Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp điện phân để khử màu nước thải ngành dệt nhuộm

Trang nhan đề Lời cảm ơn Mục lục Danh mục Lời mở đầu Phần 1: Tổng quan Phần 2: Thực nghiệm Phần 3: Kết quả và thảo luận Phần 4: Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phu lục MỤC LỤC Trang phụ bìa 1 Lời cảm ơn 2 Mục lục . 3 Danh mục các ký hiệu chử viết tắt 6 Danh mục các bảng . 7 Danh mục hình vẽ, đồ thị 9 Lời mở đầu 11 Chương 1 – Tổng quan 13 1.1. Giới thiệu tổng quan về thuốc nhuộm . 13 1.1.1. Khái niệm 13 1.1.2. Cấu tạo chung tạo nên màu sắc của thuốc nhuộm 13 1.1.3. Phân loại thuốc nhuộm . . 13 1.1.3.1. Phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo hóa học 13 1.1.3.2. Phân loại thuốc nhuộm theo phân lớp kĩ thuật 16 1.2. Nước thải ngành dệt nhuộm . 20 1.2.1. Tác nhân gây ô nhiễm . 20 1.2.2. Tiêu chuẩn kiểm soát nước thải ô nhiễm . . 23 1.2.3. Hệ thống xử lý nước thải . 24 1.3. Tổng quan về điện phân . 28 1.3.1. Điện phân 28 1.3.1.1. Định nghĩa 28 1.3.1.2. Định luật Faraday . 30 1.3.1.3. Điện áp điện phân . 30 1.3.1.4. Quá thế . 32 1.3.1.5. Mật độ điện 32 1.3.2. Điện phân dung dịch NaCl 33 1.3.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp điện phân . . 35 4 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 1.3.4. Xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp điện phân 39 1.3.5. Quá trình điện phân dung dịch NaCl với điện cực Titan 40 1.3.5.1. Trong quá trình điện phân . . 40 1.3.5.2. Sau khi điện phân . 41 1.4. Kết luận 42 Chương 2 – Thực nghiệm . 44 2.1. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm 44 2.1.1. Hóa chất 44 2.1.1.1. Điện phân . 44 2.1.1.2. Thuốc nhuộm . 44 2.1.1.3. Phương pháp đo độ màu của nước thải 45 2.1.2. Thiết bị và dụng cụ 46 2.1.2.1. Thiết bị . 46 2.1.2.2. Dụng cụ 46 2.2. Cách tiến hành thí nghiệm 46 2.3. Phương pháp phân tích . 47 2.3.1. Nguyên tác phương pháp so màu 47 2.3.2. Dựng đường chuẩn của dung dịch thuốc nhuộm . . 48 2.3.2.1. Thuốc nhuộm Cibaron blue FNR . 48 2.3.2.2. Thuốc nhuộm Acid yellow 17 50 2.3.2.3. Thuốc nhuộm Novaron yellow CR . 52 2.3.3. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm 53 2.3.3.1. Hiệu suất xử lý . 53 2.3.3.2. Điện năng tiêu thụ 54 2.3.3.3. Các phương pháp thực nghiệm 54 2.3.4. Phương pháp đo độ màu của nước thải . 54 Chương 3 – Kết quả và biện luận 58 3.1. Khảo sát thế áp đặt và các điều kiện điện phân dung dịch NaCl . 58 5 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.1.1. Thế áp đặt E – Cường độ dòng điện I với khoảng cách hai bản cực khác nhau . 58 3.1.2. Thế áp đặt E – cường độ dòng điện I với nồng độ NaCl khác nhau .59 3.1.3. Thế áp đặt E – cường độ dòng điện I với pH dung dịch điện phân khác nhau . 60 3.1.4. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch điện phân đến sự phóng điện . 61 3.1.5. Điều kiện tiến hành nghiên cứu . 62 3.2. Khảo sát điện phân dung dịch thuốc nhuộm . . 62 3.2.1. Ảnh hưởng thời gian điện phân đến hiệu suất khử màu . 62 3.2.2. Ảnh hưởng nồng độ thuốc nhuộm ban đầu đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR 65 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm đến lượng thuốc nhuộm xử lý được của thuốc nhuộm Novaron yellow 66 3.2.4. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow 67 3.2.5. Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR 69 3.2.6. Ảnh hưởng thời gian lưu mẫu sau điện phân đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR 70 3.2.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ bình điện phân đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR . 71 3.2.8. Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR 72 3.2.9. Khoảng khảo sát các yếu tố trong quy hoạch thực nghiệm 73 3.3. Quy hoạch thực nghiệm và tối ưu hóa . 73 3.3.1. Thuốc nhuộm Novaron yellow CR . 73 3.3.1.1. Quy hoạch thực nghiệm . 73 3.3.1.2. Tối ưu hóa 77 3.3.2. Thuốc nhuộm Cibaron blue FNR . . 79 6 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.3.2.1. Quy hoạch thực nghiệm . 79 3.3.2.2. Tối ưu hóa 80 3.3.3. Thuốc nhuộm Acid yellow 17 . 80 3.3.3.1. Quy hoạch thực nghiệm . 80 3.3.3.2. Tối ưu hóa 82 3.4. Khả năng xử lý màu và COD theo thời gian điện . . 82 3.4.1. Thuốc nhuộm Novaron yellow CR . 82 3.4.2. Thuốc nhuộm Cibaron blue FNR . . 82 3.5. So sánh sự khử màu bằng phương pháp điện phân và bằng nước Javel 83 3.6. So sánh hiệu suất khử màu của các thuốc nhuộm với điều kiện tối ưu 84 3.7. Chi phí điện năng tiêu thụ ở điều kiện tối ưu 84 Chương 4 – Kết luận và kiến nghị 86 4.1. Kết luận 86 4.2. Đánh giá vai trò của phương pháp này trong quá trình xử lý nước thải ngành dệt nhuộm . 87 4.3. Kiến nghị 87 Tài liệu tham khảo . 88 Phụ lục . 91

