñến 3 và sau ñó giảm xuống khi tăng pH lên lớn hơn 4. - Hệ Fenton/UV: hiệu suất chuyển hóa ñạt ñược rất cao (chỉ sau 5 phút phản ứng ñã ñạt 90% và sau 25 phút phản ứng methyl blue ñã chuyển hóa hoàn toàn), hiệu suất COD ño ñược sau 25 phút phản ứng lên tới xấp xỉ 56%. 3.1.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ a/ Hiệu suất chuyển hóa • Hệ Fenton Bảng 3.15: Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến sự chuyển hóa methylblue của hệ Fenton t = 30oC t = 50oC t = 70oC 5 phút 81.7 96.7 98.7 10 phút 91.0 99.8 100 15 phút 93.7 100 100 20 phút 95.3 100 100 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 96.7 100 100 26 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 102 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) t = 30 ñộ t = 50 ñộ t = 70 ñộ 88 90 92 94 96 98 100 102 0 5 10 15 20 25 30 t (phút) H c h ( % ) t = 30 ñộ t = 50 ñộ t = 70 ñộ • Hệ Fenton/UV Bảng 3.16: Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến sự chuyển hóa methylblue của hệ Fenton/UV t = 30oC t = 50oC t = 70oC 5 phút 88.7 99.8 99.9 10 phút 96.6 100 100 15 phút 99.5 100 100 20 phút 100 100 100 Hiệu suất chuyển hóa 25 phút 100 100 100 * Và ñược biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.11 Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến ñộ chuyển hóa methyl blue của hệ Fenton (trái) và Fenton/UV (phải). b/ Hiệu suất COD • Hệ Fenton Bảng 3.17: Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến sự chuyển hóa COD của hệ Fenton t = 70oC t = 50oC t = 30oC 5 phút 97.5 61.4 40.4 15 phút 99.2 74.8 49.9 25 phút 99.9 79.5 54.3 27 0 20 40 60 80 100 120 5 15 25 T (phút) H ( C O D % ) t = 70 ñộ t = 50 ñộ t = 30 ñộ 0 20 40 60 80 100 120 5 15 25 t (phút) H ( C O D % ) t = 30 ñộ t = 50 ñộ t = 70 ñộ • Hệ Fenton/UV Bảng 3.18: Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến sự chuyển hóa COD của hệ Fenton/UV t = 30oC t = 50oC t = 70oC 5 phút 55.1 63.2 100 15 phút 60.9 71.9 100 25 phút 73.0 82.0 100 * Và ñược biểu diễn trên ñồ thị Hình 3.12 Hình 3.12. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất COD của hệ Fenton (trái) và hệ Fenton/UV (phải). Hình 11 và 12 cho thấy khi tăng nhiệt ñộ thì ñộ phân hủy methyl blue và ñộ giảm COD cũng tăng theo rất nhanh và ñặc biệt tăng nhanh hơn ñối với hệ Fenton/UV. Nếu ở hệ Fenton sau khi ñun 10 phút ở nhiệt ñộ 500C hiệu suất chuyển hóa ñạt gần 100% thì ở hệ Fenton/UV chỉ sau 5 phút ñun cũng ở nhiệt ñộ trên hiệu suất chuyển hóa ñã ñạt xấp xỉ 100%. 28 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN Các yếu tố ảnh hưởng ñến sự phân hủy methyl blue trong nước bằng hệ phản ứng Fenton (H2O2/Fe2+) và Fenton/UV (có chiếu xạ UV bước sóng 254 nm) (H2O2/Fe2+/UV) ñã ñược khảo sát. Độ chuyển hóa methyl blue và ñộ giảm COD tăng lên khi tăng [H2O2]o và [Fe2+]o cũng như khi tăng nhiệt ñộ dung dịch xử lí ñến 70oC. Sự phân hủy ñạt hiệu suất cao trong khoảng pH từ 2 – 4. Ở nhiệt ñộ phòng, ñiều kiện tối ưu khi phân hủy dung dịch methyl blue 200ppm bằng cả hai hệ Fenton và Fenton/UV là [H2O2]o = 6.25mM, [Fe2+]o = 0.625mM, pH = 3. Ở ñiều kiện này sự chuyển hóa methyl blue ñạt 98% sau 25 phút xử lý bằng Fenton và 100% sau 15 phút xử lý bằng Fenton/UV. Nói chung công tác quản lý môi trường ở Việt Nam còn nhiều hạn chế, ñặc biệt là việc xử lý nước thải trong các cơ sở sản xuất ñặc biệt là cơ sở dệt nhuộm, ñiều này ảnh hưỏng rất lớn ñến sức khoẻ con người, các loại ñộng thực vật thuỷ sinh và gây ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng. Do ñó việc tìm ra giải pháp ñể khắc phục và giảm thiểu tác ñộng của nó là rất cần thiết. Fenton/UV có thể coi là một công cụ hữu hiệu trong việc xử lý các chất hữu cơ ñộc và khó phân huỷ. 29 II. KIẾN NGHỊ Nghiên cứu này ñã khẳng ñịnh ưu thế của hệ quang xúc tác ñồng thể Fenton/UV trong quá trình xử lý nước ô nhiễm. Ở nước ta, phương pháp xử lý này hiện mới ñược ít người nghiên cứu. Qua ñề tài này, tôi có một số kiến nghị như sau: - Chất xúc tác Fenton/UV có chi phí thấp, rất dễ tìm mà hiệu quả xử lý các chất hữu cơ ñộc hại khá cao do vậy nên ñược triển khai ñưa vào xử lý nước thải. - Chất xúc tác sau khi tiến hành xử lý tồn tại dưới dạng hidroxit sắt cần có phương pháp lắng và loại bỏ khỏi dòng thải.