ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Huyền Thanh NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2016 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Huyền Thanh NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60440120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đào Sỹ Đức PGS TS Đỗ Quang Trung Hà Nội - 2016 i ỜI Ả ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu, em hoàn thành luận văn với đề tài: “N n cứu loại bỏ phẩm màu Reative Red 261 bằn p ƣơn pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính” Để hoàn thành luận văn này, nỗ lực tìm tòi, nghiên cứu thân, em nhận giúp đỡ tận tình thầy cô khoa Hóa học - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Với l ng iết n s u sắc, em xin g i lời cảm n ch n thành tới thầy giáo, TS Đào Sỹ Đức PGS.TS Đỗ Quang Trung, người giao đề tài nhiệt t nh giúp đỡ, truyền đạt cho em iến thức qu u qu tr nh thực luận văn Em xin ch n thành cảm n c c thầy, cô Bộ môn Công nghệ Hóa học tạo điều iện, tận t nh ch ảo hướng ẫn em suốt thời gian làm thực nghiệm Bộ môn Em xin cảm n c c ph ng th nghiệm Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN tạo điều iện giúp đỡ em qu tr nh thực luận văn in ch n thành cảm n c c ạn học viên, sinh viên tham gia nghiên cứu Bộ môn Công nghệ Hóa học giúp đỡ qu tr nh t m tài liệu làm thực nghiệm Hà Nội, ngày 10 th ng 12 năm 2016 Học viên Huyền T an i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠ SĨ Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 bằn p ƣơn p áp ấp phụ sử dụng than hoạt tính Lê Huyền Thanh Với tiêu đề “Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính”, luận văn tập trung vào khảo sát, nghiên cứu, t m điều kiện tối ưu để hấp phụ phẩm màu Reactive Red 261 (RR261) than hoạt t nh qua s dụng nhằm đạt hiệu hấp phụ cao, tính toán thông số động học trình hấp phụ Các thông số động học c sở quan trọng để nghiên cứu, tính toán, thiết kế thiết bị hấp phụ thực tế x l nước thải Luận văn chia làm ba chư ng: (i) Chư ng 1: Tổng quan (ii) Chư ng 2: Thực nghiệm (iii) Chư ng 3: Các kết thảo luận Chư ng tập trung nêu thông tin chung nước thải dệt nhuộm, ảnh hưởng đến môi trường sinh th i đời sống người Chư ng trình bày ngắn gọn c c phư ng ph p thường s dụng x l nước thải dệt nhuộm C sở khoa học việc lựa chọn nội dung nghiên cứu Luận văn tr nh ày Chư ng Chư ng mô tả chi tiết vật liệu, c c điều kiện thực nghiệm, c c phư ng pháp nghiên cứu ph n t ch s dụng trình thực Luận văn Các kết nghiên cứu trình bày thảo luận Chư ng Các kết thực nghiệm cho thấy yếu tố pH, nhiệt độ, hàm lượng than có ảnh hưởng mạnh đến hiệu x lí phẩm màu C c điều kiện tối nhằm loại bỏ phẩm màu RR261 tối ưu ằng phần mềm Modde 5.0 Ở c c điều kiện tối ưu, gần toàn phẩm màu RR261 mẫu nước loại bỏ, thông số động học bao gồm số tốc độ hấp phụ, lượng hoạt hóa tải trọng hấp phụ cực đại than hoạt t nh nghiên cứu x c định ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét nước thải ngành ệt nhuộm 1.1.1 Nguồn ph t sinh 1.1.2 Đặc điểm 1.2 C c loại phẩm nhuộm hay ùng 1.2.1 Phẩm nhuộm ph n t n 1.2.2 Phẩm nhuộm cation 1.2.3 Phẩm nhuộm azo c c sản phẩm trung gian 1.3 Ảnh hưởng nước thải ngành công nghiệp ệt nhuộm đến môi trường sinh th i đời sống người 1.4 C c phư ng ph p x l nước thải ngành ệt nhuộm 1.4.1 Phư ng ph p hóa học 1.4.2 Phư ng ph p sinh học 14 1.4.3 Phư ng ph p eo tụ 18 1.4.4 Phư ng ph p hấp phụ x l nước thải ệt nhuộm 19 1.5 Một số nghiên cứu x l nước thải ệt nhuộm ằng phư ng ph p hấp phụ 26 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 299 2.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.2 Mục đ ch nghiên cứu 29 2.3 Hóa chất, ụng cụ, thiết ị 29 2.3.1 Hóa chất 30 2.3.2 Dụng cụ thiết ị 30 2.4 Phư ng ph p ph n t ch s ụng qu tr nh nghiên cứu 31 2.4.1 Phư ng ph p ph n t ch trắc quang 31 2.4.2 Phư ng ph p ph n t ch định t nh 31 iii 2.4.3 Ph n t ch định lượng 32 2.4.4 c định nồng độ phẩm nhuộm 32 2.4.5 pH 33 2.4.6 Phổ hồng ngoại 33 2.4.7 Ảnh hiển vi điện t quét 33 2.4.8 Phư ng ph p x c định iện t ch ề mặt riêng 33 2.4.9 S ụng phần mềm Mo e 5.0 để tối ưu hóa thực nghiệm 34 2.5 Qui tr nh th nghiệm 35 2.5.1 Loại ỏ phẩm màu RR261 35 2.5.2 Phư ng ph p x c định thông số động học phản ứng ph n hủy màu phẩm nhuộm 35 2.5.3 c định ung lượng hấp phụ than hoạt t nh 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 c định c c t nh chất ề mặt vật liệu hấp phụ 38 3.2 c định ước sóng hấp thụ cực đại phẩm nhuộm RR261 40 3.3 y ựng đường chuẩn iểu iễn phụ thuộc độ hấp thụ quang ABS vào nồng độ phẩm nhuộm 41 3.4 Khảo s t ảnh hưởng pH 42 3.5 Ảnh hưởng hàm lượng than hoạt t nh 44 3.6 Khảo s t ảnh hưởng nhiệt độ 45 3.7 Khảo s t ảnh hưởng nồng độ phẩm đầu 47 3.8 Tối ưu c c thông số ằng phần mềm Mo e 5.0 49 3.9 Khảo s t động học qu tr nh hấp phụ 53 3.9.1 c định tốc độ hấp phụ phẩm RR261 lượng hoạt hóa 53 3.9.2 c định lượng hoạt hóa E 55 3.9.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ ung lượng hấp phụ than hoạt t nh 56 3.10 Đ nh gi t i sinh than hoạt t nh 60 KẾT LUẬN 63 HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 70 iv DANH M ỤC BẢNG Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm Bảng 2.1.Một số đặc trưng phẩm nhuộm RR261 29 Bảng 2.2 Danh mục thiết bị sử dụng nghiên cứu 31 Bảng 3.1 Tương quan nồng độ RR261 với độ hấp thụ quang 41 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng than hoạt tính 44 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 46 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ phẩm ban đầu 48 Bảng 3.5 Các thông số lựa chọn 49 Bảng 3.6 Bảng giá trị tối ưu 51 Bảng 3.7 Hiệu suất xử lý RR261 theo thời gian 52 Bảng 3.8 Kết khảo sát động học 53 Bảng 3.9 Bảng giá trị động học 55 Bảng 3.10 Kết xác định lượng hoạt hóa 55 Bảng 3.11 Kết nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 57 Bảng 3.12 Kết nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 58 Bảng 3.13 Kết số động học dạng đẳng nhiệt 58 Bảng 3.14 Kết giải hấp nhiệt 61 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 23 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 23 Hình 1.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freunchlich 24 Hình 1.4 Sự phụ thuộc lgq vào lgCf 24 Hình 2.1 Công thức cấu tạo phẩm nhuộm RR261 29 Hình 3.1 Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ BET N2 than hoạt tính 38 Hình 3.2 Hình ảnh chụp SEM than hoạt tính 39 Hình 3.3 Phổ IR than hoạt tính 39 Hình 3.4 Phổ UV-Vis phẩm nhuộm RR261 40 Hình 3.5 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang ABS vào nồng độ phẩm nhuộm 42 Hình 3.6 Ảnh hưởng pH 43 Hình 3.7 Kết khảo sát ảnh hưởng hàm lượng than hoạt tính 45 Hình 3.8 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ 46 Hình 3.9 Ảnh hưởng nồng độ phẩm ban đầu tới hiệu hấp thụ 48 Hình 3.10 Mối tương quan hiệu suất dự báo thực nghiệm 51 Hình 3.11 Sự thay đổi phổ UV-Vis điều kiện tối ưu 52 Hình 3.12 Sự phụ thuộc ln(Co/Ct) vào thời gian t 54 Hình 3.13 Sự phụ thuộc (1/Ct -1/Co) vào thời gian t 54 Hình 3.14 Đồ thị xác định lượng hoạt hóa E 56 Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (dạng tuyến tính) 57 Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich (dạng tuyến tính) 58 Hình 3.17 Hình ảnh SEM than hoạt tính sau hấp phụ 59 Hình 3.18 Phổ IR than hoạt tính sau hấp phụ 60 Hình 3.19 Đồ thị đánh giá khả tái sử dụng than hoạt tính 61 vi BẢNG KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT K hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ABS Absorbance Độ hấp thụ quang BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BET Brunauner Emmett Teller X c định iện t ch ề mặt riêng COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học IR Infrared spectroscopy Phổ hồng ngoại SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện t quét RR261 Reactive Red 261 Phẩm nhuộm Reactive Re 261 TOC Total Organic Carbon Tổng hàm lượng chất rắn UV-Vis Ultraviolet - Visible Phổ t ngoại iến vii LỜI MỞ ĐẦU Dệt may số ngành công nghiệp mũi nhọn Việt Nam Đ y ngành có gi trị kim ngạch xuất cao Theo thống kê năm 2015, với 273 tỷ USD kim ngạch xuất khẩu, dệt may Việt Nam tiếp tục trì t lệ đóng góp 15% tổng kim ngạch xuất nước, s dụng 2,5 triệu lao động công nghiệp Việt Nam nước có qui mô dệt may xuất đứng thứ tư giới sau Trung Quốc, Ấn Độ Bangladesh, cung ứng 4% tổng hàng hóa dệt may tiêu thụ toàn giới Thu nhập trung nh năm công nhân dệt may nước đạt 50 triệu VNĐ/người/năm (thu nhập cao gấp 8-10 lần nông dân trồng lúa điều kiện mùa), tham gia bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế… Đi đôi với tăng trưởng nhanh, ph t triển mạnh th vấn đề ngành ệt may lượng nước thải chưa qua x l chưa x l triệt để trở thành trở ngại lớn Lượng nước thải trở thành nguồn ô nhiễm ch nh Công nghiệp ệt thải vào môi trường nhiều loại hóa chất, đ ng quan t m c c loại phẩm nhuộm, đặc iệt c c loại phẩm màu azo c c sản phẩm ph n hủy từ chúng, đ y hợp chất độc, thường có ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường, sinh th i sức hỏe người Việc nghiên cứu x l , loại ỏ c c loại phẩm màu hữu c nói chung, phẩm màu azo nói riêng hỏi c c nguồn thải ệt nhuộm có nghĩa cực ỳ quan trọng, hông ch với c c đ n vị sản xuất mà với toàn xã hội C c phư ng ph p x l nước thải ệt nhuộm phong phú, phư ng ph p có ưu, nhược điểm riêng Với mục tiêu t m hiểu ỹ h n hấp phụ phẩm màu hữu c than hoạt t nh, Luận văn Nghiên cứu lại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính tập trung hảo s t c c điều iện ảnh hưởng, tối ưu hóa c c thông số ảnh hưởng tới qu tr nh hấp phụ, x c định c c thông số động học đăng trưng qu tr nh hấp phụ phẩm màu than hoạt t nh TỔNG QUAN HƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Đô nét nƣớc t ả n àn dệt n uộm 1.1.1 Nguồn phát sinh Nguồn nước thải phát sinh công nghệ dệt nhuộm từ c c công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hoàn tất [1] Các chất gây ô nhiễm nước thải dệt nhuộm gồm: - Các tạp chất tách từ vải sợi ầu, mỡ, hợp chất chứa nit , pectin, chất bụi bẩn dính vào sợi (65% khối lượng x sợi); - Các hóa chất s dụng quy trình công nghệ hồ tinh bột, H2SO4, CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3 , hay loại phẩm nhuộm, chất trợ, chất ngấm, chất cầm màu Lượng hóa chất s dụng loại vải, loại màu thường khác chủ yếu vào nước thải công đoạn tư ng ứng Mức độ ô nhiễm nước thải dệt nhuộm nói chung phụ thuộc nhiều vào loại liều lượng hóa chất s dụng, c cấu mặt hàng sản xuất (tẩy trắng, nhuộm, in hoa…), m y móc, thiết bị s dụng… Theo thành phần chất thải nước thải, nhận thấy nước thải công nghiệp dệt nhuộm có ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến sinh hoạt người sản xuất - Đặc trưng quan trọng nước thải từ c c c sở dệt nhuộm dao động lớn lưu lượng tải lượng chất ô nhiễm, thay đổi theo mùa, theo mặt hàng sản xuất chất lượng sản phẩm Bảng 1.1 thể thành phần đặc tính nước thải dệt nhuộm qua số công đoạn [1] Với đặc điểm t nh chất trên, nước thải ệt nhuộm hông ch làm ô nhiễm nước mặt ao, hồ, sông, nước ngầm hu vực mà c n làm gia tăng ng chảy mặt nguồn nước tiếp nhận TỔNG QUAN Bảng 1.1 Các chất gây ô nhiễm đặc tính nước thải ngành dệt nhuộm qua công đoạn STT Công đoạn Chất ô nhiễm nước thải Tinh ột, glucoz , cac onyl metyl, xenluloz , poli Hồ sợi, giũ hồ vinylancol, nhựa, chất éo s p Nấu, tẩy BOD cao (chiếm 34-50% tổng sản lượng BOD) NaOH, chất s p, ầu, mỡ, sođa, Độ iềm cao, màu tối, silicat natri, x , sợi vụn chiếm 30% tổng BOD H2O2, hợp chất chứa clo, NaOH, Độ iềm cao, BOD Tẩy trắng AO , axit… chiếm 5% tổng BOD Làm bóng NaOH, tạp chất C c loại phẩm nhuộm, CH3COOH Đặc t nh nước thải Nhuộm In Hoàn thiện (axit axetic) c c muối im loại Độ iềm cao, BOD thấp ( 10 môi trường phù hợp cho phư ng ph p [10] Qu tr nh ức chế ph t triển vi sinh vật ởi c c t c nh n H2O2/O3 phụ thuộc vào tỷ lệ hối lượng H2O2 O3 Tuỳ thuộc vào chủng loại phẩm nhuộm, tỷ lệ ao động hoảng 0,3 - 0,6 Khi ết hợp s ụng cm3 H2O2 100-200 mg/dm3 O3 th có hoảng 20% c c vi sinh vật ị ức chế ph t triển [10] O3/H2O2 /UV: Thêm H2O2 vào O3/UV thúc đẩy ph n huỷ ozon, làm tăng số lượng c c gốc tự o hiđroxyl sinh Sự ết hợp a t c nh n O 3/ H2O2/UV có x l màu hầu hết c c loại nước thải ệt nhuộm Khi ết hợp s ụng qu tr nh ozon ho H2O2/UV th có hoảng 18-27% COD x l Gi trị tăng lên 15-62% trường hợp nước qua x l vi sinh Với nước thải nhuộm polyeste, axetat th có tới 99% COD x l [12] 2+ H2O2/Fe : Những phư ng ph p oxy ho nh n chung có hiệu x 11 ... phẩm màu Reactive Red 261 bằn p ƣơn p áp ấp phụ sử dụng than hoạt tính Lê Huyền Thanh Với tiêu đề Nghiên cứu loại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính , luận... riêng Với mục tiêu t m hiểu ỹ h n hấp phụ phẩm màu hữu c than hoạt t nh, Luận văn Nghiên cứu lại bỏ phẩm màu Reactive Red 261 phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính tập trung hảo s t c c điều... HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Huyền Thanh NGHIÊN CỨU LOẠI BỎ PHẨM MÀU REACTIVE RED 261 BẰNG PHƢƠNG PHÁP HẤP PHỤ SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH Chuyên ngành: Hóa Môi Trường Mã số: 60440120