pdf28 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 20/08/2013 | Lượt xem: 1988 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp điện phân để khử màu nước thải ngành dệt nhuộm, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
58 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. KHẢO SÁT THẾ ÁP ĐẶT VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH NaCl 3.1.1. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI KHOẢNG CÁCH HAI BẢN CỰC KHÁC NHAU [NaCl] = 0.6000g/l, pH= 5.5, nhiệt độ 30oC Bảng 3.1: E-I với khoảng cách điện cực khác nhau Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực 4 6 8 10 12 14 16 18 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 20 mm 30mm 40mm 50mm Hình 3.1: Đồ thị E-I với các khoảng cách điện cực khác nhau. Khoảng cách (mm) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 20 4.9 5.2 5.7 6.1 6.6 7.1 7.6 8.0 8.4 8.8 9.2 9.8 30 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.6 11.2 12.0 40 6.4 6.8 7.8 8.6 9.5 9.9 11.0 11.6 12.3 12.9 14.0 14.1 50 E(V) 6.5 7.3 8.7 9.4 11.0 11.9 12.5 13.3 14.1 14.7 15.2 15.6 59 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nhận xét: Khi tăng khoảng cách giữa 2 điện cực tăng thì E (V) phóng điện tăng. Chọn điều kiện điện cực cho thực nghiệm (tất cả các thí nghiệm tiếp theo) - Kích thước điện cực titan lưới: 10cm * 2.5cm (diện tích S = 33. 2 cm2) - Khoảng cách giữa hai điện cực: 30 mm Tính toán diện tích của mỗi bản cực S: Diện tích lỗ : S lỗ = 0.3*0.7= 0.21 cm2 Số lỗ / 1 điện cực : n = 5*16= 80 Diện tích của mỗi bản cực : S = 2*2.5*10 - 80*0.21 = 33.2 cm2 3.1.2. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI NỒNG ĐỘ NaCl KHÁC NHAU pH = 5.5, khoảng cách điện cực 30 mm, nhiệt độ 30oC Bảng 3.2: E-I với nồng độ NaCl khác nhau [NaCl] (g/l) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.4000 6.0 7.0 7.5 8.5 9.0 10.0 10.5 11.5 12.0 12.5 13.5 14.0 15.0 0.6000 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 0.8000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.3 9.5 10.0 1.0000 4.5 5.0 5.0 5.5 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 7.5 8.0 8.5 9.0 2.0000 E(V) 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.5 4.7 4.8 5.0 5.2 5.4 5.7 5.9 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 0.4g/l 0.6g/l 1g/l 2g/l Hình 3.2: Đồ thị E-I với các nồng độ NaCl khác nhau 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nhận xét: [NaCl] tăng thì E (V) phóng điện giảm, tức là tiêu tốn điện cho quá trình điện phân giảm. [NaCl] cao thì I(A) tăng nhanh theo sự tăng của E (V) áp đặt. Giải thích: [NaCl] tăng thì nồng độ ion dẫn điện của dung dịch tăng. Dung dịch dẫn điện tốt. Khi cố định dòng điện qua dung dịch điện phân thì khi [NaCl] tăng, lượng Cl- trong dung dịch nhiều hơn và khả năng tiếp xúc với điện cực nhiều hơn. Tuy nhiên, nếu tăng nồng độ NaCl cao thì chi phí tăng và thêm ô nhiễm nước thải do muối, đặt biệt là ion Cl-. Tiêu chuẩn nước cho những mục đích sử dụng khác nhau theo tài liệu của ủy ban cố vấn kỹ thuật cho F.W.P.A về chỉ tiêu chất lượng nước (U.S. Dept. Interior, June 30, 1967, Washington D.C): hàm lượng clorua cho phép là 250 ppm [1] Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước và nước thải không quy định về hàm lượng clorua. Nhưng để đảm bảo về mặt môi trường ta chọn nồng độ NaCl trong đa số các thí nghiệm tiếp theo là 0.4000 g/l 3.1.3. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI pH KHÁC NHAU [NaCl] = 0.600 g/l. Khoảng cách khoảng điện cực 30 mm, nhiệt độ 30oC Bảng 3.3: E-I với pH khác nhau pH I(A) 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 3.5 4.5 5.1 5.8 6.5 7.0 7.66 8.3 8.9 9.5 10.0 10.6 11.0 5.5 4.6 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.7 11.2 9.0 E(V) 4.5 5.0 5.6 6.2 6.8 7.3 8.0 8.4 9.0 9.6 10.0 10.6 Nhận xét: Ở pH 5.5, cần thế áp đặt cao hơn để đạt cùng một giá trị cường độ dòng điện so với ở pH axit hay baz. Thực chất là do ở pH = 3.5 có thêm ion H+, ở pH = 9 có thêm ion OH- và một lượng ion Na+ làm độ dẫn điện của dung dịch tăng 61 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.1.4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ DUNG DỊCH ĐIỆN PHÂN ĐẾN SỰ PHÓNG ĐIỆN [NaCl]= 0.600 g/l. pH = 5.5, khoảng cách điện cực 30 mm Bảng 3.4: E-I với nhiệt độ dung dịch điện phân Nhiệt độ (oC) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 30 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.6 11.2 12.0 40 5.0 5.5 6.1 6.5 7.0 7.8 8.2 8.7 9.2 9.8 10.3 10.9 45 4.7 5.1 5.5 6.3 6.5 7.3 7.7 8.0 8.4 9.0 9.5 9.9 50 E(V) 4.6 4.9 5.4 5.8 6.4 6.8 7.4 7.7 8.4 8.5 9.2 9.4 Ảnh hưởng nhiệt độ điện phân 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 30 độ C 40 độ 50 độ Hình 3.3: Đồ thị E-I với các nhiệt độ dung dịch điện phân khác nhau Bàn luận: Ở nhiệt độ cao, thế