Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh

19 829 1

Kira Gửi tin nhắn Báo tài liệu vi phạm

Tải lên: 23,649 tài liệu

  • Loading ...
1/19 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 10/02/2014, 20:27

Nghiên cứu khả năng xử nƣớc thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh Phạm Thanh Dũng Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS. ngành: Khoa học môi trƣờng; Mã số: 60 85 02 Ngƣời hƣớng dẫn: GS.TSKH. Đỗ Ngọc Khuê Năm bảo vệ: 2012 Abstract. Nghiên cứu đặc điểm phân hủy của các hợp chất nitrophenol bằng tác nhân Fenton (H2O2 + Fe(II) và điện phân. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số yếu tố công nghệ đến khả năng phân hủy của các hợp chất Nitrophenol bằng tác nhân Fenton (H2O2 + Fe(II) và điện phân. Khảo sát khả năng xử TNP và TNR bằng thực vật thủy sinh: thủy trúc. Đề xuất quy trính xử đối với nƣớc thải chứa 2,4,6-trinitrophenol (TNP) và 2,4,6-trinitrorezocxin (TNR) bằng giải pháp sử dụng tác nhân Fenton hoặc điện phân kết hợp với thực vật thủy sinh (cây thủy trúc). Keywords. Khoa học môi trƣờng; Xử nƣớc thải; Thực vật thủy sinh Content MỞ ĐẦU Trong quân đội, nƣớc thải do các cơ sở sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ, sửa chữa đạn dƣợc thƣờng chứa một số hóa chất độc hại là các thuốc nổ thuộc nhóm nitrotoluen nhƣ nitrotoluen (NT), 2,4,6-trinitrotoluen (TNT),…, nhóm nitrophenol nhƣ 2,4,6-trinitrophenol (axit picric, TNP), 2,4,6-trinitrorezocxin (axit stypnic, TNR), nhóm nitramin nhƣ hexogen (RDX), octogen (HMX), estenitrat nhƣ nitroglyxerin (NG) và một số chất khác. Đây là các hóa chất vừa nguy hiểm vừa có độc tình cao với môi trƣờng. Chình ví vậy nghiên cứu công nghệ xử nƣớc thải công nghiệp nhiễm các hóa chất kể trên là một trong các nội dung quan trọng của hoạt động Bảo vệ môi trƣờng trong quân đội hiện nay. Đã có một số đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ và một số luận án tiến sĩ, luận văn thạc sỹ đã đề cập đến vấn đề xử môi trƣờng bị nhiễm các hóa chất độc hại kể trên, đặc biệt là các hóa chất thuộc nhóm nitrotoluen, nhóm nitramin,… bằng các giải pháp công nghệ khác nhau nhƣ phƣơng pháp hấp phụ trên than hoạt tình hoặc hấp phụ trên than hoạt tình kết hợp sử dụng thực vật bậc cao, phƣơng pháp điện phân hoặc điện phân kết hợp với thực vật bậc cao, phƣơng pháp ozon hóa, sử dụng kim loại hóa trị (0), sử dụng bức xạ UV và các tác nhân xúc tác oxi hóa (H2O2, TiO2), phƣơng pháp sử dụng các tác nhân sinh học (vi sinh vậtthực vật bậc cao). Từ các kết quả đã công bố có thể rút ra một số nhận xét sau: 1. Trong số các đối tƣợng nƣớc thải nhiễm thuốc nổ đã nghiên cứu thí nƣớc thải công nghiệp nhiễm các thuốc nổ nhóm nitrophenol thì dụ nhƣ axit picric (2,4,6 trinitrophenol – TNP), axit stypnic (2,4,6 trinitrorezocxin – TNR) và một số hóa chất nitrophenol khác đƣợc sử dụng trong công nghệ chế tạo thuốc nổ còn ìt đƣợc nghiên cứu mặc dù chúng cũng là các loại chất thải có độc tình cao với môi trƣờng. 2. Các kết quả thử nghiệm cho thấy việc kết hợp nhiều phƣơng pháp công nghệ khác nhau (thì dụ điện phân hay hấp phụ kết hợp với sử dụng thực vật bậc cao) cho hiệu quả xử cao hơn so với khi sử dụng một giải pháp độc lập. 3. Trong thời gian qua, một số tác giả nƣớc ngoài và ở trong nƣớc đã thử nghiệm thành công một số giải pháp công nghệ mới nhƣ sử dụng các tác nhân oxi hóa bậc cao (trên cơ sở phức của Fe(III) với các ligan tetraamido mạch vòng lớn (Tetraamidomacrocylic ligan, TAML) và H2O2 (Hệ Fe-TAML- H2O2) và Fe(0)- EDTA- oxi không khì) hay hệ Fenton,… để xử và chuyển hóa nhanh các hóa chất độc hại khó phân hủy. Tuy nhiên việc nghiên cứu áp dụng các giải pháp công nghệ sử dụng tác nhân Fenton hoặc điện phân hay kết hợp với thực vật để xử nƣớc thải nhiễm các thuốc nổ nitrophenol còn rất ìt đƣợc quan tâm đến. Đây chình là căn cứ để chúng tôi đề xuất đề tài luận văn Thạc sỹ với tên gọi: “Nghiên