áp đặt E(V) sẽ nhỏ hơn để đạt cùng một cường độ I(A) so với ở nhiệt độ thấp. Nói cách khác, cùng một giá trị điện thế áp đặt, nhiệt độ cao hơn sẽ có cường độ dòng điện đi qua dung dịch cao hơn, hiệu suất sử dụng điện cho quá trình điện phân tốt hơn. Giải thích: Đối với dung dịch điện phân, I = E/Rdd. Khi nhiệt độ tăng thì δ = RT/F tăng theo làm cho E tăng thì I tăng. 62 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Tuy nhiên, khi điện phân dung dịch ở nhiệt độ cao thì cần tiêu tốn chi phí năng lượng lớn. Do đó, chọn nhiệt độ dung dịch điện phân là nhiệt độ thường (khoảng 28 – 30 oC) 3.1.5. ĐIỂU KIỆN TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU - Khoảng cách giữa hai điện cực: 30 mm - Diện tích của mỗi bản cực Titan : S = 2*2.5*10-80*0.21 = 33.2 cm2 - Nồng độ NaCl trong đa số các thí nghiệm tiếp theo là 0.4000 g/l - Bình điện phân là becher 1lit - pH dung dịch điện phân từ 3.5-9.0 - Nhiệt độ dung dịch điện phân là nhiệt độ thường (khoảng 28 – 30 oC) - Nồng độ thuốc nhuộm nghiên cứu từ 0.0100 – 0.1000 (g/l) - Cường độ dòng điện khảo sát từ 0.2 – 1.0 (A) 3.2. KHẢO SÁT ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH THUỐC NHUỘM 3.2.1. ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l, I=0.5A, pH=3.5 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Thuốc nhuộm Novaron yellow CR Thuốc nhuộm Cibaron blue FNR Thuốc nhuộm Acid yellow 17 Thời gian (phút) Ct(g/l) H(%) Ct(g/l) H(%) Ct(g/l) H(%) 0 0.0400 0.00 0.0400 0.00 0.0400 0.00 2 0.0377 5.75 0.0355 11.29 0.0374 6.61 4 0.0367 8.25 0.0342 14.55 0.0358 10.58 6 0.0362 9.5 0.0325 18.81 0.0336 16.03 8 0.0352 12.00 0.0306 23.58 0.0315 21.23 10 0.0345 13.75 0.0296 26.09 0.0292 26.92 12 0.0329 17.75 0.0283 29.35 0.0270 32.37 14 0.0321 19.75 0.0270 32.61 0.0253 36.83 16 0.0318 20.50 0.0260 35.12 0.0232 42.03 18 0.0303 24.25 0.0255 36.37 0.0215 46.24 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 20 0.0295 26.25 0.0244 38.88 0.0197 50.70 22 0.0284 29.00 0.0230 42.39 0.0181 54.66 24 0.0276 31.00 0.0225 43.65 0.0167 58.13 26 0.0265 33.75 0.0213 46.66 0.0148 63.08 28 0.0256 36.00 0.0205 48.66 0.0133 66.80 30 0.0248 38.00 0.0198 50.42 0.0117 70.76 32 0.0242 39.50 0.0186 53.43 0.0104 73.98 34 0.0230 42.50 0.0180 54.94 0.0087 78.19 36 0.0220 45.00 0.0171 57.19 0.0075 81.16 38 0.0213 46.75 0.0167 58.20 0.0061 84.63 40 0.0204 49.00 0.0154 61.47 0.0053 86.61 42 0.0196 51.00 0.0149 62.717 0.0043 89.33 44 0.0186 53.50 0.0141 64.72 0.0033 91.81 46 0.0177 55.75 0.0134 66.47 0.0022 94.53 48 0.0174 56.50 0.0129 67.73 0.0016 96.02 50 0.0170 57.50 0.0125 68.73 0.0008 98.00 Đồ thị ảnh hưởng cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu -20 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 Thời gian (phút) H (% ) nova y ciba b acid y Hình 3.4: Đồ thị hiệu suất xử lí màu theo thời gian điện phân 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Động học khử màu của thuốc nhuộm y = 0.022x + 0.0642 R2 = 0.9966 y = 0.0172x - 0.0165 R2 = 0.9933 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (phút) Ln (C o/ C t) nova y ciba b acid y Hình 3.5: Đồ thị động học khử màu thuốc nhuộm Phương trình động học quá trình oxi hóa điện hóa trong giai đoạn khử màu được biểu diễn theo phương trình động học bậc nhất [26] như sau: - dC/dt = K*C Trong đó : K là hằng số tốc độ biểu kiến, có thể tính được khi tích phân phương trình trên từ C = Co tới C = Ct và thu được phương trình sau: Ln (Co/Ct) = K*t Trong đó : Co và Ct là nồng độ tương ứng của thuốc nhuộm tại thời điểm ban đầu (t = 0) và tại thời điểm phản ứng t. Phương trình cho dạng tuyến tính như hình vẽ 3.5, như vậy có thể thấy rằng động học của quá trình khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR và Cibaron blue FNR tuân theo phương trình động học bậc nhất. Độ dốc của phương trình cho các giá trị hằng số tốc độ biểu kiến của quá trình khử màu của các thuốc nhuộm hoạt tính. Thời gian bán hủy (Ct = Co/2) của các thuốc nhuộm tương ứng được tính theo công thức : 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN T1/2 = (Ln2)/K = 0.693/K Còn động học quá trình phân hủy Acid Yellow 17 ở thời gian > 30 phút không tuân theo phương trình động học bậc nhất Bảng 3.6 : Các thông số động học của quá trình điện hóa phân hủy thuốc nhuộm Thuốc nhuộm Phương trình động học K (phút-1) T1/2 (phút) Novaron yellow CR Ln (Co/Ct) = 0.0222*t 0.0222 40.29 Cibaron blue FNR Ln (Co/Ct) = 0.0172*t 0.0172 31.36 Bàn luận : Thời gian điện phân càng dài thì hiệu suất khử màu càng cao. Thời gian điện phân dài thì lượng khí hydro, clo sinh ra càng nhiều, đó là các tác nhân khử màu. Ta thấy thuốc nhuộm Acid yellow 17 bị khử màu nhanh nhất khi tăng thời gian điện phân (các điều kiện khác giử nguyên). Sau khi điện phân 50 phút thì đến 98.00 % thuốc nhuộm đã bị khử. Điều này là do thuốc nhuộm Acid yellow 17 là thuốc nhuộm azo dễ bị clo và hydro mới sinh khử còn thuốc nhuộm Cibaron blue FNR và Novaron yellow CR là thuốc nhuộm có nhóm hoạt tính là monoflotriazine nên tốc độ khử màu chậm hơn Do đó, chọn khoảng thời gian 20-40 phút để khảo sát trong phần quy hoạch thực nghiệm vì: phù hợp với điều kiện thí nghiệm, phù hợp với yêu cầu thực tế (thời gian điện phân càng ngắn thì càng ít tiêu tốn điện năng). 3.2.2. ẢNH HƯỞNG NỒNG ĐỘ THUỐC NHUỘM BAN ĐẦU ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.400g/l, pH=5.5, I = 0.5 (A), thời gian điện phân 20 phút. Bảng 3.7: Hiệu suất khử màu H% theo các nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm Co Co(g/l) 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.2000 H% 25.06 17.48 16.58 13.57 11.67 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm - H% 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Co (g/l) H % Hình 3.6: Đồ thị nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm Co – hiệu suất khử màu H% 3.2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU CỦA THUỐC NHUỘM ĐẾN LƯỢNG THUỐC NHUỘM XỬ LÝ ĐƯỢC [NaCl] = 0.400g/l, pH=5.5, I = 0.5 (A), thời gian điện phân 20 phút. Bảng 3.8 : Lượng thuốc nhuộm xử lí được Cxl (g/l) theo các nồng độ ban đầu khác nhau của thuốc nhuộm Co (g/l) Co(g/l) 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.2000 Cxl (g/l) 0.0050 0.0068 0.0081 0.0093 0.0160 Đồ thị ảnh hưởng nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm - đến lượng thuốc nhuộm xử lí được 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Co (g/l) C xl (g /l) Hình 3.7: Đồ thị nồng độ thuốc nhuộm xử lý được nồng độ thuốc nhuộm ban đầu 67 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Bàn luận: Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm cao thì lượng thuốc nhuộm xử lý được nhiều nhưng hiệu suất xử lý màu giảm. Cùng một điều kiện điện phân, lượng tác nhân khử màu sinh ra là như nhau. Nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch điện phân cao thì xác suất phản ứng giữa thuốc nhuộm và tác nhân khử màu tăng. Hiệu suất khử màu là tỉ số giữa lượng thuốc nhuộm xử lí được và lượng thuốc nhuộm ban đầu trong dung dịch điện phân. Do đó, khi tử số tăng không nhiều hơn sự tăng của mẫu thì hiệu suất khử màu lại giảm. Theo bảng 3.5 thì hiệu suất khử màu sau 50 phút của thuốc nhuộm Novaron yellow CR và Cibaron blue FNR vẫn không cao lắm, do đó để nâng hiệu suất khử màu mà không phải điện phân dung dịch với thời gian quá lâu (làm tiêu tốn điện năng) thì trong quá trình quy hoạch thực nghiệm tôi sẽ chọn nồng độ thuốc nhuộm sẽ là một yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu (hiệu suất khử màu thuốc nhuộm) Ta sẽ chọn nồng độ thuốc nhuộm để tối ưu hóa cho thuốc nhuộm Novaron yellow CR sẽ nhỏ hơn 0,0400 g/l. Còn thuốc nhuộm Cibaron blue FNR thì cận trên có thể lớn hơn 0,0400g/l còn thuốc nhuộm acid yellow 17 thì cận dưới có thể lớn hơn 0.0040g/l vì tốc độ khử màu của thuốc nhuộm này rất tốt . 3.2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.400g/l, I=0.7A, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l Bảng 3.9: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm pH 3.5 5.5 9 H% 41.32 24.46 19.61 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Ảnh hưởng của pH đến H% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 3 4 5 6 7 8 9 10 pH H% Hình 3.8: Đồ thị ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Ở môi trường acid yếu (pH = 5.5), hiệu suất khử màu cao hơn ở môi trường baz (pH = 9) và thấp hơn ở môi trường acid (pH = 3.5). Giải thích: Ở cùng một điều kiện điện phân chỉ khác nhau pH, lượng hidro sinh ra là gần như nhau (môi trường axit, hydro dễ sinh ra hơn môi trường baz nhưng áp đặt điện thế đủ lớn và cường độ dòng điện bằng nhau giữa 2 trường hợp thì sự chênh lệch không đáng kể.) Khi điện phân, môi trường baz có thể làm giảm thời gian sống của clo nguyên tử do nồng độ OH- cao do dễ dàng tạo ion hypoclorit: [Cl] + [Cl] → Cl2 Cl2 + 2OH- → ClO- + Cl- + H2O Dựa vào dãy Latimer, có nhận xét rằng tính oxi hóa của một chất thường tăng khi tính acid của hệ tăng và giảm khi tính acid của hệ giảm. Và trong quá trình tối ưu hóa tôi sẽ chọn khoảng pH = 3.5 – 5.5. 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR: [NaCl] = 0.4000 g/l, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l. Bảng 3.10: Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu I 0.5 0.7 1 H% 11.49 24.47 57.05 Ảnh hưởng cường độ dòng điện - H% 0 10 20 30 40 50 60 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 I (A) H% Hình 3.9: Đồ thị ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Cường độ dòng điện qua dung dịch tăng thì tốc độ sinh khí – tác nhân khử màu tăng, do đó lượng khí sinh ra cũng tăng trong cùng một khoảng thời gian điện phân. Theo đó, lượng thuốc nhuộm xử lý được cũng nhiều hơn, hiệu suất khử màu tăng. Nhưng nếu cường độ dòng điện cao quá thì sự phóng điện tăng và làm tiêu tốn điện năng nên trong quá trình tối ưu hóa tôi sẽ khảo sát trong khoảng cường độ dòng điện I = 0.5 – 0.7 (A). 