cứu khả năng xử nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh” Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÀ CÔNG NGHỆ XỬ NƢỚC THẢI NHIỄM CÁC HỢP CHẤT NITROPHENOL 1.1.1. Nguồn ô nhiễm các hợp chất nitrophenol trong nƣớc Hàng năm, các cơ sở sản xuất thuốc phóng, thuốc nổ quốc phòng phát sinh một lƣợng nƣớc thải với trữ lƣợng khá lớn. Loại nƣớc thải này thƣờng chứa các thành phần có tình độc hại cao với môi trƣờng và rất khó bị phân hủy, đặc biệt là các hợp chất nitro thơm. Các hợp chất nitro vòng thơm là một trong những chất ô nhiễm do con ngƣời tạo ra vừa độc hại vừa khó xử lý, chúng thƣờng có mặt trong nƣớc thải nhuộm, thuốc trừ sâu, đạn dƣợc và một số ngành công nghệ hóa học khác. Các hợp chất nitrophenolmột trong những thành phần quan trọng nhất của các hợp chất nhóm này. Một số hợp chất nitrophenol còn đƣợc sử dụng trong công nghệ chế tạo vật liệu nổ. Do các hợp chất nitrophenol đều có độ bền và độc tình cao cho nên công nghệ khử độc cho nguồn nƣớc bị nhiễm các hợp chất này là vấn đề luôn đƣợc nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. 1.1.2. Hiện trạng công nghệ xử nƣớc thải nhiễm các hợp chất phenol và các hợp chất trinitrophenol độc hại 1.1.2.1. Phương pháp ozon hoá 1.1.2.2. Phương pháp chuyển hóa chất ô nhiễm bằng tác nhân oxy hóa khử kiểu Fenton - sử dụng Hệ Fe(0)-EDTA-không khí và sử dụng phức có hoạt tính xúc tác hệ Fe-TAML/H2O2. Giải pháp công nghệ hoá học sử dụng tác nhân mới là hệ FEK (hệ Fe(0) - EDTA - không khí). Trong hệ phản ứng FEK chứa bột sắt kim loại, ethylenediaminetetraacetate (EDTA) và ôxy không khì. Thì nghiệm đã chỉ ra rằng hệ FEK có tình ôxy hoá có thể làm khoáng hoá các chất hữu cơ ô nhiễm, trong khi đó hệ sắt kim loại hoá trị không (Fe(0)) có tình khử. Có một số tác giả đã sử dụng Fe(0) để làm tăng khả năng ôxy hoá của H2O2. Có thể nói hiện nay, hệ FEK là hệ duy nhất có khả năng chuyển hoá ôxy trong điều kiện thƣờng thnh hp cht peroxyt to ra gc t do OH*.. u im ca h FEK l cú tỡnh nng oxi húa cao m khụng ũi hi xỳc tỏc, dung mụi hu c v thit b t tin. Ngoi h FEK ra, vic nghiờn cu sn xut ra xỳc tỏc Fe-TAML cú th xem nh mt bc tin vt bc trong lnh vc iu ch xỳc tỏc oxi hoỏ hiu qu nhiu tỏc nhõn ụ nhim v thõn thin vi mụi trng. Kh nng oxi hoỏ mnh ngay nhit , ỏp sut thng, trong vựng pH rng, thi gian sng lõu di, sn phm chuyn hoỏ l nhng hp cht khụng gõy ụ nhim th cp. 1.1.2.3. Phng phỏp s dng thc vt 1.1.2.4. Hp ph bng than hot tớnh 1.1.2.5. Phng phỏp tng hp x nc thi cha cỏc hp cht nitro thm trong ú cú cỏc hp cht nitrophenol ó cú mt s cụng trớnh nghiờn cu trong nc tng i chi tit v x TNT, DNT, DNP, TNR, trong nc thi ca ngnh cụng nghip sn xut thuc phúng, thuc n bng hp ph (than hot tỡnh) kt hp cỏc bin phỏp sinh hc (s dng thc vt thy sinh) trong nc v t b ụ nhim. Ngoi ra, ó cú cụng trớnh nghiờn cu v gii phỏp s dng công nghệ tổng hợp trên cơ sở sử dụng hệ oxi hóa kiểu Fenton (hệ Fe(0) - EDTA - oxy không khí) kết hợp vỡi thực vật bậc cao để xử n-ỡc thải nhiễm hợp chất phenol (Phenol, TNR, m-NP). 1.2. C IM QU TRèNH OXI HểA FENTON H tỏc nhõn Fenton gm cỏc ion st húa tr 2 (thụng thng dựng mui FeSO4) v hydrogen peroxit H2O2: Fe2+ + H2O2 Fe3+ + *OH + OH- (Phn ng 1 trong Bng 1.1) Gc t do hydroxyl *OH sinh ra trong quỏ trớnh Fenton cú kh nng phn ng vi Fe2+ v H2O2, nhng quan trng nht l cú kh nng phn ng vi nhiu cht hu c (RH) to thnh cỏc gc hu c cú kh nng phn ng cao, t ú s phỏt trin tip tc kiu dõy chui. Cỏc yu t chỡnh nh hng n ng hc phn ng Fenton ng th l pH, t l Fe2+/H2O2 v loi ion (Fe2+ hay Fe3+, cỏc anion vụ c, nhit dung dch). Hin trng nghiờn cu, ng dng cỏc quỏ trỡnh oxi húa Fenton chuyn húa, phõn hy cỏc hp cht nitrophenol c hi nhim trong mụi trng nc a, Tỡnh hỡnh nghiờn cu nc ngoi [49,64] Cỏc tỏc gi ó nghiờn cu phõn hy 2,4-dinitrophenol (2,4-DNP), 2-nitrophenol (2-NP) v 4-nitrophenol (4-NP) bng tỏc nhõn Fenton v nhn thy khi t l mol gia cỏc nitrophenol v FeCl2 bng 3 (c bit vi t l NP:Fe2+ l 1.10-4M : 3,5.10-5M) mc phõn hy ca 2,4-DNP, 2-NP v 4-NP t c 90% trong khong thi gian tng ng l 3,4 v 3,5 gi. b, Tỡnh hỡnh nghiờn cu trong nc Cng nh cỏc cụng trớnh nghiờn cu ngoi nc, trong cỏc cụng trớnh nghiờn cu ca cỏc tỏc gi trong nc cng ó bc u chỳ trng n cỏc i tng mụi trng c th (thỡ d, nc thi cụng nghip) b nhim cỏc hp cht nitrophenol. 