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.6. ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN LƯU MẪU SAU ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0200 g/l, I=0.5A, pH=3.5, thời gian điện phân : 20 phút. Thời điểm t = 0 là lúc dừng điện phân. Bảng 3.11: Hiệu suất xử lý màu theo thời gian lưu mẫu Tgian lưu 0 1 3 7 22 30 48 H% 59.98 61.78 62.67 64.63 64.81 64.84 67.00 Thời gian lưu - H% 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 0 10 20 30 40 50 Thời gian lưu mẫu (giờ) H % Hình 3.10: Đồ thị hiệu suất xử lí màu theo thời gian lưu của thí nghiệm 2 Bàn luận: Thuốc nhuộm bị mất màu cả trong lúc điện phân và sau khi điện phân. Trong thời gian điện phân, tác nhân khử màu là clo và hydro. Sau điện phân, màu của dung dịch thuốc nhuộm bị mất là do sự phân hủy nước Javel sinh ra clo và oxi. Lượng thuốc nhuộm xử lý được trong thời gian điện phân cao hơn trong thời gian sau điện phân. Tuy nhiên, lượng thuốc nhuộm mất đi là đáng kể. 71 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.7. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BÌNH ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.4000 g/l, I=0.7A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400 g/l. Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ bình điện phân đến hiệu suất khử màu toC 30 40 50 H% 24.17 18.88 19.02 Ảnh hưởng của nhiệt độ - H% 0 5 10 15 20 25 30 20 25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt độ (độ C) H% Hình 3.11: Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ bình điện phân đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Nhiệt độ dung dịch điện phân tăng nhưng hiệu suất xử lý không tăng. Nhiệt độ tăng thỉ cường độ dòng điện I tăng với cùng một điện thế áp đặt nên tốc độ điện phân tăng (lượng khí sinh ra nhiều hơn). Khi cố định I đi qua dung dịch điện phân thì lượng khí sinh ra như nhau, tốc độ của quá trình khử màu chỉ phụ thuộc vào tốc độ phân hủy thuốc nhuộm. Theo lý thuyết, nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng hóa học tăng và quá trình phân hủy nước Javen cũng nhanh hơn. Nhưng khoảng thời gian điện phân ngắn so với thời gian lưu mẫu sau điện phân, do đó nhiệt độ cao chỉ trong lúc điện phân không làm hiệu suất khử màu tăng lên đáng kể. 72 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nếu giữ nhiệt độ cao (50oC) cho dung dịch sau điện phân thì hiệu suất khử màu có thể tăng lên. Nhưng về mặt kinh tế và yêu cầu thực tế thì không hợp lí do phải tiêu tốn nhiều năng lượng. 3.2.8. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NaCl ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU NOVARON YELLOW CR I=0.2A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.1000g/l Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất khử màu [NaCl]g/l 0.4 1 2 3 H% 8.14 10.30 18.65 23.03 Ảnh hưởng nồng độ NaCl - H% 0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 [NaCl] (g/l) H % Hình 3.12: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất khử màu Bàn luận: hiệu suất khử màu tăng nhanh tuyến tính theo sự tăng của nồng độ NaCl. Giải thích: khi nồng độ NaCl tăng, độ dẫn điện của dung dịch tăng. Nếu cố định cường độ dòng điện qua dung dịch điện phân thì khi nồng độ NaCl tăng, lượng Cl- trong dung dịch nhiều hơn và khả năng tiếp xúc với điện cực cao hơn nên clo nguyên tử sinh ra nhiều hơn trên điện cực. Do đó hiệu suất khử màu sẽ tăng theo sự tăng của nồng độ NaCl. 73 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.9. KHOẢNG KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ TRONG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM * pH = 3.5 - 5.5 * [Thuốc nhuộm]: 0.0100 – 0.0800 g/l * Cường độ dòng điện: 0.5 – 0.7 A * Thời gian điện phân: 20 – 40 phút Nồng độ NaCl sử dụng cho toàn bộ các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm là 0.4000g/l 3.3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA 3.3.1. THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR 3.3.1.1. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Hàm mục tiêu y là hiệu suất khử màu thuốc nhuộm H%. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu là: x1: pH x2: nồng độ thuốc nhuộm ban đầu (g/l) x3: cường độ dòng điện I (A) x4: thời gian điện phân (phút) Bảng 3.14: Các mức các yếu tố Các yếu tố Các mức x1 x2 x3 x4 Mức cơ sở 4.5 0.0300 0.6 30 Khoảng biến thiên 1.0 0.0100 0.1 10 Mức trên (+) 5.5 0.0400 0.7 40 Mức dưới (-) 3.5 0.0200 0.5 20 Mô hình được chọn là mô hình tuyến tính: ŷ = bo + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b12x1x2+ b13x1x3+ b14x1x4 + b23x2x3 + b24x2x4 + b34x3x4 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Thực nghiệm được thực hiện là thực nghiệm yếu tố toàn phần (TYP) : có k yếu tố và mỗi yếu tố có n mức (ở đây ta nghiên cứu 2 mức: cao và thấp) thì số thí nghiệm phải thức hiện là: N = nk = 24 =16 Bảng 3.15: Ma trận quy hoạch thực nghiệm với các yếu tố được viết dưới dạng mã hóa và các kết quả STT xo X1 x2 x3 x4 y 1 1 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 49.24 2 1 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 26.58 3 1 -1.0 1.0 -1.0 -1.0 32.90 4 1 1.0 1.0 -1.0 -1.0 12.39 5 1 -1.0 -1.0 1.0 -1.0 76.92 6 1 1.0 -1.0 1.0 -1.0 45.22 7 1 -1.0 1.0 1.0 -1.0 42.22 8 1 1.0 1.0 1.0 -1.0 25.06 9 1 -1.0 -1.0 -1.0 1.0 78.04 10 1 1.0 -1.0 -1.0 1.0 52.31 11 1 -1.0 1.0 -1.0 1.0 50.05 12 1 1.0 1.0 -1.0 1.0 23.95 13 1 -1.0 -1.0 1.0 1.0 88.11 14 1 1.0 -1.0 1.0 1.0 73.56 15 1 -1.0 1.0 1.0 1.0 65.15 16 1 1.0 1.0 1.0 1.0 42.97 17 1 0.0 0.0 0.0 0.0 42.10 18 1 0.0 0.0 0.0 0.0 43.60 19 1 0.0 0.0 0.0 0.0 41.11 Thí nghiệm 17, 18, 19 là ba thí nghiệm ở tâm phương sai tái hiện. Giá trị trung bình của thí nghiệm ở tâm phương án để xác định phương sai tái hiện. Giá trị trung bình của thí nghiệm ở tâm: 75 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN yo= o u u n y∑ = 3 1 0 = 42.27 với no là số thí nghiệm ở tâm no = 3 Phương sai tái hiện: sth2 = 2 0 3 1 1 )( − −∑ = n yy u o o u =1.5717 sth = 1.253675 == N s s tnbj 0.313419 Các hệ số trong mô hình hồi quy: ;1 N y b N i i o ∑ == N yx b N i iji j ∑ == 1 với N là số thí nghiệm phải thực hiện (không tính các thí nghiệm ở tâm ; N =16) b0 = 47.9726 ; b1 = -11.2869 ; b2 = -12.2056 ; b3 = 8.3594; b4 = 10.2256; b12 = 0.5431 ; b13 = 0.5881 ; b14 = 0.2169 ; b23 = -1.3456 ; b24 = -1.5319 ; b34 = - 0.1794 Kiểm định tính ý nghĩa của các hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn Student : tj = bj j s b to = 241.6072 ; t1 = 36.0121 ; t2 = 38.9435 ; t3 = 26.6716 ; t4 = 32.6261 ; t12 = 1.7329 ; t13 = 1.8765 ; t14 = 0.6919 ; t23 = 4.2933 ; t24 = 4.8876 ; t34 = 0.5723 Tra bảng tp(f) với p = 0.05 ; f = 3-1 = 2 ; tp(f) = 4.30 Các tj > tp(f) thì các bj mới có ý nghĩa và do đó ta có phương trình hồi qui (biến mã hóa) có dạng: ŷ = 47.9726 -11.2869x1 -12.2056x2 + 8.3594x3 + 10.2256x4 – 1.5319x2x4 (3.1) 76 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Kiểm định tương thích của mô hình thực nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Fisher: Bảng 3.16: Các số liệu dùng để tính s2dư STT yi ŷi (yi – ŷi)2 1 49.24 51.34826 4.444746 2 26.58 28.77451 4.815859 3 32.9 30.00076 8.405612 4 12.39 7.427007 24.6313 5 76.92 68.06701 78.37549 6 45.22 45.49326 0.074669 7 42.22 46.71951 20.24556 8 25.06 24.14576 0.835841 9 78.04 74.86326 10.0917 10 52.31 52.28951 0.00042 11 50.05 47.38826 7.084878 12 23.95 24.81451 0.747372 13 88.11 91.58201 12.05483 14 73.56 69.00826 20.71837 15 65.15 64.10701 1.087835 16 42.97 41.53326 2.064232 ∑ = − N i ii yy 1 2)ˆ( = 195.6787 =− − = ∑ = lN yy S N i ii tt 1 2 2 )ˆ( 19.56787 Với l là số hệ số có ý nghĩa trong phương trình hồi quy l = 6 2 2 th tt S SF = = 12.45013 Tra bảng F1-p(f1,f2) với p = 0,05 , f1 = N – l =10, f2 = no – 1 =2 F0.95(10,2) = 19.3959 F< F1-p(f1,f2), do đó phương trình hồi qui tìm được tương thích. 77 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Giữa các biến mã hoá (xi) và các giá trị biến thật (Zi) đã chọn để nghiên cứu ở các mức nghiên cứu khác nhau được liên hệ với nhau qua các hệ thức sau: ithuc io i i Z Zx λ −= Trong đó: - Zio: giá trị nghiên cứu ở mức 0 (mức gốc). - iλ : khoảng biến thiên của biến nghiên cứu. Giá trị của iλ được tính nhờ biểu thức sau: ax min- Z 2 m i Zλ = - Zmax: giá trị nghiên cứu ở mức cao (+1). - Zmin: giá trị nghiên cứu ở mức thấp (-1). Ta có các giá trị 1 5.41 1 −= Zx ; 01.0 03.02 2 −= Zx ; 1.0 6.03 3 −= Zx ; 10 304 4 −= Zx Vậy phương trình biến thực nhận được là: y = 5.756 -11.2869Z1 – 760.99Z2 + 83.594Z3 + 1.4821Z4 – 15.319Z2Z4 (3.2) Bàn luận: Dựa vào phương trình (3.1) – phương trình biến mã hóa, vậy muốn tăng hiệu suất khử màu thì phải giảm pH, giảm nồng độ thuốc nhuộm, tăng cường độ dòng điện qua dung dịch và tăng thời gian điện phân. Dựa vào các hệ số trong phương trình hồi quy (3.1), trong khoảng giá trị khảo sát, yếu tố nồng độ thuốc nhuộm và pH ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm, tiếp đó là ảnh hưởng thời gian điện phân và cường độ dòng điện. 3.3.1.2. TỐI ƯU HÓA Tối ưu hóa thực nghiệm được thực hiện bằng phương pháp đường dốc nhất (Gradient), bắt đầu từ điểm không, là mức cơ sở: x1 = 4.5; x2 = 0.03 g/l; x3 = 0.6 A; x4 = 30 phút Chọn bước chuyển động của yếu tố x1 là δ1 = 0.5. Các bước chuyển của các yếu tố còn lại được tính 78 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN δj= δ1*bjΔj/b1Δ1 Bảng 3.17: Các số liệu để tối ưu hóa Tên x1 x2 x3 x4 y Mức cơ sở 4.5 0.0300 0.6 30 Hệ số bj -11.2913 -12.20875 8.35625 10.2225 Khoảng biến thiên Δj 1.0 0.0100 0.1 10 bj*Δj -11.2913 -0.1220875 0.835625 102.225 Bước chuyển động δj -0.5 -0.00540629 0.03700321 4.526735304 Bước làm tròn -0.5 -0.0054 0.04 5 Thí nghiệm 20 4 0.0246 0.64 35 70.62 Thí nghiệm 21 3.5 0.0192 0.68 40 84.11 Thí nghiệm 22 3 0.0138 0.72 45 92.49 Nhận kết quả tối ưu ở thí nghiệm 22 Bàn luận: Sau thời gian điện phân là 45 phút, hiệu suất khử màu đã đạt được gần 92.49 %. Trong lúc điện phân, tác nhân khử - hydro nguyên tử và các tác nhân oxi hóa clo nguyên tử (vì trong môi trường acid với điện cực trơ, ở anod Cl- luôn phóng điện trước) tác động đồng thời làm mất màu thuốc nhuộm, đặt biệt là nhóm mang màu và nhóm trợ màu trong phân tử thuốc nhuộm. Biểu hiện bằng việc màu giảm sau điện phân. 79 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.3.2. THUỐC NHUỘM CIBARON BLUE FNR 3.3.2.1. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Bảng 3.18: Các mức các yếu tố Các yếu tố Các mức x1 x2 x3 x4 Mức cơ sở 4.5 0.0500 0.6 30 Khoảng biến thiên 1.0 0.0200 0.1 10 Mức trên (+) 5.5 0.0700 0.7 40 Mức dưới (-) 3.5 0.0300 0.5 20 Bảng 3.19:Kết quả hàm mục tiêu y (H%) theo thí nghiệm quy hoạch tuyến tính STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y 46.49 24.16 26.45 14.69 72.32 31.96 30.25 21.84 73.12 43.53 STT 11 12 13 14 15 16 17 18 19 y 39.59 25.18 90.07 59.13 49.51 36.71 35.93 33.35 34.31 Các tj > tp(f) thì các bj mới có ý nghĩa và do đó ta có phương trình hồi qui (biến mã hóa) có dạng: ŷ = 41.5047 - 10.6625x1 -12.285x2 + 6.1613x3 + 9.2925x4 + 4.74x1x2 - 2.1113x2x3- 2.0725x2x4 (3.3) Kiểm định tương thích của mô hình thực nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Fisher: 2 2 th tt S SF = = 5.3861 Tra bảng F1-p(f1,f2) với p = 0,05 , f1 = N – l = 8, f2 = no – 1 =2 F0.95(8,2) = 19.3710 F< F1-p(f1,f2), do đó phương trình hồi qui tìm được tương thích. Phương trình biến thực nhận được là: y = 61.4617 – 22.5125z1 – 736.4852z2 + 114.3925z3 +1.4474z4 + 237z1z2 – 1055.65z2z3 – 10.3625z2z4 (3.4) 80 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Bàn luận: Dựa vào phương trình (3.3) – phương trình biến mã hóa, vậy muốn tăng hiệu suất khử màu thì phải giảm pH, giảm nồng độ thuốc nhuộm, tăng cường độ dòng điện qua dung dịch và tăng thời gian điện phân. Dựa vào các hệ số trong phương trình hồi quy (3.3), trong khoảng giá trị khảo sát, yếu tố nồng độ thuốc nhuộm và pH ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm, tiếp đó là ảnh hưởng thời gian điện phân và cường độ dòng điện. 3.3.2.2. TỐI ƯU HÓA Bảng 3.20: Các số liệu để tối ưu hóa x1 x2 x3 x4 y Thí nghiệm 20 4 0.0385 0.63 35 65.85 Thí nghiệm 21 3.5 0.027 0.66 40 91.96 Thí nghiệm 22 3 0.0155 0.69 45 97.97 Nhận kết quả tối ưu ở thí nghiệm 22 Bàn luận: Sau thời gian điện phân là 45 phút, hiệu suất khử màu đã đạt được gần 97.97% với A = 0.001. Chứng tỏ quá trình khử màu là rất tốt, dung dịch trở nên trong suốt. 3.3.3. THUỐC NHUỘM ACID YELLOW 17 3.3.3.1. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Bảng 3.21: Các mức các yếu tố Các yếu tố Các mức x1 x2 x3 x4 Mức cơ sở 4.5 0.0800 0.6 30 Khoảng biến thiên 1.0 0.0200 0.1 10 Mức trên (+) 5.5 0.1000 0.7 40 Mức dưới (-) 3.5 0.0600 0.5 20 81 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Bảng 3.22: Kết quả hàm mục tiêu y (H%) theo thí nghiệm quy hoạch tuyến tính STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y 26.97 26.27 17.85 14.04 43.43 40.85 28.7 27.75 44.88 43.64 STT 11 12 13 14 15 16 17 18 19 y 38.50 31.16 73.06 68.77 46.42 43.99 33.77 35.25 34.12 Các tj > tp(f) thì các bj mới có ý nghĩa và do đó ta có phương trình hồi qui (biến mã hóa) có dạng: ŷ = 37.8642 – 1.4588x1 – 7.4663x2 + 8.1038x3 + 10.285x4 – 2.44x2x3 – 1.3188x2x4- 1.1538x3x4 (3.5) Kiểm định tương thích của mô hình thực nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn Fisher: 2 2 th tt S SF = = 13.88003 Tra bảng F1-p(f1,f2) với p = 0,05 , f1 = N – l =8, f2 = no – 1 =2 F0.95(8,2) = 19.37099 F< F1-p(f1,f2), do đó phương trình hồi qui tìm được tương thích. Phương trình biến thực nhận được là: y = - 47.6338 – 1.4588z1 + 556.505z2 + 213.252z3 + 2.2483z4 – 1220z2z3 – 6.594z2z4 – 1.1538z3z4 (3.6) Bàn luận: Dựa vào phương trình (3.5) – phương trình biến mã hóa, vậy muốn tăng hiệu suất khử màu thì phải giảm pH, giảm nồng độ thuốc nhuộm, tăng cường độ dòng điện qua dung dịch và tăng thời gian điện phân. Dựa vào các hệ số trong phương trình hồi quy (3.5), trong khoảng giá trị khảo sát, yếu tố thời gian điện phân và cường độ dòng điện ảnh hưởng lớn đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm, tiếp đó là nồng độ thuốc nhuộm và pH. 82 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.3.3.2. TỐI ƯU HÓA Bảng 3.23: Các số liệu để tối ưu hóa x1 x2 x3 x4 y Thí nghiệm 20 4 0.03 0.88 66 98.58% Thí nghiệm 21 3.5 -0.02 1.16 102 Thí nghiệm 22 3 -0.07 1.44 138 Nhận kết quả tối ưu ở thí nghiệm 20 Bàn luận: Sau thời gian điện phân là 66 phút, hiệu suất khử màu đã đạt được 98.58%. Chứng tỏ quá trình khử màu là khá tốt, dung dịch trở nên trong suốt, không màu. 3.4. KHẢ NĂNG XỬ LÝ MÀU VÀ COD THEO THỜI GIAN ĐIỆN PHÂN 3.4.1. THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l, I=0.5A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút. Khi chưa điện phân COD = 57 (phụ lục 1) Bảng 3.24: Khả năng xử lý màu và COD trên thuốc nhuộm Novaron yellow CR theo thời gian điện phân (phụ lục 1, 2,3) Tgian điện phân (phút) 0 20 40 H% (màu) 0 23.20 33.09 COD, mg O2/l 57 56 49 H% (COD) 0 1.75 14.04 3.4.2. THUỐC NHUỘM CIBARON BLUE FNR [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l, I=0.5A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút Khi chưa điện phân COD = 56 (phụ lục 4) 83 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Bảng 3.25: Khả năng xử lý màu và COD trên thuốc nhuộm Cibaron blue FNR theo thời gian điện phân (phụ lục 4, 5, 6) Tgian điện phân 0 20 40 H% (màu) 0 22.94 38.88 COD, mg O2/l 56 55 54 H % (COD) 0 1.89 3.57 Bàn luận: Ta thấy khi tăng thời gian điện phân thì hiệu suất khử màu và hiệu suất xử lý COD tăng. Hiệu suất xử lý màu và xử lý COD tốt nhất sau khi điện phân 40 phút Hiệu suất xử lý màu của thuốc nhuộm Cibaron blue FNR tốt hơn thuốc nhuộm Novaron yellow CR nhưng hiệu suất xử lý COD của thuốc nhuộm Novaron yellow CR lại tốt hơn. Điều này chứng tỏ sự giảm màu sắc của các thuốc nhuộm trong quá trình điện phân chỉ là sự phá hủy cấu trúc các nhóm mang màu và sự vô cơ hóa chỉ một phần chứ không phải là hoàn toàn. 3.5. SO SÁNH SỰ KHỬ MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN VÀ BẰNG NƯỚC JAVEL [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l, I=0.5A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút. Nước Javel ở đây là dung dịch điện phân nói trên với cùng điều kiện nhưng sẽ cho thuốc nhuộm sau khi điện phân muối ăn 20 phút và sau đó được lưu lại 20 phút trước khi đem dung dịch đi đo quang. Bảng 3.26: Hiệu suất khử thuốc nhuộm bằng phương pháp điện và bằng dung dịch nước Javel Thuốc nhuộm Novaron yellow CR Cibaron blue FNR Acid yellow 17 H % (điện phân) 13.51 34.24 46.87 H% (Javel) 5.87 30.21 30.70 Nhận xét: Ta thấy quá trình khử màu bằng phương pháp điện phân tốt hơn nước Javel. Và hai quá trình thì thuốc nhuộm đều bị khử màu bằng NaClO và các sản phẩm phân hủy từ nước Javel như Cl2, oxi nguyên tử. Còn trong quá trình điện 84 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN phân thì ngoài các tác nhân trên còn có Clo nguyên tử trên điện cực, hidro nguyên tử. 3.6. SO SÁNH HIỆU SUẤT KHỬ MÀU CỦA CÁC THUỐC NHUỘM VỚI ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU Bảng 3.27: So sánh hiệu suất khử màu của thuốc nhuộm với điều kiện tối ưu Thuốc nhuộm H% Độ màu Co dung dịch sau khi điện phân Novaron yellow CR 92.49 23.4 Cibaron blue FNR 97.97 7.4 Acid yellow 17 98.56 31.4 Nhận xét: Với điều kiện tối ưu thì hiệu suất khử màu rất cao từ 92.49 đến 98.56% . Và sau khi tối ưu hóa thì độ màu Coban từ 7.4 – 31.4 mà theo tiêu chuẩn kiểm soát nước thải ô nhiễm [10] thì nằm trong giới hạn cho phép (độ màu Coban bằng 50). Nên việc triển khai nghiên cứu tiếp cho nước thải dệt nhuộm là khả thi. 3.7. CHI PHÍ ĐIỆN NĂNG TIÊU THỤ Ở ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU Bảng 3.28 : Chi phí điện năng tiêu thụ Thuốc nhuộm [thuốc nhuộm] (g/l) I (A) U (V) t (giờ) Giá thành tiêu thụ điện (VN đồng) Giá thành tiêu thụ điện tính trên 1g/l thuốc nhuộm (VN đồng) Novaron yellow CR 0.0138 0.72 27 0.75 14.58 1056.26 Cibaron blue FNR 0.0155 0.69 29 0.75 15.01 968.38 Acid yellow 17 0.0300 0.88 52 1.1 50.34 1678.67 85 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nhận xét: Với các điều kiện tối ưu ta thấy cứ mỗi gam thuốc nhuộm trên một lít dung dịch thì chi phí điện năng tiêu tốn để xử lý từ 968.38 đến 1678.68 VN đồng. Chi phí này là quá lớn do đó cần cân nhắc khi áp dụng khi áp dụng phương pháp này vào xử lý nước thải ngành dệt nhuộm.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf7.pdf
  • pdf0.pdf
  • pdf1.pdf
  • pdf10.pdf
  • pdf2.pdf
  • pdf3.pdf
  • pdf4.pdf
  • pdf5.pdf
  • pdf6.pdf
  • pdf8.pdf
  • pdf9.pdf
Luận văn liên quan