1.3. C IM QU TRèNH OXI HểA KH IN HểA PHN HY CC CHT HU C Chuyn húa hp cht nitro thm bng phng phỏp in hoỏ v thc cht l ngi ta thay th tỏc nhõn oxy hoỏ - kh hoỏ hc bng tỏc nhõn oxy hoỏ - kh in hoỏ chuyn húa hp cht nitro thm. Chng 2. I TNG V PHNG PHP NGHIấN CU 2.1. I TNG V MC TIấU NGHIấN CU 2.1.1. i tng nghiờn cu: - Mẫu nƣớc bị ô nhiễm MNP, DNP, TNP và TNR tự tạo và mẫu nƣớc thải nhiễm MNP, DNP, TNP, TNR. - Đặc điểm phân hủy của các hợp chất nitrophenol bằng tác nhân Fenton và điện phân. - Khả năng xử MNP, DNP, TNP và TNR bằng thủy trúc. 2.1.2. Mục tiêu: Xây dựng hệ thống xử nƣớc thải nhiễm các hợp chất nitrophenol (NPs) phù hợp. 2.2. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 2.2.1. Thiết bị - Hệ thống thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) Model HP 1100, sử dụng detector chuỗi (DAD) do hãng Aligent (Mỹ) sản xuất. - Cân phân tìch CHYO (Nhật Bản) có độ chình xác ±0,1mg. - Máy đo pH: OAKLON, serie 510 (Mỹ) có độ chình xác ±0,01. - Thiết bị quang phổ tử ngoại – khả kiến UV-Vis Agilent 8453 (Mỹ) sử dụng detector chuỗi (DAD). - Điện cực anot trơ dạng tấm - Các vại sành hính trụ có đƣờng kình trung bính 22 cm, chiều cao 22 cm. - Các loại chậu nhựa có đƣờng kình trung bính 35cm. 2.2.2. Hóa chất - 2-mononitrophenol (MNP): dạng tinh thể có độ sạch phân tìch (Merck - Đức). - 2,4-dinitrophenol (DNP): dạng tinh thể có độ sạch phân tìch (Merck - Đức) - 2,4,6-trinitrophenol (TNP): dạng tinh thể có độ sạch phân tìch (Merck - Đức). - 3-hydroxy-2,4,6-trinitrophenol (axit Styphnic, TNR): dạng tinh thể có độ sạch phân tìch (Merck - Đức). - Các dung môi: axetonitryl, etanol, metanol, hexan) có độ sạch dùng cho phân tìch HPLC (Merck - Đức). - H2O2 (Merck) có độ sạch phân tìch, nồng độ dung dịch gốc 30% (w/v). - FeSO4.7H2O (Merck) loại có độ sạch phân tìch. - Đất phù sa đƣợc phơi khô tự nhiên, độ ẩm trung bính 50%. 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.3.1. Thiết kế thí nghiệm 2.3.1.1. Thí nghiệm chuyển hóa các dung dịch MNP, DNP, TNP và TNR bằng các qúa trình Fenton  Ảnh hưởng của thời gian lên hiệu quả phân hủy  Ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 lên hiệu quả phân hủy  Ảnh hưởng của tác nhân Fenton lên hiệu quả phân hủy  Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH lên hiệu quả phân hủy 2.3.1.2. Thí nghiệm thử khả năng hấp thu và xử của các loài thực vật thủy sinh đối với TNP và TNR 2.3.2. Phƣơng pháp phân tích nồng độ chất nghiên cứu Phƣơng pháp trắc quang Phƣơng pháp chuẩn độ Iot, chỉ thị hồ tinh bột . Sử dụng thiết bị sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 2.3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu động học và xác định bậc phản ứng oxi hóa các hợp chất nitrophenol bằng tác nhân Fenton 2.3.4. Xác định hiệu suất điện phân các hợp chất nitrophenol Hiệu suất điện phân đƣợc tình theo công thức:   %100otoCCC  (2.3) Trong đó: η : hiệu suất xử sau t phút (%); Co : nồng độ ban đầu của NPs (mg/l); Ct : nồng độ của NPs sau t phút điện phân (mg/l). 2.3.5. Xác định tốc độ xử TNP và TNR của các loài thực vật  0 tXLC C VddVmt (mg/gsk/ngày) (2.4) Trong đó: VXL : tốc độ xử lý, tính bằng mg/g sinh khối/ ngày; C0 : nồng độ ban đầu chất cần xử (mg/l); Ct : nồng độ của chất cần xử sau t ngày xử (mg/l); m: khối lượng sinh khối cây trồng (gram) (có thể tính theo thân lá và rễ); t: thời gian xử (ngày); Vdd: thể tích dung dịch TNP và TNR sử dụng ban đầu. 2.3.6. Xác định hiệu suất xử TNP và TNR của các loài thực vật   %10000CCCHttv (2.5) Trong đó: Htv: hiệu suất xử sau t ngày (%); C0: nồng độ ban đầu chất cần xử (mg/l); Ct: nồng độ của chất cần xử sau t ngày (mg/l). Chƣơng 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƢNG SẮC KÝ LỎNG HIỆU NĂNG CAO CỦA MNP, DNP, TNP VÀ TNR 3.1.1. Đặc trƣng sắc ký lỏng hiệu năng cao của MNP, DNP, TNP và TNR Bảng 3.1. Một số đặc trƣng sắc ký của các hợp chất nitrophenol tại các giá trị pH khác nhau STT Hợp chất Nồng độ (mg/l) pH TÝn hiÖu ®o  (nm) tR (phót) Chiều cao pic (mAu) 1 MNP 25 4,0 315 4,26 10,312 7,0 315 4,27 10,251 10,0 315 4,27 10,056 2 DNP 100 4,0 365 3,08 197,014 7,0 365 3,07 197,302 10,0 365 3,08 198,132 3 TNP 100 4,0 360 2,64 188,623 7,0 360 2,64 189,335 10,0 360 2,65 189,980 4 TNR 25 4,0 420 3,00 44,912 7,0 420 2,99 44,437 10,0 420 2,99 45,113 Nhận xét: Kết quả khảo sát các đặc trưng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) của MNP, DNP, TNP và TNR cho thấy đều không bị thay đổi (về thời gian lưu và chiều cao pic) khi pH của môi trường thay đổi. Kết quả này cũng phù hợp với kết quả đã nghiên cứu khảo sát các đặc trưng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) của MNP, DNP, TNP, TNR của tác giả [32]. 3.1.2. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định MNP, DNP, TNP và TNR bằng phƣơng pháp HPLC Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn HPLC định lƣợng các hợp chất nitrophenol, với các điều kiện đo ứng với mỗi chất nhƣ sau: - Đối với MNP: )035,1220,15().141,0561,16(  xy, khoảng tuyến tình 0,5-250mg/l - Đối với DNP: )622,0427,5().147,0040,20(  xy, khoảng tuyến tình 0,5- 100mg/l - Đối với TNP: )023,1564,7().241,0301,14(  xy, khoảng tuyến tình 1,0-200mg/l - Đối với TNR: )920,0913,3().217,0845,16(  xy, khoảng tuyến tình 0,5-120 mg/l Trong đó: y là diện tìch pic (đơn vị diện tìch) x là nồng độ (mg/l). 3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG PHÂN HỦY MNP, DNP, TNP VÀ TNR BẰNG HỆ XÚC TÁC FENTON TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC Kết quả khảo sát cho thấy nồng độ của tất cả hợp chất nitrophenol khác nhƣ MNP, DNP và TNR cũng đều giảm đáng kể theo thời gian sau khi bổ sung tác nhân Fenton vào dung dịch, đặc biệt là với MNP và TNR. Tuy nhiên, mức độ suy giảm nồng độ các hợp chất NPs phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ thời gian phản ứng, nồng độ Fe2+, H2O2, pH, nhiệt độ dung dịch và bản chất các hợp chất NPs. Đã khảo sát và xác định đƣợc quy luật ảnh hƣởng của các yếu tố trên tới tốc độ và hiệu suất phân hủy NPs bằng hệ tác nhân Fenton. Kết quả khảo sát cho thấy hệ tác nhân Fenton thìch hợp cho mục đìch phân hủy các hợp chất NPs có nồng độ H2O2 thƣờng lớn hơn khoảng 10 lần so với nồng độ Fe2+, thì dụ dung dịch 3,5.10-4M Fe2++ 3,5.10-3M H2O2. Mức độ suy giảm nồng độ các hợp chất NPs phụ thuộc vào bản chất (cấu tạo) của các hợp chất NPs (số lƣợng nhóm NO2 , -OH có trong phân tử, sự có mặt của các nhóm thế khác,…). Số lƣợng nhóm NO2 càng lớn thí tốc độ và hiệu suất phân hủy càng nhỏ. Thì dụ, trong môi trƣờng pH = 3, đối với MNP (Bảng 3.2) hiệu suất phân hủy đạt mức 100% sau 15 phút phản ứng; với 2,4,6-TNP: sau 45 phút (Bảng 3.2). Riêng với DNP để đạt đƣợc hiệu suất phân hủy tƣơng tự thí phải cần đến thời gian là 60 phút (Bảng 3.2). Sự tăng hiệu suất phân hủy TNR so với MNP, DNP và TNP có thể liên hệ với ảnh hƣởng của sự có mặt nhóm OH- nhóm hoạt hóa thứ 2, trong phân tử TNR đã làm tăng khả năng phân hủy bằng tác nhân Fenton. Kết quả khảo sát cho thâý môi trƣờng có pH=3 là thìch hợp nhất cho phản ứng phân hủy NPs bằng tác nhân Fenton. Khi tăng pH đến pH= 5, hiệu suất phân hủy NPs có giảm nhƣng quy luật biến đổi đối với cả 4 hợp chất đã khảo sát vẫn giống nhƣ trong môi trƣờng pH=3 (Bảng 3.2). Khi tăng nhiệt độ dung dịch từ 20 lên 50OC đã phát hiện đƣợc sự tăng đáng kể hiệu suất và tốc độ phân hủy NPs. Tuy nhiên phản ứng Fenton chỉ có ý nghĩa thực tiễn khi thực hiện trong dung dịch có nhiệt độ nằm trong khoảng 25-35 OC (nhiệt độ môi trƣờng nƣớc tự nhiên). Bảng 3.2. Sự biến đổi hiệu suất phân hủy (H,%), tốc độ trung bình phân hủy (VTB, mg/l/phút) của NPs bằng tác nhân Fenton trong dung dịch có pH=3 theo thời gian phản ứng. Thời gian, phút MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 100 11,93 95,1 10,3 95,7 6,70 100 11,84 30 98,9 5,4 99,7 6,53 45 99,4 3,6 100 4,37 60 100 3,6 Từ kết quả đƣợc dẫn trên Bảng 3.2 ta nhận thấy tốc độ trung bính phân hủy các hợp chất NPs có trong dung dịch (pH=3 ) bằng tác nhân Fenton (tình tại thời điểm sau 15 phút phản ứng) tăng dần theo dãy: TNP (6,70 mg/l/phút) < DNP (10,3 mg/l/phút) < TNR (11,84 mg/l/phút) < MNP (11,93 mg/l/phút) Bảng 3.3. Sự biến đổi hiệu suất phân hủy (H,%), tốc độ trung bình phân hủy (VTB, mg/l/phút) của NPs bằng tác nhân Fenton trong dung dịch có pH=6. Thời gian, phút MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V mg/l/phút 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 39,4 0,40 3,1 0,3 4,40 0,57 3,0 0,46 30 6,01 0,22 8,42 0,54 5,3 0,40 45 - - - - - 60 8,65 0,23 16,35 0,53 12,9 0,49 Khi pH môi trƣờng tăng lên đến pH=6 thí cả hiệu suất và tốc độ phân hủy các hợp chất NPs bằng tác nhân Fenton đều giảm đáng kể: sau 60 phút hiệu suất phân hủy MNP chỉ đạt 39,4 %, DNP : 8,65 %, TNP: 16,35%, còn TNR: 12,9 % (Bảng 3.3). Hiện tƣợng này là có tình quy luật ví phản ứng Fenton dạng cổ điển (tức hệ Fenton chỉ gồm Fe2+ và H2O2) thƣờng chỉ xảy ra thuận lợi và hiệu quả cao trong môi trƣờng axit yếu (pH 2- 4), cao nhất ở pH khoảng 2,8-3,0; còn ở môi trƣờng pH>5 phản ứng không có hiệu quả. Khi pH>6 hiệu suất phản ứng sụt giảm do sự chuyển hóa ion Fe2+ thành hydroxit sắt (III) dạng keo. Hydroxit sắt (III) xúc tác phân hủy H2O2 thành oxy và nƣớc mà không tạo nên gốc *OH. Điều này chứng tỏ khi sử dụng tác nhân Fenton để xử phân hủy các hợp chất NPs thí pH môi trƣờng cần đƣợc duy trí ở khoảng pH = (3 – 5), tối ƣu nhất là ở pH~ 3. Từ kết quả khảo sát có thể nhận thấy Fenton là một trong các tác nhân oxi hóa nâng cao có thể sử dụng hiệu quả cho mục đìch xử các mẫu nƣớc bị nhiễm các hợp chất NPs. Tuy nhiên phƣơng pháp xử nƣớc bị nhiễm NPs bằng quá trính Fenton có một hạn chế đáng kể là không thể thực hiện hiệu quả ở điều kiện môi trƣờng có pH trung tình (pH 6-7). Do đó khi áp dụng cho các mẫu nƣớc thực tế cần phải có công đoạn điều chỉnh pH trƣớc khi tiến hành xử lý. Để thử nghiệm khả năng sử dụng tác nhân Fenton để xử nƣớc bị nhiễm hỗn hợp các hợp chất NPs; đã chuẩn bị dung dịch gồm bốn thành phần là: 4-NP (5.10-4M) + 2,4-DNP (5.10-4M) + 2,4,6-TNP (5.10-4M) + 2,4,6-TNR (5.10-4M), pH=3. Kết quả khảo sát bằng phƣơng pháp HPLC cho thấy sau 15 đến 30 phút tình từ khi bổ sung tác nhân Fenton có thành phần là 3,5.10-4M Fe(II) + 3,5.10-3M H2O2 thí toàn bộ lƣợng 4-NP, 2,4,6-TNP và 2,4,6-TNR có trong dung dịch đều bị phân hủy hết (hiệu suất đạt 100 %). Riêng với 2,4-DNP thí hiệu suất đạt đƣợc là 96,6 %. Để phân hủy hoàn toàn 2,4-DNP trong 30 phút cần tăng nồng độ Fe(II) lên 5.10-4M. Nhƣ vậy có nghĩa là bằng tác nhân Fenton có thể xử không chỉ nguồn nƣớc bị nhiễm riêng từng hợp chất NPs mà còn có thể xử nguồn nƣớc bị nhiễm hỗn hợp các hợp chất này với hiệu suất cao. 3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG PHÂN HỦY MNP, DNP, TNP VÀ TNR BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN KHÔNG CÓ MÀNG NGĂN Kết quả thử nghiệm cho thấy các hợp chất NPs cũng bị phân hủy nhanh trong quá trính điện phân ở điều kiện không có màng ngăn (Bảng 3.4). Hiệu suất và tốc độ phân hủy điện hóa của các hợp chất NPs cũng chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố nhƣ mật độ dòng, pH, nhiệt độ dung dịch, hàm lƣợng phụ gia NaCl, bản chất và nồng độ ban đầu của hợp chất NPs. Tốc độ và hiệu suất phân hủy các hợp chất NPs đều tăng mạnh khi tăng mật độ dòng từ 0,5 A/dm2 lên 1,0 A/dm2 và ìt thay đổi sau khi đạt mức d=1,5 A/dm2 (Bảng 3.6). Sự tăng nồng độ NaCl từ 0,5 đến 3 g/l hoặc tăng nhiệt độ dung dịch từ 20 đến 500 C cũng làm tăng tốc độ và hiệu suất phân hủy của các hợp chất NPs. Tuy nhiên, điểm đáng lƣu ý nhất ở đây khi cần so sánh về đặc điểm và tình ƣu việt giữa hai phƣơng pháp Fenton và điện hóasự ảnh hƣởng của pH môi trƣờng và bản chất các hợp chất NPs tới hiệu suất và tốc độ phân hủy chúng bằng tác nhân Fenton và điện hóa. Kết quả khảo sát sự biến đổi tốc độ trung bính phân hủy các hợp chất NPs (VTB, mg/l/phút) theo thời gian điện phân (ở điều kiện môi trƣờng có pH=6, d= 0,5 A/dm2 , 3g/l NaCl, tO =25 oC) đƣợc dẫn trong Bảng 3.4. Bảng 3.4. Sự biến đổi hiệu suất phân hủy (H,%) và tốc độ trung bình phân hủy (VTB, mg/l/phút) MNP, DNP, TNP, TNR trong quá trình điện phân trong dung dịch có pH=6, d= 0,5 A/dm2 , 3g/l NaCl, tO =25 oC. Thời gian, phút MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 36,31 2,82 50,93 4,88 34,94 3,65 82,59 10,22 30 58,78 2,27 94,66 4,54 68,82 3,60 99,39 6,15 45 80,19 2,06 98,07 3,13 85,49 2,98 100 4,15 60 94,89 1,83 99,91 2,39 90,23 2,36 Từ kết quả dẫn trong Bảng 3.4 ta nhận thấy tốc độ phân hủy các hợp chất NPs bằng phƣơng pháp điện phân ở điều kiện môi trƣờng có pH = 6, d = 0,5A/dm2 , t = 30oC (tình tại thời điểm sau 15 phút phản ứng) đều thấp hơn so với tốc độ phân hủy các hợp chất này bằng tác nhân Fenton ở điều kiện môi trƣờng pH = 3 và lớn hơn nhiều lần so với tốc độ phân hủy các hợp chất này bằng tác nhân Fenton ở điều kiện môi trƣờng pH = 6 (Bảng 3.5). Bảng 3.5 Sự biến đổi hiệu suất phân hủy (H,%), tốc độ trung bình phân hủy (VTB, mg/l/phút) của MNP, DNP, TNP và TNR bằng tác nhân Fenton 3,5.10-4M Fe2++ 3,5.10-3M H2O2) trong dung dịch có pH=6 . Nồng độ ban đầu NPs: 179 mg/l (NP), 163,03 mg/l (DNP), 196,99 mg/l (TNP) và 177,6 mg/l (TNR) Thời gian, phút MNP DNP TNP TNR H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V, mg/l/phút H, % V mg/l/phút 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 39,4 0,40 3,1 0,3 4,40 0,57 3,0 0,46 30 6,01 0,22 8,42 0,54 5,3 0,40 45 - - - - - 60 8,65 0,23 16,35 0,53 12,9 0,49 Khi tăng mật độ dòng tốc độ phân hủy điện hóa của các hợp chất NPs đều tăng và khi d=1,5 A/dm2 thí tốc độ phân hủy TNP và TNR đã đạt mức tƣơng đƣơng tốc độ phản ứng Fenton, còn với MNP và DNP thí vẫn thấp hơn (Bảng 3.6). Bảng 3.6. So sánh tốc độ phân hủy các hợp chất NPs bằng tác nhân Fenton và điện hóa Mật độ dòng A/dm2 MNP DNP TNP TNR Điện hóa (pH=6) Fenton (pH=3) Điện hóa (pH=6) Fenton (pH=3) Điện hóa (pH=6) Fenton (pH=3) Điện hóa (pH=6) Fenton (pH=3) 0,5 2,82 11,93 4,88 10,3 3,65 6,70 10,22 11,84 1,0 3,32 8,74 4,96 11,7 1,5 6,15 8,87 6,75 12,16 Từ kết quả dẫn trong Bảng 3.6 ta nhận thấy ở điều kiện môi trƣờng pH=6 thí tốc độ phân hủy điện hóa của các hợp chất NPs giảm dần theo dãy: MNP < TNP < DNP < TNR Nhƣ vậy là sự biến đổi tốc độ phân hủy điện hóa của các hợp chất NPs không tuân theo quy luật giống nhƣ trƣờng hợp phân hủy bằng tác nhân Fenton. Nguyên nhân sự khác biệt này có thể có liên quân đến sự khác nhau về bản chất các quá trính phân hủy NPs trong hai trƣờng hợp sử dụng tác nhân điện hóa và Fenton. Trong trƣờng hợp điện phân các hợp chất NPs bị chuyển hóa đồng thời bằng hai phản ứng: khử NPs trên catot để tạo thành các hợp chất amin sau đó các hợp chất này bị oxi hóa tiếp trên anot. Trong khi đó, trong trƣờng hợp sử dụng tác nhân Fenton thí phản ứng phân hủy NPs chình chỉ là phản ứng oxi hóa chúng bằng gốc *OH. Khác với trƣờng hợp phản ứng Fenton, sự thay đổi pH dung dịch (từ pH=3 đến pH=6) đã không gây ảnh hƣởng đáng kể đến hiệu suất và tốc độ phân hủy các hợp chất NPs. Đây chình là ƣu thế của phƣơng pháp điện hóa so với phƣơng pháp Fenton bởi bằng phƣơng pháp điện hóa có thể xử đƣợc các mẫu nƣớc, nƣớc thải công nghiệp bị nhiễm các hợp chất nitrophenol độc hại ngay ở điều kiện môi trƣờng thực tế mà không cần phải có sự điều chỉnh bắt buộc để pH nằm trong giới hạn pH 3-5 nhƣ trong trƣờng hợp sử dụng tác nhân Fenton. Tuy nhiên khi xét về tốc độ và hiệu suất phân hủy thí phƣơng pháp xử nƣớc bị nhiễm các hợp chất NPs thí phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton có tình hiệu quả cao hơn. Ví vậy, phƣơng pháp sử dụng tác nhân Fenton là phƣơng pháp chúng tôi lựa chọn để xử nƣớc bị nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh nhằm mang lại hiệu quả xử cao hơn. 3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ TNP VÀ TNR CỦA CÂY THỦY TRÚC (CYPERUS ALTERNIFOLIUS) Thủy trúc (Cyperus alternifolius linn) đƣợc lựa chọn cho thì nghiệm là loại cây thủy sinh dễ trồng, phổ biến, sống quanh năm, có khả năng sống và phát triển tốt trong điều kiện ngập nƣớc, có rễ chùm và có khả năng hút nƣớc cao, nguồn giống dồi dào, chi phì thấp. 3.4.1. Khảo sát sự biến đổi hàm lƣợng TNP và TNR theo thời gian của cây thủy trúc Khảo sát đƣợc tiến hành với 8 thì nghiệm. Trong đó 4 thì nghiệm với TNP và 4 thì nghiệm với TNR. Thì nghiệm mỗi chất nhƣ sau: + 2 bể trồng thủy trúc trong 4 kg đất, mỗi bể tƣơng ứng với hai khối lƣợng sinh khối thủy trúc khác nhau và chứa 2 lìt dung dịch (ký hiệu mẫu TT1 và TT2). Hính thái cây phát triển tốt, đƣờng kình thân cây trung bính trong khoảng 2,5-6mm. Dung dịch TNP và TNR thì nghiệm có pH ban đầu là 6,3. + 1 bể chỉ có 4kg đất và 2 lìt dung dịch (ký hiệu mẫu ĐCĐ – Đối chứng đất). + 1 bể chỉ có 2 lìt dung dịch (ký hiệu mẫu ĐCN – Đối chứng nƣớc). Kết quả nghiên cứu sự biến đổi hàm lƣợng TNP và TNR trong nƣớc chứa trong các bể thử nghiệm khác nhau theo thời gian đƣợc trính bày trong các Bảng 3.7., Bảng 3.8 và các Hình 3.1., 3.2. dƣới đây. Bảng 3.7. Khả năng xử TNP trong các bể thử nghiệm theo thời gian Đơn vị tính: mg/l Ngày TT-TNP1 TT-TNP2 ĐCĐ ĐCN 0 60,14 59,72 59,96 60,05 1 45,16 48,76 53,27 60,05 2 33,82 41,45 46,82 60,05 3 25,64 35,19 39,95 60,05 4 18,37 28,95 34,44 60,04 5 11,21 20,02 29,63 60,04 6 5,26 13,68 24,35 60,05 7 0 5,17 18,88 60,05 Hình 3.1. Sự biến đổi hàm lƣợng TNP theo thời gian trong các mẫu xử ở điều kiện khác nhau Ghi chú: TT-TNP1: Thí nghiệm thủy trúc MSKTT = 550g, C0TNP=60,14mg/l TT-TNP2: Thí nghiệm thủy trúc MSKTT = 300g, C0TNP=59,72mg/l ĐCĐ: Thí nghiệm đối chứng đất MSKTT = 0g, C0TNP=59,96mg/l ĐCN: Thí nghiệm đối chứng nước MSKTT = 0g, C0TNP=60,05mg/l Kết quả trong Bảng 3.7. và Hình 3.1. cho ta thấy hàm lƣợng TNP trong bể ĐCN không có sự thay đổi sau thời gian thử nghiệm là 07 ngày. Nhƣ vậy, có thể nói không nhận thấy tác động của ánh sáng, nhiệt độ và vi sinh vật,… trong nƣớc trong việc loại bỏ TNP trong môi trƣờng nƣớc. Sự suy giảm đáng kể hàm lƣợng TNP theo thời gian chỉ nhận thấy đối với bể đối chứng đất (ĐCĐ) và 2 bể trồng thuỷ trúc (TT-TNP1 và TT-TNP2). Sau 7 ngày thử nghiệm, hàm lƣợng TNP trong bể ĐCĐ bị giảm gần 3 lần so với hàm lƣợng ban đầu. Nguyên nhân sự giảm đáng kể hàm lƣợng TNP trong mẫu ĐCĐ có thể là do đất có khả năng hấp phụ các hợp chất phenol. Đối với 2 bể TT-TNP1 và TT-TNP2 kết hợp cả đất và trồng thủy trúc nên kết quả xử tốt hơn rất nhiều. Với bể TT-TNP1, sau 7 ngày thì nghiệm đã xử Sự biến đổi hàm lượng TNP theo thời gian 0102030405060700 2 4 6 8Thời gian xử (ngày)Nồng độ TNP (mg/l)TT-TNP1TT-TNP2ĐCĐĐCN[...]... hiu qu x cỏc hp cht nitrophenol ny cú ph thuc vo sinh khi ca thu trỳc, tuy nhiờn khụng cú s khỏc bit rừ trong hiu qu x khi ó la chn 2 thỡ nghim trng thy trỳc vi sinh khi thy trỳc gn gp ụi nhau Cn c vo sinh khi thy trỳc ta tỡnh c tc hp thu cỏc hp cht nitrophenol ca thy trỳc Kh nng hp thu cỏc hp cht nitrophenol ca gc v r ln hn so vi thõn v lỏ, nh vy gc v r l b phn hp thu ch yu cỏc hp cht nitrophenol. .. thi tip tc c x bng h thng b trng thy trỳc, sau cựng l c thi ra mụi trng - Tách rác - Loại cặn bẩn N-ớc thải chứa TNP, TNR Hệ thống xử cơ học Bể thu gom điều hòa Dung dịch kiềm, axit, điều chỉnh pH = 3 - 4 Fe2+ - iu chnh pH (pH = 6-7) bng dung dch kim, axit - Lc b kt ta Bể phản ứng hệ Fenton Bể lắng - lọc H2O2 Hệ thống bể trồng thủy trúc Khi hàm l-ợng NPs thấp Thải ra môi tr-ờng Thải ra môi tr-ờng... nhõn Fenton c lp x cỏc hp cht nitrophenol mc dự t hiu sut phõn hy ln v thi gian x ngn song hm lng H2O2, Fe(II), kim, axit, s b tiờu hao tng i ln do ú chi phỡ x cao Nu ch s dng bng cõy thy trỳc thớ mc dự chi phỡ x thp song cú nhng hn ch l cn phi cú thi gian di cho cõy thy trỳc x hay l cn phi din tỡch mt bng ln, hm lng cỏc cht ụ nhim ban u khụng quỏ cao v phi cú k thut to sinh khi (k thut... trờn cú th kt hp c hai bin phỏp: s dng tỏc nhõn Fenton v thc vt thy sinh x nc thi b ụ nhim cỏc hp cht nitrophenol Mụ hớnh s dng kt hp cỏc bin phỏp trờn c th hin trờn Hỡnh 3.13 di õy Nguyờn cụng ngh x nc thi nhim cỏc hp cht nitrophenol (TNP, TNR) nh sau: Nc thi t cỏc phõn xng sn xut thuc phúng, thuc n cú cha cỏc thnh phn ụ nhim nitrophenol (TNP, TNR) c qua h thng lc c hc (nhm tỏch cỏc loi rỏc... thy trỳc cng cho thy ng cong ng hc quỏ trớnh x TNR cng tuõn theo phn ng bc 1 Phng trớnh hp thu TNR ca thy trỳc l: CTNR = C0e-0,2765 (3.2) 3.4.3 Kho sỏt kh nng x ng thi TNP v TNR ca thy trỳc - Khi cú mt c 2 cht trong cựng mt b, thy trỳc vn x c ton b cỏc cht k c b thy trỳc cú sinh khi ln v b thy trỳc cú sinh khi bộ, tuy nhiờn tc x chm hn khi x riờng r tng cht mt, nguyờn nhõn l do khi kt... vt thy sinh cú kh nng hp thu v chuyn hoỏ tt TNP v TNR Cú th s dng loi cõy ny trong cỏc cụng trớnh x nc thi cha TNP v TNR 3.5 KT QU NGHIấN CU KH NNG KT HP PHNG PHP S DNG CC TC NHN HểA HC, XC TC V THC VT THY SINH (THY TRC) TRONG X Lí NC THI NHIM CC HP CHT NITROPHENOL Cỏc kt qu thc nghim trờn ó cho thy bng tỏc nhõn Fenton, in phõn v s dng cõy thu trỳc cú th x c ngun nc b ụ nhim cỏc hp cht nitrophenol. .. Nghiờn cu kh nng s dng mt s loi thc vt thy sinh x nc thi nhim thuc n Trinitrophenol (Axit Picric), Tp chớ Nghiờn cu KH&CN Quõn s, s c bit HNKHCNMT, 09, tr 7-13 19 Bớnh Minh, V Quang Bỏch, Ngc Khuờ, Trn Vn Chung (2010), Nghiờn cu c im quỏ trớnh phõn hy in húa Trinitrophenol trong h in phõn s dng in cc tr trờn nn hn hp cỏc oxit kim loi Tp chỡ Phõn tỡch Hoỏ, v sinh hc, T.15, 4/2010, tr.198-204 (2010)... kho sỏt s bin i theo thi gian ca TNP v TNR ca thy trỳc cú th nhn thy rừ c hiu qu x ca thy trỳc i vi tng cht khỏc nhau So sỏnh gia TNP v TNR, cú th nhn ra kh nng x TNP ca thy trỳc tt hn vi TNR Cựng vi hm lng ban u gn nh nhau, sinh khi thy trỳc tng t nhau, TNP ch cn 7 ngy l x c hon ton trong khi TNR cn 11 ngy x c hon ton iu ny cú th c gii thỡch do TNR cú khi lng phõn t ln hn TNP (245,1vC so... trỡnh x nc thi ụ nhim TNP, TNR bng tỏc nhõn Fenton kt hp vi s dng thc vt thy sinh KT LUN V KIN NGH 1 KT LUN Qua cỏc kt qu thỡ nghim v kh nng phõn hy cỏc hp cht nitrophenol (MNP, DNP, TNP v TNR) bng tỏc nhõn Fenton v phng phỏp in phõn cng nh th nghim kh nng x hai hp cht c hi TNP v TNR bng thy trỳc, tụi xin a ra mt s kt lun sau: 1 S dng tỏc nhõn Fenton cú kh nng phõn hy rt nhanh cỏc hp cht nitrophenol. .. x c ngun nc b ụ nhim cỏc hp cht nitrophenol (NPs) Ngay c khi hm lng cỏc hp cht nitrophenol ban u nhim trong nc tng i ln thớ hiu sut x chỳng bng tỏc nhõn Fenton hoc in húa cng ó mang li hiu sut x cao Phng phỏp in húa cú u th hn so vi phng phỏp Fenton l cú th x c cỏc mu nc, nc thi cụng nghip b nhim cỏc hp cht nitrophenol c hi ngay iu kin mụi trng thc t m khụng cn phi cú s iu chnh bt buc . Nghiên cứu khả năng xử lý nƣớc thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh. sỹ với tên gọi: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh, Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh, Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải nhiễm thuốc nổ nhóm nitrophenol bằng một số tác nhân hóa học, xúc tác kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh

Từ khóa liên quan

Tài liệu mới bán

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay