Nghiên cứu xử lý một số loại phẩm nhuộm trong nước thải bằng phương pháp oxy hóa tăng cường

Đặc tính và ảnh h ư ò n g của nu'ó'c thải dệt nhuộm Đặc trưng quan trọng nhất cua nước thai từ các cơ sơ dệt nhuộm là sự dao động rất lớn vê lun lượng và tai lượng các chất ô nhiễm, nó t

ĐẠI HỌC QUỐC GI A HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MỘT SỐ LOẠI PHẢM NHUỘM TRONG NƯỚC THÃI BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA TĂNG CƯỜNG

M ã số: Q T - 0 9 - 22

C h ủ trì đề tài: T h S Đ à o S ỹ Đ ứ c

Hà N ộ i -2010

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MỘT SỐ LOẠI PHẢM NHUỘM TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP OXY HÓA TĂNG CƯỜNG

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nh iên

3 C á n bộ t h a m gia: TS H oàng V ăn Hà, TS N e ô Thị Thanh Vân

4 M ục tiêu và nội d u n g nghiên cứu:

4.1 M ụ c tiêu : X ừ lý (m ột sô) p h â m nhu ộ m trong nước thải băim phươ ng pháp oxy hóa

tăna cườ ng với phan ứng Fenton

4.2 N ộ i d u n g :

N ghiên cứu kha năng xử lý ph â m nhu ộ m trong nước thai băng p hư ơ ng pháp oxy hóa tăng c ư ờ ng với phan ứng Fenton tro n2 điêu kiện có và không có xúc tác q u a n s hóa titan đioxit, T iO : Cụ thê:

N ghiên cứu anh h ư ờ n g hà m lượng hydro peoxit, sãt (II) suníat, hàm lượng xúc tác tới hiệu qua xử lý;

N ghiên cứu ánh h ư ơ n g của các yếu tô môi trường: pH, nhiệt độ ánh sáng tới hiệu qua xử lý;

N ghiên cứu anh hư ơ ng cua m ột số ion kim loại chuyển tiếp và quá trình trung hòa tới quá trình xừ lý;

Xác định hăng sô tôc độ cua quá trình phân huy ph â m nhuộm

5 Các kết quả đạt đưọc:

5.1 K hoa học:

Các kết qua nghiên cứu cho thây kỹ thuật oxv hóa tăng cirừrm sư dụnu phan ứim Fenton là kỳ thuật có kha n ãng p hân huy R eactive Bluc 161 với hiệu suất cao trong thời gian ngan;

Đã chi ra điều kiện phù hợp để xư lý phẩm nhuộm RB161 (khỏna xư d ụ n e xúc tác): pH (3); h à m lưọ-ng sất (II) sunfat (0,28 m M ); h à m lượng hydro peo.xit (2.94 mM ); thời gian xir lý (45 phút); nhiệt độ (35°C);

Đ ã xác định đư ợ c m ột sô thông sô đ ộ n e học cua quá trình phân huy phâm nhuộm ;

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

A n h sáng có ảnh hư ờ ng tích cực tới hiệu qua xử lý, ánh sáng m ặt trời ảnh hường

m ạnh hơ n ánh sáng đèn sợi đốt;

Các k im loại ảnh h ư ở n g khá m ạn h tới hiệu quá xừ lý, cụ thê: Fe > C u : ' > muối Morh > M n :+;

Việc sư dụng xúc tác T i 02 (trong điều kiện có chiếu sáne bàno ánh sáne m ặt trời)

có thê làm tăng hiệu quả, đây nhanh tốc độ xừ lý (giam thời gian xử lý) Khi sư dụng xúc tác T iO i với hà m lượng T1O2 0,01 g/L, các điều kiện phù hợp về nồng độ sẳt (II) sunfat hydro peoxit tương ứng là 0,18 m M ; 0,98 m M ; giá trị phù họp cua pH và thời gian phù hợp tương ứng là 3 và 35 phút

5.2 Đào tạo:

Đ ào tạo 01 C ư n hân C ông nghệ H óa học, Hộ Đại học Chính quy khóa 50, Trường Đại học K hoa học T ự nhiên, Đ H Ọ G Hà Nội và h ư ớ n g dần 02 sinh viên (K51 Hệ Đại học Chính quy, n g à n h C ô n g nghệ Hóa học) làm nghiên cứu khoa học, trong đó có 01 báo cáo được giai khu y ế n khích cấp T rư ờ n g Đại học Khoa học T ụ nhicn Cụ thè:

a Đ oàn P hư ơng Lan Tòi ưu hệ p h à n ím g F enton có m ặt xú c tác T i 01 trong x ử ìý

nư ớ c thai d ệt nhuộm K hóa luận tôt nghiệp Hộ Đại học Chính quy ntỉành Côntỉ

nghệ H óa học T rư ờ n g Đại học Khoa học T ự nhiên Hà Nội, 2009 Người hướng

dần: ThS Đ ào Sỹ Đức.

b Đ ồ Thị Hồng Nhung Ả'ứ lý phâììì n h uộm R eactive Bỉue 161 C1 b ằ n g kỹ thuật

F enton Báo cáo K hoa học T rư ờ ng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội 2009 (đạt

giải K h u y ê n khích cấp T rư ờ ng Đại học Khoa học Tự nhiên) Người hư ớ ng dẫn:

ThS Đ ào Sỹ Đ ứ c

c Lê X uâ n Hưng Tôi ưu hệ p h à n ÚVÍỊ ĩ c n t o n có m ặt x ú c tác T iO ' troiiíỊ x ư lý nước thai dệt nhuộm Báo cáo K hoa học T rườ ng Đại học Khoa học T ự nhiên Hà Nội,

2009 N gười hướng dẫn: ThS Đào Sỹ Đức.

1)1111” k \ : đào tạo 01 c ừ nhàn; 01 báo cáo khoa học (sinh viên).

Hồ trợ đào tạo 01 thạc sỹ chuyên ngành Hóa Môi trường, cụ thê:

Bùi Th úy Ngọc N ghiên cứu p h â n huy p h à m n huộm R eơ ctive Bỉite 161 hă n ạ kỹ thuật O.ỴV hóa tiên tiên với p h á n ứ ng F enton Luận vãn Thạc sỳ K hoa học Đại học Khoa học Tự

nhiên H à NỘI, 2009 N gư ờ i h ư ớ n g dẫn khoa học: PGS TS N guyễn Đăc Vinh

5.3 Số bài báo liên quan tó i đề tài đã đư ợc công bố: 03

Đ ào Sỹ Đ ứ c T n rờ n íí Đại học K hoa học T ự nhiên

5.3.1 Đ à o Sỹ Đức, N guyền Đắc Vinh, Đ ồ Thị H ồng Nhung, H oàng Văn Hà, Đỗ Q uang

Trung N g h iê n cứu xử lý ph ẩ m nhu ộ m R eactive Blue 161 CI bằng kỹ thuật oxy hóa tiên

tiến sử dụng p hàn ứng Fenton Tạp chí H óa học tập 47, số 2A, trang 48-53 (2009).

5.3.2 Đ ào Sỹ Đ ức, Đ ồ Thị H ồng N hung, N g u y ễ n Đắc Vinh, Bùi Thúy Ngọc A nh hương

cua pH, nhiệt độ và các lon kim loại tới hiệu quá loại bo ph â m nhuộm Reactive Blue 161

CI bằng phán ứng Fenton Tạp chi H ỏa học (nhận đăng).

5.3.3 Đ ào Sỹ Đ ứ c Đ oà n Thị Phư ơng Lan Lẻ X uân Hưng X ư lý phẩm nhuộm Reactive

Blue 161 bàng p han ứng Fenton với xúc tác dị thẻ Titan dioxit Tạp chí K hoa học Á Co/liỉ lìựlụ' - I 'iện K hoa học & CÔIỈ" n^/iỡ Việt Nam (nhận đăníĩ).

Dãn" 1y> : 01 bài báo CÔHỊỊ bô trẽn Tạp chí chuyên Iiíỉành.

5.4 Tình hình kinh p h í c ủ a đ ề tài: Việc thực hiện đề tài đúng theo lượng kinh phí đã

dự kiến

Đ ào Sỹ Đ ức T r ư ờ n s Đại học Khoa học T ự nh iên

S UM M AR Y

1 Title o f the Subject: S tu d v on the treatmení of so m e c/ycs in \\a stew a te r bv

A d v a n c e d oxidation process.

2 C ode o f the Subject: QT - 09 - 22

3 L eader o f the Subject: M Sc Dao Sv Duc

4 M e m b e r s / P a r t i c i p a n t s : Dr Hoaniỉ Van Ha: Dr Nuo Thi Thanh Van

5 G oals and Activities:

5.1 G o a ls : T reatm ent o f dye (or somc dyes) in \vastewater by advanced oxidation processes using Fenton reaction

5.2 Activities:

Study on the treatm ent o f dye(s) in w astcw ater by advanccd oxidation processes

Study on the effect o f concentration o f hydrouen peroxidc, iron (II) sulfate; catalyst dose on the treatm ent efficiencies:

on the treatm ent efficiencies;

Study on the effect o f m etal ions and neutralization process on the treatm ent efficiencies;

D eterm ination o f reaction rate constant(s) tor degradation o f dyc(s)

6 M ain results

6.1 Results in S cien ce and T echnology:

suitable technique íbr dcgradation o f RB161;

- Suitablc conditions o f pH o f 3; concentration o f iron (II) sultate o f 0,28 Iiủ'1; concentration o f h y đ r o g e n peroxide o f 2,94 m M ; contact time o f 45 minutes: tem peraturc

o f 3 5 ° C :

- Som e kinetic p aram eters o f the degradation o f dve (RB 161 CI) were d e te n m n e d ;

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

- V isible light has positive effect on the treatm ent effíciency;

- M etal ions has strong effects on the treatm ent efficiency, detailcd: F e 2+ > Cu"' >

M orh salt > M n 2+;

U sing T1O2 can im prove the treatm ent efficiency and the 1'ate o f trem tm ent process (decrease tim e for treatm ent) W h e n TiOi was used as a catalyst, suitablc conditions were: iron (II) sunfate c oncentration o f 0,18 raM , hydrogen peroxide conccntration o f 0,98 mM;

pH o f 3 and reaction tim e o f 35 minutes

6.2 Results in Training:

consolation prize o f Hanoi U niversity o f Science, HU S, 2009) Detailed:

a D oan Thi P huong Lan O p tim i:a tio n oJ' b'cnton reactìon fò r treatm ent of tcxtile

\vastc\vater w ith the p r e se n c c o f TiOj M inor Thesis Hanoi University o f Science, 2009

Advisor: M B s D a o Sv D uc

b Do Thi H ong N hung Treatm ent o f R ea ctive B lu e 161 C ỉ dye hy F enton technique Scientiĩic Report (conso/ation p rizc ) Hanoi University o f Science, 2009 Advisor: M B s

Dao Sy Duc.

c Le Xuan H ung O p tim ization o f F enton reaction fo r íreatm ent ()f textile \vastew ater

\vith the p re se n c e o ị T iO1 Scientiíĩc Report Hanoi University o f Science, 2009 Advisor:

MBs Dao Sv Duc.

Support for a M Sc Thesis, detailed:

Bui T huy N goe Stucív 011 d eg ra d a tio n o f R ea ctivc B ìue 161 hv A d v a n c c O xidation

T echnique usin g P en to n reaction M Sc Thesis Hanoi U niversity oí’ Science 2009

Advisor: Assoc Prof Dr N g u y e n Dac Vinh

6.3 N u m b e r o f S c ie n tiíic p a p e r s : 03 (01 paper was published; 02 papers in press) Detailed:

6.3.1 D a o Sv D uc, N g u y e n Dac Vinh, Do Thi H o n a N hung, H oang Van Ha Do Q uang

Trunc T re a tm e n t o f Reactive Blue 161 by A d v a n c e d oxidation process usine Penton

reaction J o u n ư iỉ o f C hcm istry, Vol 47, No 2A, pp 48-53 (2009).

Báo cáo Tông kết Đe tài QT-09-22

Đ ào Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự n h iên

Effect o f pH, tem perature and m etal ions on the rem oval efficiencies o f R eactive Blue

161 CI by F enton reaction J o u m a l ọ t'C h e m istiy (in press).

6.3.3 Dao Sy D u c, D oa n Thi P huong Lan, Le X u a n Hung T reatm ent o f Reactive Blue

161 by he terogeneous Fenton reaction using titanium dioxide .Ịournal o f Scien ce & TechnoloiỊV - Vietnam A c a d e m y o f Scien ce & Technology (in press).

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

Tong cacbon h ĩ m c ơ

Total Solids

T o n g c h ấ t rắn Totaỉ S u sp e n d ed Stìlici

Đ à o Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

DANH MỤC BẢNG

phàn x ư ơ n g nhu ộ m cua c ỏ i m ty Dệt len M ùa Đ ônc (01/4/2006)

A B S

peoxit

sunfat

Đ ào Sỹ Đức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

tiếp

xúc tác TÌO2)

51

Đ à o Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự n hiên

DANH MỤC HÌNH

1 1 1 Q uá trình san xuất dệt, nhu ộ m và các nguồn thai 7

2 1 2 N h ữ n g quá trình oxy hóa tăng cườ ng điên hình 16

6 1 6 Co' chê phát sinh gốc tự do O H ' từ T ìO ị ờ dạng Anatase 23

161 c ì )

31

quá trình phân hủy m àu

33

lý m àu

35

độ p han ứng phân huv RB 161 CI

35

RB 161 CI

37

p han ứng p hản hùy RB 161 CI

40

Báo cáo Tỏn% kết Đe tài QT-09-22

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Dại học K h o a học T ự nhiên

phan ứng p hân huy RB 161 CI

44

húy RB 161 CI

46

trư ờ n e hợp có xúc t á c )

54

Đào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ụ nhiên

MỤC LỤC

TÓiVl T Ả T i

D A N H M Ụ C M É T T A T vii

D A N H M Ụ C B Ả N G viii

D A NH M Ụ C H Ì N H X M Ụ C L Ụ C \ ii

M Ở Đ Ầ U 1

PH Ầ N 1 T Ò N G Q U A N 3

1 Đôi nét về ngành Dệt m ay Việt N a m 3

1.1 Hiện trạng và tương l a i 3

1.1.1 Hiện trạníỊ 3

1.1.2 Tươìĩg l a i 3

1.2 Quy trình công n g h ệ 4

1.2.1 Tây trắng 4

1.2.2 N huộm và hoàn th iệ n 5

2 Đặc tính và ảnh h ư ở n g của n ư ó c thái dệt n h u ộ m 5

3 Các p h ư ơ n g pháp x ử lý nước thải dệt n h u ộ m 8

3.1 Phương pháp keo t ụ 8

3.2 Phư ơng pháp hảp p h ụ 10

3.3 Phươim pháp sinh h ọ c 11

3.4 Phư ơng pháp ozon h ó a 13

3.5 Phư ơng pháp oxy hóa tăng c ư ờ n g 14

3.5 ỉ P h ư ơ i i ẹ p h á p O ỹ /u v ỉ 6 3.5.2 O ị/H ị O t / U V 16

3.5.3 P h ư ơ n g p h á p F enton và p h o to -F e n to n /

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học Khoa học T ự nhiên

3.6 X úc tác quang hóa, TìOt và ứng dụng trong xử lý mỏi trư ờ n g 19

3.6.1 X ú c tác q u a n g h ó a / 9

3.6.2 N gu yên lý c ơ bản cùa quá trình xú c tác quan ụ; h ó a 19

3.6.3 X ú c tác q u a n g hóa TiO 2 21

3.6.3.1 G iói thiệu ch u n g vê T iO - 21

3.6.3.2 C ơ chê x ú c tác q u a n g hóa cua T iO j 24

3.6.3.3 Các ứ ng dụ n g m ôi tn rờ ỉìẹ cua n o 24

P H Ầ N 2 T H Ụ C N G H I Ệ M 26

1 Đối tư ọìig nghiên c ứ u 27

2 M ục tiêu nghiên c ứ u 27

3 Hóa chất và d ụ n g c ụ 27

3.1 Hóa c h ấ t 27

3.2 D ụng c ụ 28

4 P h ư o iig pháp nghiên c ứ u 28

P H Ầ N 3 K É T Q Ư A V À T H A O L U Ậ N 30

3.1 Xây dựim đ ư ờ n g chuân biêu diễn sự phụ thuộc cua độ hâp thụ quaim (ABS) vào nôntỉ độ m à u 30

3.2 N ghiên cứu xừ lý nước thai dệt nhuộm bằng kỹ thuật oxv hóa tăng cường (không sư dụng xúc t á c ) 31

3.2.1 N ghiên cứu anh h ư o n g cua hàm Ìưọiìg hydro p c o x it 31

3.2.2 N ghiên cử u anh lurovg cua hàm ỉư ọ v g săt (II) s u n ù it 34

3.2.3 N íị/úờh cứu anh InrouiỊ cua pH Ỉ 6 3.2.4 N ghiên cửu anh hườiig cua ánh s á n g 3S 3.2.5 NíỊỈiièn cửu anh hưoníỊ cua quá trình trung h o a 41

3.2.6 N ghiên cừu anh ìnrờiiạ cua các kim loại chuyên t i ê p 43

3.2.7 N ghiê n cửu anh hiròĩìĩỊ cua nhiệt đ ộ

Báo cáo Tông kèt Đẽ tài QT-09-22

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

3.3 Bước đầu nghiên cứu xừ lý p h ẩ m nhu ộ m trong nước thai bàne phương pháp oxv hóa

tăng cườ ng (kết hợp sư dụng xúc tác quang hóa dị thè titan dioxit T i O )

47

3.3.1 Anh Inroiìg cùa hàm lư ợ n g x ú c tá c 47

3.3.2 A nh h ư ớ n g cua hàm lư ợ ng sắ t (11) s u n ịa t 50

3.3.3 A n h ỉnrỏvg cua hàm lư ợ n g hydro p e o x it 51

3.3.4 Ả nh h ư ở n g cua p H 52

3.3.5 X á c định hă n g sỏ tỏc độ p h â n huy R B 1 6 1 53

K É T L U Ậ N 55

TÀI LIỆ U T H A M K H Ả O 56

C Á C C Ô N G T R ÌN H K H O A H Ọ C LIÊN Q UAN TỚI ĐÈ TÀI Q T -0 9 -2 2 61

Đ à o Sỹ Đ ức T r ư ờ n s Đại học K hoa học T ự nhiên

MỎ ĐẦU

N ước là nguôn gốc cua sự sống, là mỏi trường diễn ra các hoạt động số n s từ đơn gian đên phức tạp N ước th am gia vào mọi quá trinh vận động cua con nmrời từ sinh hoạt, san xuât nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ Niĩàv nay, cùim với sự phát triên m ạnh mẽ cua các quá trình san xuât và dịch vụ, vấn dè ô nhiễm mỏi trường ngày càne trơ nôn trầm trọng H àng năm, con người thai vào mỏi trường hàng triệu tấn chất thai, phần nhiều trong

sô đó là các chất có độc tính cao làm môi trường sống bị ỏ nhiễm nặnti nè anh hướng xấu đến canh quan và sức khoe con người Ó nhiễm mỏi tnrờntí nước đaim là vắn đổ thời

sự, đ áng quan tàm, giai quyết cua toàn nhân loại, đặc biệt la các quốc lúa đa n e phát triên tron tỉ đó có Việt Nam

T rong n hữ ng năm gần đây, dệt nhuộm đang trư thành ngành mũi nhọn troim các ntỉành c ô n e nghiệp và nhận được sự quan tâm cua Nhà nước Đây là ngành cho doanh thu lớn thứ hai, chi sau xuât khuâu dâu thô, nỏ đã giãi quyôt được việc làm cho sô lượn tỉ lớn lao động H àng năm, ngành dệt nhuộm sư dụng một lượng nước lớn đẻ san xuất: từ 12 -65 lít nước cho 1 m ét vai và thai ra từ 1(H40 lít (Lươim Dức Phàm 2<»(1_ ) ước tính các nha

m áy dệt m ay thai vào mỏi trường hơn 30 triệu m / năm CO D khoaim 15000 tản (\Liuycn Đãc Vinli vcs 2007) Níĩuôn nước thai nay nêu thai ra mỏi trườne khi khòrm chưa được

xứ lý hoặc đã xứ lý n h u n e chưa đáp ửne được các tiêu chuản mỏi trưừrm đặc biệt la ò nhiễm m àu sắc và các chất hữu cơ sò làm màt thảm mỹ, tíãv anh hươim imhiêm trọim và trực tiếp tói các loài thúy sinh cùníi như cuộc sôrm cua con người Việc nghiên cứu đê xuất các quy trình xư lý nước thai dệt nhuộm vì thê co nghĩa lớn và cực ky cân thiêt.Hiện nav có n h i ề u p h ư ơ n e pháp khác nhau XU' ly nước thai dẹt nhuộm, điên hình là các kỹ thuật hóa lý như keo tụ điện hóa học, hấp phụ, các kỹ thuật sinh học yẽm khí hièu khí, các kỹ thuật hóa học như ozon hoá, oxi hóa tiên tiên Trong đó hãp thụ cho hiệu qua cao nhưng đòi hoi chi phí lớn kho áp dụng Kỹ thuật sinh học cho hiệu qua xư ly BO D va

s s rắt tốt n hư nu khôim xư ly được màu do các loại thuốc nhuộm có cảu trúc phức tạp sỏ vònu thom lớn trone phàn tư và ben vững, chứa nhom azơ khó phàn huy sinh học thậm chí gây độc cho vi sinh, thời íiian xư ly kéo dài Phirơng pháp kco tụ tạo ra một lượng bún lớn tạo nên m ột vấn đề m òi trường mới cân xư lý đặc biệt (Nguyên I);ìc \ mh vcs 20OS; Trịnh Lè Hiine 2008; A lcboych A / a m vcs 2005: \ i a n g - Rong Xu 2(104) Việc su dụng các kỳ thuật oxy hóa tiên tiến m ột cách phù họp có thè cho hiệu qua xư ly cao \ Ơ1 chi phí

Đ à o Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

phù hợp T heo thống kê, hầu hết các loại ph â m nhu ộ m (đặc biệt là các loại phàm m àu khó

x ử lý b ằn g các kỳ thuật khác) có thê phàn huy gần n hư triệt đẻ khi sư d ụ n s các kỹ thuật

AO Ps N g h iê n cứu này tập trung “N g h iê n c ứ u x ử lý m ộ t số loại p h ẩ m nhuộm tro n g

n ư ớ c th ả i b ằ n g p ìtư ơ ỉtg p h á p o x y h ó a tă n g cường" nhàm tìm ra điều kiện kỹ thuật phù

hợp đê xử lý nước thai dệt n h u ộ m b ằng p h ư o n g pháp oxy hóa tăng cường với phan ứng Fenton (có thê kết h ọp với việc sừ d ụ n e xúc tác) Vi m ột số lý do nehiên cứu này chu yếu tập truna; nghiên cứu, khao sát trên ph ấ m nhu ộ m Rcactive Blue 161 một loại phâm

Báo cáo Tông kết DỂ tài QT-09-22

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K h o a học T ự nhiên

đ ó n g vai trò quan trọng tro nu nền kinh tố nước ta N ăm 1996, có 210 xí ntĩhiệp với san lượng 450 triệu m ét vai/năm, năm 2000 san xuất 2 ty mét vai Hiện nay ca nước có

kh o á n g 60 công ty nhà nước quy mò lớn và hàn ÍT trăm công ty tư nhân với quv mò khác nhau San p h â m dệt m ay ntiày càng tăng vè sỏ lượng cũnc như chât lưựnií, đa dạnií vê

m ẫu mã, m àu săc (Tràn Văn Nhãn \ c s 2002) và ngay càng có chồ đứnu ư thị trường trone nước và quốc tế

M ức tăn e trư ờng binh quân hàng năm cua ìmành dẹt may đạt 11% mồi năm dóng góp k h a n c 30° 0 tô n e san lượng ngành cônc nghiệp, xuất khâu, hàng năm binh quản đạt 20% chiếm 19,8°0 tồnỉỉ kim ngạch xuất khâu 4 1% kim ngạch xuất khâu cua ngành còng nghiệp K im ngạch xuất khâu hàng dệt m ay tăng liên tục qua các năm đạt trẽn 1 ty USB

N ă m 1996 dệt m ay đírnơ h à n s thử 2 về kim nuạch xuất khàu chi sau dâu thô và ngành xuất khấu có tốc độ tăng trướng ổn định tronc một thời gian dài Ca nước có khoang 758 đơn vị san xuất và xuất khâu, troim đó T ông C ông ty Dệt m ay Việt Nam la đon vị chu đạo cua ngà n h có 38 đơ n vị doanh nghiệp thành viên Ngoài ra còn không ít các làng nghe dệt nhuộm đó n g eóp không nho vào san phàm chung toàn ngành (Nguòn Tong c ỏnu ty Dột may)

1.1.2 TirơiiiỊ lui

Theo d ụ báo nluìna năm tới đây, ngành dệt nhuộm vần tiếp tục phát Iricn va giữ vai trò quan trọim troim nền kinh tê quốc dàn Theo Bộ C ông nghiệp đến năm 2010 ngành dệt m ay ca nước sẽ sản xuât 2 ty m ct \ ãi, nâng giá tn xuat khau tư 3.5 - 4 ty USD, tạo la

1 8 triệu việc làm với mức tăng trường 14°0

Đ à o Sỹ Đ ức T rườ n ơ Đại học K hoa học T ự nhiên

1.2 Q u y trìn h c ô n g n g h ệ

C ông nghiệp dệt n h u ộ m là ngà n h có dây truyền công nghệ phức tạp, áp dụnu nhiều

nhau (H ình 1.1) N g u y ê n liệu chủ yếu cua quá trình san xuất là XO' sợi, xơ nhãn tạo, hoặc tông họ p và len, ngoài ra còn dùng các xơ đay gai, tơ tàm Nhìn c h u n s san phàm cua ngành này khá p h o n g phú và đa dạng (L ư ơ n e Đức Phâm 2007; Trịnh Lê Ilùnti 2 0 0S )

M ột quy trình dệt n h u ộ m cơ ban gồm 3 quá trinh chính: kéo sợi và dệt vai, xư lý vải; n h u ộ m và h oàn thiện Trong mỗi quá trình lại gồm nhiều c ỏ n s đoạn Các quá trình kéo sợi, dệt vải dù n g m ộ t lượng nước và hóa chất khônu lớn nên ô nhiễm mỏi trưừníỉ eây

ra trong c ông đ oạn này là không đ áng kế Trong nước thai chi chứa các chất như hồ tinh bột biến tính, tạp chât thicn nhiên cua sơ sợi dàu mỡ sáp Nguồn thai sinh ra trong quá trình dệt n h u ộ m tập trung chu yếu ơ hai cỏntỉ đoạn: tây trảng, nhuộm và hoàn thiện san

p h ẩ m (Adclal - K dast vcs 2005; M Koch YCS 2002; Shene II Lin \c s 1^)5)

Báng 1.1 Kêt qua p/uìn tích nước thái toàn Cóng ty và mrớc thai phân \u u n g nhuộm cua

Công tv Dệt len Mùa Đỏng ngày 01-4-2006

ST T T h ô n g số phân tích Đ o n vị N ước thải

toàn công ty

NinVc thải phân xương nhuộm

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiên

trư ờng kiêm; trong khi NaClOn có tác dụng tốt trone vùng axit Hiện nay hyđro peoxit đang dân được thay thê cho các hợp chất chứa clo Việc sư dụng các họp chất clo đẻ tày trăng có thê làm tăng h àm lượng A O X trong nước thai; đày là các họp chất có khá năng gây ung thư m ạnh Việc sư dụng hydro peoxit làm tác nhân tây trắng có thê làm giảm ô nhiễm môi trư ờng nước (Lương Đức Phàm 2007: Trằn Vãn Nhàn YCS 2002)

1.2.2 N h u ộ m vái và hoàn thiện

Q uá trình này đê tạo m àu sẳc khác nhau cho vai Đẻ nhuộm vải người ta thường dùng chù yêu là loại thuôc n h u ộ m tông hợp và các chất trợ nhuộm đê tạo sự gắn màu cho vải Phân thuòc n h u ộ m dư không găn vào vai đi vào nước thai, phần này chiếm từ 10 - 50% (Trân Vãn N hàn vcs, 2002) Phâm nhuộm sư dụng trong công đoạn này rất phong phú: p h à m trực tiếp, hoàn nguyên, cation, hoạt tinh, phàn tán axit, lưu h u v n h độ íián

m àu của các loại p h à m nhu ộ m là khác nhau

2 Đặc tính và ảnh h ư ò n g của nu'ó'c thải dệt nhuộm

Đặc trưng quan trọng nhất cua nước thai từ các cơ sơ dệt nhuộm là sự dao động rất lớn vê lun lượng và tai lượng các chất ô nhiễm, nó thay đôi từ ncày này saim ngày khác,

từ giờ này sang giờ khác, tùy thuộc vào từng loại phâm, loại vai và các chất phụ gia, chất làm bên đô n g thời phụ thuộc vào các loại m ặt hàrrn cũng như chât lượng san phám ( L ư ơ n g Đ ứ c Pliàm 2007; T a k - H v u n k i m vcs 2004: T a k - H y u n Ivim YCS, 2003)

N gành công nghiệp dệt nhu ộ m sư dụng một lượng lớn các loại phâm màu Trèn thế giới ước tính có k h o a n g 10000 loại phâm nhuộm , môi năm trên 700000 tân phàm nhuộm được san xuất (.luliđe Y e n e r ves, 200,S; Baovou Shi vcs 2007), trong đó chi có 4 7° 0 các loại thuốc n h u ộ m có thẻ phân huy sinh học (Adelal-Kdasi \ c s 2005) Tronu các loại

p h ẩ m nhuộm , p h à m n h u ộ m azo được sư dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt nhuộm , nó chiếm 50° 0 các loại phàm nhuộm có mặt trên thị trường (Aleboyelì A / a m YCN 2005) Thuốc n h u ộ m azo có độ bám dinh tốt bền lâu và chịu được ánh n ă n s mặt trời, các quá trình hóa học ( Laszló YVojnáro\ its \ cs 2008) Phàm nhuộm có liên kẻt m ang màu azo

- N = N - có nhiều v ò n g th o m trong phàn từ nên khó phân huy vi sinh, thậm chí nảy độc và

có hại cho vi sinh (Ya-Li SoiiLT ves 2008; A lcboych A zam vcs 2005) Ban thân thuốc nhuộm không phai là chắt độc tuy nhiên nó có kha năng chuyên hóa thành các amin tỉây ung thư và thai ra môi trường n guy hại cho con người và sinh vật ( Baoyou Shi vcs, 2007) gây nên độ m àu khá lớn cho imuồn nước tiếp nhận, làm nguy hại đên mỏi trường làm giam lư ợ n " OX1 hoà tan trong nước, n s ă n can việc truvên sáng vào nước, can trơ quả trình quang họ p phát sinh các chất độc làm anh hương đến hoạt động sống cua các loài tlniy sinh tro nơ m ôi trường nước o a-Li Sonu vcs, 200N: Sayra L.( (ra/co YCS 2(I()N; Bai'\('iis|ii

Đ à o Sỹ Đ ức Trướrm Đại học K hoa học Tự nhiên

YCS, 2007), đ ô n g t h ờ i ả n h hư ớ ng đ ẻ n m ỹ q u a n - m à u c u a p h à m nhuộm có t h ê n h ì n t h ấ y

ngay ơ nồng độ thấp ( Ta k - l ỉ y u n Ki m YCS, 2004; T a k- ll y un Kim vcs, 2003) Vì vậy xư ly

m àu là m ột m ục tiêu quan trọng nhất trong xư lý nước thai dệt nhuộm

Trong quá trình dệt nhuộm , các chất tây rua, chất hoạt động bồ mặt và nhiồu tác nhân hóa học khác cùng được sư dụng, đây là nguyên nhân làm xuất hiện các hợp chất khó phân huy n h ư các sunĩit, kim loại nặng và đặc biệt la các hợp chắt cơ halogen hữu cơ

ít phân cực dễ dàng tan trong mỡ, tích lũy trong cơ thè cua thuy sinh và nhieu độim vật

có xương sống tồn tại trong nguồn nước tiếp nhận Một điều đáng lo neại phần lon cac chât độc hại trên đèu có kha năng tích trữ trong các chuỗi thức ăn cày anh hươ ne trầm trọng tới sức khoe con người nếu không được xir lý ma thai ra mòi trương I l);io S\' L)ưc 2007: Tràn Văn Nhân \ c s 2002)

Đặc tính cua nước thai dệt nhuộm phụ thuộc vào quy trình cỏne nuhệ tuy nhiên phần lớn nước thai dệt n h u ộ m có độ kiềm khá cao, làm tăim pH cua nước Nốu

pH > 9 sẽ gây độc cho các loài thuy sinh và ăn mòn các đường ôna dẫn vá các hệ thông

xứ lý nước thai

N hư vậy, với nhữnn đặc tính nêu trên cỏ thê nhận thây, nirỏc thai dệt nhuộm là ntĩuồn thai được đặc trưng bưi hàm lượn tỉ cao các chât hữu cơ và võ cơ hoa tan: TS CU D cao, đặc biệt là độ m àu cao ( Sayra L O ro /c o VCN 200N Nuuycn Dite Vinh 2í »07 Adckil- Kdasi vcs 2005; X ú m u - R o i m Xu 2004: ĩak-1 Ivmi iviiìi \ c s 2004: Ni Koch \c:> 2 ’ 102:

B a n g 1.2 Đ ăc tính nirớc thai dỌt nhuộm I h/cìtil-kihi^i ’ ( Vo - 'I I 1.'!

Đ ào Sỹ Đ ức T rườ n g Đại học K hoa học T ự nhièn

H ìn h 1.1 Quá trình san xucíl dệt nhuộm và các nguon thai

Bao cáo Tônơ két Dê tài QT-09-22

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học Khoa học Tự nhiòn

3 Các p h ư ơ n g p h á p x ử lý n u ó c thải dệt nhuộm

Trước khi dùng các biện pháp xìr lý nước thai dệt nhuộm , các đ on vị san xuất cũng nên dùng các biện p háp ngăn ngừa giảm thiêu bớt sự ô nhiễm cua nước thải dệt nhuộm như:

+ G iả m nhu cầu sử dụng nước, thường xuyên kiêm tra đ ư ờ n e ống cấp nước, tránh

rò rì, tuân h oàn sử dụng lại các dòng nước siặt ít ò nhiễm và nước làm nguội;

+ H ạn chế sử dụng các chất trợ, thuốc nhu ộ m ờ d ạ n s độc tính hay khó phàn huy sinh học, nèn sử dụng các loại thuốc n h u ộ m ít ánh hương tói môi trườn SI kha nãnii tuần hoàn cao và thành p hân kim loại tro n s thuốc nhu ộ m nam trong mói hạn tièu chuân cho phép, k hông gây hại cho m ỏi trường;

+ Sử d ụ n c nhiêu lần dịch n h u ộm vừa tiết ki ệm hoá chất, thuốc nhuộm, vừa giam được ô n h iễm môi trường;

+ Có thê kết hợp tây hai cấp đẽ giam thiêu các chất gây ô nhicm trong quá trình táy

m à vần đ am báo được độ trăim cua vai bông, đặc biệt là các chât có chứa clo như NaClO,

Aleboveli A / a m vcs, 2005; X ia nu-R onu Xu, 2005: Xianu-Rorm Xu vcs 2004: Shvh-K m g Karm vcs 2002) Mồi p h ư ơ n g pháp có một ưu, nhược điêm riêng, cũng có nhiêu giai pháp xử lý kết họp 2Ìữa các p h ư ơ n g pháp với nhau đã được các nhà khoa học đưa ra như

cũng cho hiệu qua xử lý khá tôt

3.1 P h ư ơ n g p h á p keo tụ

Keo tụ là phươniĩ pháp thôim dụníỉ đê xư lý nước thai dệt nhuộm Phương pháp này có tác dụ ng tách các chất íỉây nhi ễm bân ờ dạng keo do c húng có kích thước quá nho nên k h ô n g thẻ tách b ằng p h ư ơ n g pháp lẳng hay lọc Đẽ tách các hạt răn trong dung dịch keo đó m ộ t c á ch có hiệu qua bàng p h ư ơ n g pháp lắng cản tăng kích thước cua chứng nhờ

Đ ào Sỹ Đ ức T rư ờ n g Dại học Khoa học T ự nhiòn

sự tác động tư ơ n g hồ giữa các hạt p hân tán liên kết thành tập họp các hạt nhàm làm tăng tốc độ lắng của chúng

Qu á trình keo tụ đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích các hạt keo sau đó liên kết chúng với nhau bàng các chất đông keo tụ tạo thành các khối kết tua bông lon các khối bỏng này sẽ lắng x uống kéo theo các hạt lơ lưng và tạp chất khác làm giảm màu cua nước Đê tăng nhanh tốc độ keo tụ độ sa lắng, làm giam lượng chát keo tụ co thè dùne thêm chất trợ kco, chất này có vai trò tạo cầu liên kết giữa các hạt keo với nhau Khác với chất keo tụ, chất trợ kco chi cần m ột lượng nho (vài phần triệu) và chi có tác d ụne khi su dụng với liều lượng thích hợp nếu dùng nhiều quá thì xay ra hiện tưọrm tái bèn hệ keo (Trịnh Lè llurm 2008; Nmiyen Dãc Vinh vcs, 2007) Các chất keo tụ thirừniĩ dium đưực chia làm 2 loại: các chất keo tụ có nguồn íỉốc vô cư và các polym e hữu cơ Các chất keơ

N H4A 1 (S 0 4): 12H: 0 , muối sất vôi sổne Các ion dươntr săt và nhòm thuy phân tạo các hydroxit có kha năim hàp phụ và loại bo các kim loại phàm nhuộm phàn tán và phàm

Phèn nhôm hòa tan tỏt trong nước, chi phí tháp, hoạt động có hiệu qua cao trone khoaim

p ll = 5 - 7.5 (Nuuyền Dẳc Vinh \ c s 2007: Trần \ ’ăn Nhãn vcs 2002) Muối sầt co nhiều

ưu đièm hơn m uôi n hỏm nó có tác chum tôt ơ nhiệt độ thâp hơn hơn khoane ciá trị pH tỏi

ưu cùa mỏi trư ờng rộn tỉ hơn độ hên lớn kích thước bông keo cỏ khoang iiiới hạn rộn u (Tak-H yun K im vcs 2004; T a k - lly u n Kim YCS, 2003: Tràn \ 'ă n Nhan vcs 2002)

Hiện nav PA C (polv alum inium chloridc) được đánh iiia là một chát keo tụ có

n h i ê u ư u đ i ẻ m h ơ n c a v ê m ặ t h i ệ u q u a XU' l ý c ũ n i í n h ư c h i p h í t í i á t h a n h , d â y l a m ộ t c h â t

keo tụ polvm e vỏ cơ quan trọ n s nhất đưực sư dụnn rộng rãi trên khãp thè giới C ông thức PAC có dạnii c h u n e là (A lC lx(OH);,.x)n X =1-2, phân tư khối từ 7000-35000 đvC tốc độ keo tụ lớn và tạo ra kết tua A l ( O H h vô định hình trong điều kiện nhiệt độ không cao

M ạng polym c có m ật độ điện tích dưcme cao nên kha năng hâp phụ và trung hòa các hạt huyên phù manti điện tích âm ràt tỏt Tronu mòi trườn ti pH đèn 9.5 quá trình hình thanh alum inat từ polvm c c hậm nèn vàn có kha năng keo tụ tôt H àm lượng A1;0;, đạt khoang 36% tronu khi loại phèn nhòm có chất lượng cao nhắt đạt khoang 15° 0 (\g u _ \e n Dăc \'m li

\ cs 2 0 0 7 ).

Baoyou Shi (2006) đã tiến hành nghiên cửu xừ lý phàm Direct Red 2X và Direct

MCI;,, và 70° 0 vói PAC

Báo cáo Tó/lự kèt Dè tài QT-09-22

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Dại học Khoa học Tự nhièn

P hư ơng pháp keo tụ k h ử m àu và làm giam lượng B O D đáng kẻ đặc biệt khônu tạo

ra các sản p h â m phụ, trung gian độc hại (Baoyou Shi vcs 2007) Tuy nhiên hạn chế cua phươ ng pháp này là nó sinh ra m ột lượng bùn lớn tạo nên một vấn đề mỏi trường mới cần

xử lý đặc biệt (Trịnh Lè Ilù n g 2008; N guyền Đãc Vinh vcs 2007: Baovou Shi \ c s 2007; Aleboveh A zani vcs 2005) P h ư ơ n g pháp keo tụ là phươ ng pháp kha thi về m ặt kinh tố nhưng không xử lý được nhiều loại ph â m nhuộm Các phẩm nhuộm phân tán và keo tụ tốt, kết tua dề dàng, trong đó các loại ph ẩ m nhuộm trực tiếp, axit, hoàn nguyên, cũng keo

tụ tốt n hư ng kết tủa dạng bông, khó kết lắng, phâm nhuộm cation nói chunii khỏ keo tụ (Adelal-K dasi, 2005) Vì n hữ ng lý do nêu trên, hiện nay ngưòi ta thường sư dụng keo tụ

đê tiền xử lý ph â m nhuộm , xư lý CO D , độ màu độ đục đến một lỉiới hạn đè có thê tiến hành các p hư ơ ng pháp xử lý tiếp theo

3.2 P h ư ơ n g p h á p h ấ p p h ụ

Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phàn cách pha Chất hấp phụ là nhùng chàt xôp, có nhiêu truim tàm hoạt độnư bề mặt và diện tích bề mặt riêim lớn (N Dizuc vcs, 2008; lulide Y ener vcs 2008; Niiuyen Dãc Vinh vcs 2007) Bc mặt chất hấp phụ thường chứa các các m ao quan có kích thước khác nhau anh hươ ne đến quá trình hấp phụ (N euyền Đăc Vinh ves 2007) Với các đặc tính trên, nhiều vật liệu có thê được sư dụng làm chất hấp p hụ trong đó than hoạt tính là một chất hấp phụ được sư dụng phò biến hơn cà Than hoạt tính thư ờ ng có diện tích bề m ặt 600-1200 m e than, được sư dụng rộng rãi đẻ xứ lý các n h ó m p h â m nhu ộ m khác nhau như phàm axit trực tiếp, bazư hoạt tính, phân tán (Trịnh Lè Hùm: 200N; Ntỉuycn Diic Vinh vcs 2007), nỏ có kha nănu hãp phụ ca chất vỏ cư và hữu cơ, các chât phân cực và không phân cực Than hoạt tính được san xuất từ n hữ ng vật liệu tự nhiên chứa cacbon nhu dâu than đá than bùn (.lulidc Yencr

\c s , 2008) và có thẻ tái sinh sư dụng lại Việc tái sinh vật liệu hâp phụ có thẻ áp dụnti một

sô kỹ thuật khác nhau: tái sinh banu hơi nước, tái sinh băn tỉ nhiệt, tái sinh băng hóa chàt Hấp phụ bằníi than hoạt tính hiệu qua xư lý đạt được 58-59% các hợp chất hữu cư và màu Bên cạnh nhímII ưu đ iẻm nôi bật nếu trên, việc sư đ ụ n e than hoạt tính trong xư lý nước thai c ũng có m ột số hạn chế, đặc biệt là nhừníí can trớ vẻ chi phí xư ly va tái sinh vật liệu hấp phụ T rong thực tế, việc sừ dụng than hoạt tính đẻ xu lý nước thai dệt nhuộm

- một n guồn thai với lưu lượng lớn, nồng độ ỏ nhiễm cao thường rát tôn kém, khó tách than ra khoi nước (đặc biệt là than bột), đồng thời còn gặp nhiều khó khăn trong việc tái sinh lại than, eiá thành cho quá trinh tái sinh đôi khi ngang với gia thanh ban dâu (Sihcl Kilinic Alpat vcs 2008; B aoyou Shi vcs 2007), than có thẻ bị nhiễm bàn ăn m òn bơi cac chất hóa học (Julidc Y encr YCS, 2008) Do vậy, hấp phụ bằng than hoạt tính được sư dụng

Đ ào Sỹ Đ ú c T rư ờ n g Đại học Khoa học Tự nhiên

n hư công đo ạn xử lý hoàn thiện cuối cùng, làm trone nước sau các qua trình hóa lý hóa học, sinh học (Đ ào Sỹ Đức 2007)

H iện nay, có nhiều nghiên cứu đưa các chất hấp phụ khác re tiền hơn nhưnu vần cho hiệu qua cao n h ư silicagen, đất sét, zeolit tro bay hentonit Zeolit là một chất hấp phụ có sự trao đôi ion cao, kha năng hấp phụ tốt có độ hồn nhiệt, bền cơ học tốt đưọc su dụng đê loại bỏ m àu trong nước thai dệt nhuộm cho hiệu qua tốt iSibel Kilimc Alpat \c s 2008) Bentonit là chất hấp phụ được biến tính từ đất sét có bề mặt rièim có thè đạt lói

8 00m 2/gam (Trịnh Lẽ Hùng 2008) khi nựâm vào nước bị trương no; tạo bònti kha nãim hàp phụ tăng nhưng kha năng lăng giam, do đó thường được d ùne kết hợp \ ói các chất trọ keo(N guyền Đẩc Vinh vcs 2007) Các nghiên cứu cho thấy bcntonit Weimiim (bontonit W) hấp phụ phàm n h u ộ m k cm hon than hoạt tinh, dung lượng hấp phụ cực đại cua than hoạt tính và Bentonit w tươ ng ứng là 753.46 mtỉ/g 574.27 mg/tỉ (N euyen Đãc Vinh \cs

362.18 m g/L là 75-100 m a trontỉ đó lưọng than dùng là 70-75 mg ( N u u \c n Dãc Vinh vcs, 2007) ơ Việt Nam, n guồn đất sót bcntonit có trữ lượng khá lớn nên chuyên hóa và

sư dụng bentonit đẻ xứ lý nước thai dẹt nhuộm là thuận lọi và có hiệu qua

Hâp phụ là p h ư ơn g pháp có nhiêu ưu điêm; quy trình XU' lý đon iúan \ ới nhữnti thiết bị không phức tạp, hạn chế lớn nhất cua kỹ thuật hấp phụ là chi phí má thanh cao Hiện nay, người ta chi áp dụiiíi kỳ thuật hàp phụ trong các cônu đoạn XU' lý cuòi cùntỉ

3.3 P h ư ơ n g p h á p siìth học

Nhiêu thành phần hữu cơ trong nirức thai dệt nhuộm thuộc nhóm có kha nănii phàn huy sinh học Phân còn lại, tuy khỗrm có kha năntĩ (hoặc khó) phân huy sinh hục nlnrnti nêu được áp d ụ n e với m ột kỹ thuật tiên XU' lý khác (thưừim là oxy hoa tăn” cườne AOPs) thì có thê chuyên hóa thành các hợp chất hữu cư dồ dàim phân huy sinh học Vê nguyên tăc, kỹ thuật sinh học thư ờ ng là một lựa chọn hợp lý đê XU' lý các nmiòn thai sinh ra troiiLỉ quá trinh dệt n h u ộ m nếu được áp dụng một cách họp ly

N guyên tảc cua phirơim pháp xư lý sinh học là dựa trẽn hoạt động sòng cua vi sinh vặt chu Qua quá trình hoạt đ ộ n e cua các vi sinh vật các chat o nhiêm hữu co đuọc khoántỉ hóa trơ thành các chàt vỏ cư các chát khí đơn gian và nước Cho đèn nay, người

ta đã xác định được 1'ăne vi sinh vật có kha năng phân huy tàt ca các chát hữu cơ có nguôn

Tràn Văn N hãn \ c s 2002) Đê cỏ thê áp dụng kỹ thuật sinh học một cách co hiệu qua nirớc thài phai có ty lệ B O D /C O D > 0.4-0.5 ; BOD: N: p = 100:5:1 I I rịnlì Lc lluiVỊ 2008; Đào Sỳ Dưc, 2007: T rân \ 'ă n Nhan YCS 20(12 I Thư ong nước thai dệt nhuộm thiếu

Bao cáo TÓI 1 V két Dẻ tài QT-09-22

Đ à o Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiẽn

nước thải sinh hoạt đê các chât dinh dưỡ ng trong nước thai dệt nhuộm càn bàng hơn

Có thê áp dụng ca kỳ thuật y ếm khí và kỳ thuật hiếu khí đê xư lý các nguồn thai hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm Phư ơng pháp yếm khí là quá trình sinh học xay ra trong điều kiện k h ô n g có 0X1 M ột số nghiên cứu đã c h ứ n e m inh liên kết azo cua thuốc nhuộm hoạt tính có thê bị khừ bởi vi sinh vật yếm khí (Ntiuycn Đăc Vinh vcs, 2 0 0 7) tuy nhiên phươ ng pháp y ếm khí k hông thê phân huy được các san phàm trung gian như các amin thơm (N guyền Đăc Vinh vcs 2007; Esther Foruacs vcs, 2004)

Phư ơng pháp hiếu khí là p h ư ơ n s pháp tiến hành dựa trên hoạt độim sống cua các

vi sinh vật ưa khí M àu cua ph à m n h u ộ m có thê được xử lý do sự hấp phụ phàm nhuộm lẻn sinh khối và m ột p hần p h â m n h u ộ m có thê bị phân hùy Ư điều kiện hiếu khí Tuy nhiên khả năng k h ư liên kêt azo là rât thâp gân như không có Trong phươim pháp hiếu khí, phươ ng pháp b ùn hoạt tính là m ột p hư ơ ng pháp truyền thốim, có hiệu qua và có tính kinh tế cao, tuy nhiên trong đa số trườn tỉ họp bùn hoạt tính khôntỉ có hiệu qua troim việc

xứ lý m àu phâm B ùn hoạt tính là một tập hợp các vi sinh vật khác nhau chu yêu la vi khuân kết lại thành dạng hạt bông, với trung tâm là các hạt chát răn lơ lưng trorni nước, kích thước 3-150 Ị.UYL n h ữn g bông này gôm các vi sinh vật sôntí và cặn răn Các chât keo dinh trong khôi nhảy cua bùn hâp phụ các chât lơ lưng, màu các họp chát hữu cư troim nước Do đó các san p h à m trung gian trong quá tình xu lý phàm như các hợp chât amin

t hơm được g i am đi rất nhi ều qua quá trình sinh học hiêu khí (Nmiyòn Dăc Vinh YCS 2007; listher Forqacs vcs 2004)

Phươnơ pháp yế m khí có nhiều ưu diêm hơn phươ ng pháp hiểu khí như hàm lưựng bùn sinh ra thấp, tiêu hao ít hóa chất, thiết bị nho hơn và có thc thu được nguồn năng lượng - khí biogas (Đ ào SỸ Đức 2007)

Q uá trình yế m khí thư ờ ng k h ư m àu và liên kết azo m ạnh hon hiếu khí tuy nhiên phương pháp hiếu k h í xứ lý được các họp chât truim uian độc hại trong quá trình XU' lý nước thai dệt n h u ộ m mà y ếm khí k hông XU' lý được Do vậy ngày này các còng nghệ XU' lý nước thai dệt n h u ộ m thư ờ ng áp dụng kết họp ca 2 p hư ơ ng pháp nay đê lăng hiệu qua xư

lý Quá trình đư ợ c diễn ra trong một hệ thống kết hợp phân huy băng vi khuân và hàp phụ trên bùn hoạt tính N ă m 2005, K a pda n đã nghiên cứu kha năng phân huy cua hộ U A SB / hiếu khí qui m ô c ông nghiệp đôi với thuỏc n huộm azo với thòi gian lưu 4X giờ 85° 0 màu

Đ ào Sỹ Đ ức T rư ờ n e Dại học Khoa học Tự nhiên

có chứa nhiêu chât độc với sinh vật n hư những phàm m àu có cấu trúc phức tạp chắt khư

vô cơ, kim loại nặng, A O X và các chât khó phân húy sinh học như chắt tây rứa chắt hoạt động bê mặt, các chât phụ gia Do đó trước khi áp dụnơ phương pháp sinh học người ta thườ ng áp dụ n g các p h ư ư ng pháp hóa lý và hóa học đê làm mam ty lệ các chất độc và khó phân hùy sinh học trong nước thai dệt nhuộm (Tak-IIvun k i m \c s 2003: Tak-IIvun Kim vcs 2003)

3.4 P h ư ơ n g p h á p ozon hóa

O zon là một tác nhân oxy hóa m ạnh cho nước và nước thai, trone đo có nước thai dệt nhuộm 0 3 hòa tan trong nước, có tính oxy hóa v à tiệt trùmi cao (Ngtp.on Dãc \ ' in h

\c s 2007; B arbara K asprzyk-H ordern \'CS 20(13) tác dụnu với hầu hốt c;ic họp chất hữu

cơ, khư màu, mùi, các chất hữu cơ và vô cơ tron tỉ mrức thai ([: Neyens vcs 2Ũ0.V

các họp chàt hữu cơ có càu trúc phức tạp ( Bnrbara kaspi / \ k-I Iordem \ L'V 2003 )

Q uá trình ozon phân:

Các kết qua nghiên cini cho thấy ozon có thò khư m àu cua hau hèt các loại phâm

thai (A ilelđl-kđasi 2(105) và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ pH cua d une dịch (Adol.ll-

đẩu tương inm 18,5- 9.1 m a L hiệu qua XU' lv C O D đạt 50 - 40°o TOC đạt 30 - 2 5 " u (M K och \ c s 2002) N ă m 2003 A h m e t sư dụnu 07011 đê oxv hóa nirức thai dột nhuộm co thê loại được 99° 0 m àu trong thời gian 40-60 phút Khi C O D ban đàu la 169 và 203 mg L thì t ưo n g ứng k h o a n2 9 9% và 9 5 ° 0 m àu được loại bo (A hm ei B \ c s 2(103) Theo Gulcn

Đ ào Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiòn

E rem ektar vcs (2007) x ử lý nước từ bể chứa quá trình dệt nhuộm với côim nghệ su dụnu sợi coton, polyeste, p h ẩ m n h u ộ m hoạt tính và phân tán thì khư được các chất độc cao đạt hiệu suất 9 0% khi h àm lượng ozon hòa tan trong nước đạt 75% Với các dung dịch thai có

C O D 1700 m g/L và 1685 m g/L thì thời gian xư lý hiệu suất xư lý C O D và màu đạt đuọe tương ứng là 20-30 phút, 57-64% , 96-86% (Gulen Ereme Ktar YCS 2007)

T uy nhiên hạn chế của p h ư ơ n g pháp này là độ hòa tan và ôn định ozon trone nước thấp, chỉ oxy hóa được m ột phần các hợp chất hữu cơ trong nưóc, giá thành san xuât O/OIÌ cao vì vậy ozon không phai là m ột p h ư ơ n g pháp kha thi ve m ặt kinh tố

3.5 P h ư ơ n g p h á p oxi hó a tă n g ctrừng

Ọ u á t r ì n h o x y h ó a t ă n g c ư ò n g là m ộ t p h ư ơ n t í p h á p p h ù h ọ p đ ê XU' l y n ư ớ c t h a i

chửa nhiều thành p hần độc, khó phân huy sinh học Nó có kha năim phân huy triệt đê những chât hữu cơ có càu trúc bẽn, độc tính cao, chưa bi loại bo hoàn toan bơi các quá trình hóa lý khác và khôntĩ bị oxy hóa bơi các chát oxy hóa thỏ ne thường, cũng như các quá trình sinh học, trong đó có nước thai dệt nhuộm Các phươim pháp oxy hoa tăng cường đa phần sinh ra gốc O H \ có kha năng oxy hóa cao Gốc tự do nay có độ chọn lọc thấp, có kha năng p han ứng nhanh, m ạnh, có thể phân huy được hầu hốt các hợp chất hữu

c ơ ( C V o n S o n n t a u 20 08 : L á s / l ó \ Yoị nár ovi ts vcs 200X; Idil Arslan-AlcUon vcs 2UON;

A l e h o y e h A z a m vcs 2 0 0 5 ; H N c y c n s vcs 2 0 0 ?;) với h ằ n g số t ốc đ ộ p h a n ứ n g O' v à o

k h o a r m 106- 1 0l' V r V ( B a r b a r a K a s p r / y k - H o r d c m \ c s 2 0 0 3 ) S ự h ì n h t h à n h g ố c tụ do OH" và quá trình oxy hóa các chất ô nhi ễm hữu cơ diễn ra theo một CƯ chê phức tạp, bao íĩồm các phan ứim sau:

1 0 ( 0 1 1) - > j F e ’ - O ’ Fc4' = 0 [ + 0H* (U V hoặc ánh sáng nhìn thấy) (12)

Các gốc tự do sinh ra sẽ p hản huy và khoáng hóa các chất hữu cơ theo các phưongtrình:

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học Khoa học Tự nhiên

thế oxy hóa cao thứ 2, chi sau Flo (B ànụ 1.3).

Do câu trúc cua thuôc nhu ộ m bồn trong không khí và bồn vứi sinh học nên có thê

phức tạp, các chất độc n hữ ng chất khỏ phân huy sinh học Ưu điêm cua phươnu phitp nà\

là không sinh ra các chất tru ne gian s ây độc, các chất hữu cơ độc hại đuọc chuyên thành các chất không độc là c o và H ^ o ( Nm.lVồn Dác Vinh vcs, 2007; [;.Nc\ cib \ c s 2003)

Bánự 1.3 The oxr hóa cua một sỏ tác nhân trong nước

Các qua trình A O P s điẽn hình đ u ợ c thê hiện ư Iỉìn h 1.2.

Đ ào S ỷ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiên

Hìitli 1.2 Những quá trình uxy hỏa lăng cường điên liiiìh 3.5.1 P h ư ơ n g p h á p Oị/ U V

0 3/ u v là m ột p h ư ơ n g pháp oxy hóa có hiệu qua khử được các chất độc, các chất hữu cơ trong nước thai dệt nhuộm T r ong nhiều trường hợp ozon hóa khỏntĩ thê phàn huy các hợp chất hữu cơ hoàn toàn tới tận C 02 và H20 Nhiều san phàm trung gian cua quá trình o z o n h ó a có đ ộ c tín h n h ư c h ấ t hìru CO' b an đ ầu th ậ m chí cò n đ ộ c hơn ( A d e la l- k d a s i

này ozon có thè hấp phụ tốt nhất và bị phàn huy

Khi sư d ụ n e kết họp 0;,/U V, các photon u v tấn eỏníí các phân tư ozon tạo thành các gỏc tự do OH* T heo H u n g -Y e e và C h in s R ong (1995) p hư ư ne pháp này cho hiệu qua làm giảm mà u cua p h à m n h u ộ m tốt nhất, tốt hơn so với chi sư dụng ozon và u v riêng rẽ (H unc Ycls vcs 1995) M ôi trư ờng kiềm ( pH = 9) là điều kiện thuận lọi cho việc XU' lý

u v nên lượng hydroxyt sinh ra ít, do đó sư dụng O v U V chưa chăc đà tôt hon sư dụne ozon riêng rẽ (A delal-K dasi YCS 2005) Tuy nhiên két qua n sh iè n cứu cho thấy về phương diện x ứ lý C O D cua nước thai dệt nhu ộ m p hư ơ ng pháp O3/U V vần cho hiệu qua cao hơn Theo B es-Pia vcs(2003) với thời ỵian 30 phút C O D từ 200-400 mg L barm phươ ng pháp O3/U V C O D còn 5 0 m e/L tro n e k h i chi dùntĩ O3 C O D còn 286 mu L

3.5.2 0 ỉ/ H ; 0 2/ U V

làm giam tốc độ sinh ra gốc O H ’ (Adelnl-K.da.si vcs 2005: M mucl 2003)

Đ ào Sỳ Đ ử c T rườ n g Dại học Khoa học Tự nhiên

H ì n h 1.2 X h ĩ m g qua trinli (AVI hòa liiiìíỉ cm hìiỉ ííii')i hìnli 3.5.1 P h ư ơ n g p h á p Oĩ U ì r

Oi u v là m ột p h ư ơ n g pháp oxy hóa cỏ hiệu qua khư điạrc cúc chất độc các chất

hữu cơ trong nước thai dột nhuộm Trong nhiêu trưừnt! họp 0 / 0 1 1 hoa khõne thò phàn huy

các họp chàt hữu cơ hoàn toàn tới tận CO ; và H ; 0 Nhièu san phàm trunLi iiian cua qua

t r ì nh o z o n h ó a c ó đ ộ c t í n h n h ư c h ấ t h ữ u CO' b a n đ á u t h ậ m chi c o n đ ộ c h o n I \ d c l a l - K d a s i

hơn Bưó'c sóng phù họp là 2 5 4 n m (Adckil-K.dasi \c> 2(105: MiLiucl 21)03) tại bước soim

này ozon có thè hấp phụ tốt nhất và bị phàn huy

Kiii sư dụntỉ kèt họp () UY các photon L'\' tàn cônu các phàn tư 0 / 0 1 1 tạo thành

các gôc tự do 0 H \ Theo H u n s - Y e e và C h m e R one ( l l) 9 5 ) phưưne pháp này cho hiệu qua

làm giam m àu cua phàm nhu ộ m tôt nhàt tỏt hon so voi chi SU' dụiiii 0 / 0 1 1 và UY riône rẽ

(Hune Ycls \ c s 11)‘?5 * M ôi tn ro n e kiêm ( pi 1 *•)) la điêu kiện thuận lọi cho việc xu ly

nước thai hãng O v U V Pcrkoxvski (20(13) lại cho rãne màu co thẻ hàp phụ cạnh tranh tia

u v n ô n l ư ợ n g h y d r o x y t s i n h ra ít d o đ o SU' d ụ n s O-, l ’\ c h u a c h ă c đ ã t ỏ t h o n s ư d ụ n e

ozon riẽna rẽ (A d e la l- k d a s i \ c s 2005) Tuy nhiên két qua nehiòn cửu cho thà) vê

phương diện xư lý C O D cua nước thai dệt nhuộm plniơng pháp 0-, r \ ' vần cho hiệu qua

phương pháp 0 - 5 u v C O D còn 5 0 m e L tron II khi chi dùng 0 } CO D con 2S6 mg L.

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Dại học K hoa học Tự nhiên

Sự kêt hợp O3/ H2O2/U V cũng là p h ư ơ n g pháp hiệu qua đẻ xư lý nước thai dệt nhuộm Với nước thải n h u ộ m sợi polyeste thì tới 99% CO D được sư ly sau 90 phút phan ứng (A delal-K dasi vcs, 2005)

3.5.5 P h ư ơ n g p h á p F en to n và p h o to -F e n to n

N h ữ n g p h ư ơ n g pháp oxy hóa trên nhìn chung có hiệu qua xứ lý mau khá tốt tuy nhiên giá thành chi phí khá cao, khó áp dụng ờ Việt N am - một quốc <zia còn hạn hẹp về tài chính, các cơ sở dệt n h u ộ m còn nho lẻ, quy mô phô biến vẫn là làng nghề Trong các phương pháp A O P s thì xử lý nước thải dệt nhuộm bàng phưưim pháp Fenton và photo - Fenton đang được sư quan tâm chú ý do hiệu qua khư m àu cao dễ hoạt đ ộ n s và siá thành tương đối thấp ( Va-Li Sontr vcs 2008: 1 d 11 A rslan-Alaton vcs 200ỈS)

Phan ứng F enton được phát hiện ra 100 năm trước nhưng đến năm 1960 mới được

áp dụng như 1 quá trình loại bo hợp chât hữu cơ các chất độc trong nước ( Lĩ Neyens ves, 2003) Ọuá trình Fenton sư dụng các kim loại chuyên tiếp chu yếu là sất đê xúc tác cho quá trình phân huy H2O 2 tạo thành gôc tự do OI ỉ" Gôc Oi I' này có kha nănu oxy hóa

mạnh, o x y h ó a đ ư ợ c hâu hêt c á c h ọ p chât hữu CO' phức tạp licn kèt a z o tr on c phâm

nhuộm, các chất độc khó p hân huy sinh học có trong nước thai phâm nhuộm tạo thanh

C 0 2, H ? 0 và các m uôi vô cơ (Idil A rslan-A laton YCS 200X: Xianuyinự \Vanu vcs 200N

COD Tốc độ phân huy H : 0 : tạo thành OH" đều phụ thuộc vào pH cua dung dịch pH

tạo thành săt hydroxyt F c (O H )í n h u m ột chât kco tụ Đâv được COI la mọt buoc lam sạch

xử lý sau Fenton Kết họ p quá trinh này với Fenton sẽ lam tăng hiệu qua xu ly cua

L -• ‘ "■ 1’■ : h - '' p]JÍ : ■ r ' 1 " ■ ■ - •

O O O Ể ) O O O O O J 9

Đ ào Sỹ Đ ức Trườ n g Dại học Khoa học Tự nhiên

Fenton Trong quá trình oxy hóa tăng cườ ng sư dụng phan ứn<ỉ Fenton Fc: co thẻ được

thay thế bởi F e ' + hoặc những ion kim loại khác như C u 2’, M n: .

N goài quá trình Fenton còn có quá trình photoFenton (Fc; H ; 0 ; UV) và

phâm nhu ộ m cao Á n h sáng sừ dụng trong các kỳ thuật oxy hóa tãnư cườnti là u v sẽ cho

màu và TO C t ương ứng 30-56° 0, 2 1 - 3 4 V Nlnr vậy phàm phàn tan phàn huy bànti phan ứng Fenton tốt hơn các p h â m khác ( Xi im- Ro n” Xu vcs 2004) Xiaim-Rontr Xu vcs cũn ti

Fc2* H ; 0 ; tương ứng bàng 3 0° 0 và 21%

N ă m 2008 Idil Arslan - Alaton vcs đã niỉhiên cứu xử lý phàm Acid Blue 193 băim phương pháp pho to F c n to n với C O D ban đàu 200 nm L sau 45 phút hiệu qua xư lý màu

photoFenton ỏnu đã nghiên cứu xư lý phàm m àu Rcactive Black 3^ voi CO D ban đâu 150-200 m e L sau 45 phút cho hiệu qua sư lý màu va C O D đạt đưọc tưưna ứne là ]()()"<>

và 84°/'o

P h ư ơ n e pháp Pcnton và photo-Fenton là lựa chọn tót cho xư ly các ehàt ỏ nhiêm độc hại các thành phàn hữu cơ phức tạp khó phàn huy vi sinh như hợp chát thơm trong nước thai dệt nhuộm Tuy nhiên bên cạnh đó, nhược điêm cua Fenton là sinh ra một

lir ợ n e b ù n l ớ n c u a h v d r o x y t sắt t r o n g n irức t h a i, c à n p h a i c ó b i ệ n p h á p XU' ly xa h o n đ ê \ Ư

lý v à t á c h c á c c h ắ t rán ra k h o i n ư ớ c v à tái s ư d ụ n u lạ i n h ư v ậ y c â n l l ư ợ n g l ỏ n h o a c h a t

và nhân lực O a-Li Sonu \ c s 2()DSi ơ nhiệt độ thàp đè phan ứng diên ra nhanh, càn phai

có một lượnII lớn muối sắt Khi đỏ, quá trinh kẽt tua thuôc nhuộm bơi muôi săt diên ra dồniỉ thời \ ó'i quá trình uỏc tự do O H oxi hoá thuỏc nhuộm Ncu plian ung dien ra ơ nhiọt

đ ộ c a o h ơ n ơ k h o a n g 9 5" c thì l u ọ n c m u ô i sãt clì 1 c à n vài m g L \ ì thô c ặ n sau X11 lí ]a

k hông đ á n e kê

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiên

Trong các p h ư ơ n g pháp oxy hóa, phươ ng pháp Fenton và photoKenton có nhiều ưu điêm nhât vê kinh tê n hư ng so với các p hư ơ ng pháp xư lý khác phương pháp này vẫn là 1

phương pháp đòi hỏi giá thành cao Vì vậy ta có thê áp dụng phương pháp A O Ps kết họp

VỚI các phương pháp như keo tụ, hấp phụ sinh học đê đạt được hiệu qua xừ lý cao.

N ă m 2002, S h yh-F a ng K ang vcs đã nghiên cứu xư lý nước thai dệt nhuộm co phàm hoạt độ n g R 94 H, đưa ra các so sánh vê phương pháp Fenton với phư ơ na pháp khác n h ư keo tụ Với n ồ n g độ H20 ; và Fe:+ tưcrng ứng 100mo/l và 1 5 0 m e l với qua trình Fenton hiệu suất xử lý m àu đạt 90% sau 5 phút, đối với CO D nếu dùnu phưưniĩ pháp Fenton hiệu quà đạt được là 79% , còn nếu dùng keo tụ săt hiệu qua đạt được là 6 6" 0 Qua đây ta thấy p h ư ơ n g pháp Fenton cho hiệu qua cao hơn keo tụ Tốc độ khử CO D uiữa Fenton và keo tụ sất baim 1.2 (S hvh-F anu Kaii” vcs 2002)

Vói n h ũ n g thông tin trên đây có thê nhận thấy ràng, người ta có thè íúai quyết bài toán ô n hi ễm n guồ n nước trong ngà nh công nghiệp dệt nhuộm bằntí nhiều íúai pháp khác nhau; và thực tê thư ờ ng sừ dụng các kỹ thuật trên một cách hợp lý Riôim vứi phươntĩ pháp oxy hóa - p h ươ n g pháp có ý nghĩa quan tro ne trong việc xư lý màu phàn huy các

hợp chất hữu cơ khó phân huy thành những thành phán đơn gian, dề phân huy, de XU' lv

sinh học hơn được nhiêu nhà nghiên cứu tập trung khao sát sư dụim Tuy nhiên, một

nh ư ợ c đ i ẻ m dề n h ậ n thây c u a p h ư ơ n g pháp n à y là chi phí giá thành XU' lý th ư ờ n g khỏnu

nho Giai pháp được nhiều nhà khoa học chủ ỷ tới chính là việc sư dụim một số tác nhãn xúc tác (thường là dị thẻ), n hư ZnO , zeolit , nh ư n e xúc tác trên nền T iO : vẫn được quan tâm nhiêu hơn ca

3.6 Xúc tác q u a n g hóa, T i 0 2 và ứng dụn g trong xử lý môi trường

3.6.1 X úc tác q u a n g hóa

Xúc tác là n hữ ng chất làm thay đôi tốc độ phan ưng hỏa học nhưng không thay đổi về lượng và tính chất sau phan ứng Xúc tác quang hóa là một trong những nhóm xúc

t á c c ó p h ạ m v i ứ n g d ụ i m r ộ i m r ã i, n ỏ đ ư ự c đ ị n h n t i h ĩ a la m ộ t x ú c t á c c ó t á c d ụ n g t h ú c đ à y

phan ứng quang hóa hoạt đ ộ n g nhờ có ánh sáng u v hoặc ánh sáng thường kích thích

quaim xúc tác xuất phát từ sự kiện hai nhà khoa học Nhạt Ban Fujishima và Honda đã thực hiện quá trình tách nước bàntỉ cách sư dụng điện cực TiO: vào năm 1972 (S Da\ id Jackson Justin s .) H a rm c a v e s 2009)

3.6.2 N g u y ên lý co bản của quá trình xúc tác qua n g hóa

Đ ào Sỹ Đ ứ c T r ư ờ n s Đại học Khoa hục Tự nhiên

N g u y ê n lý cơ bản của xúc tác trên các chất bán dần, tiếp xúc với pha khi hoặc pha

long cua chât p han ứng là khi được chiếu sáng có năng lượne photon ( h u ) thích hợp bàng hoặc lớn hơn năng lượng vùng cấm, EG ( h u > E ( G ) ) xúc tác sẽ hấp thụ năng lượng,

một electron cùa lớp vỏ hóa trị sẽ nhay lèn lớp dẫn điện, tạo ra một lỗ trố na m ang điện tích dương (h ) trong lóp vỏ hóa trị Electron (e") và lồ trống (h ) có thê kết hợp lại với nhau, giải phóng ra năng lượng, hoặc sẽ định vị luôn trên bề mặt xúc tác Khi đó sẽ tạo ra

phãn tư có kha năng nhận electron (A), và quá trình khư xay ra, còn các lồ trống sẽ chuyên đên nơi có các phàn tư có kha nănsỉ cho electron (D) đê thực hiện phan ứnu oxv

hv + ( S C ) —> e' + h ’

A (ads) + e' —> A ‘ (ads)

D ( a d s ) + h —> D' (ads)

H ìn h 1.3 XíỊitycn lý xúc tác q uang hoa

Các ion A '( a d s ) và D (ads) sau khi được hình thanh sè phan ứng voi nhau qua một

c h u ỗ i c á c p h a n ứ i m tn.mil íĩiíin v à SÍU1 đ ó c h o ra c á c s a n p h a m CU01 c u n g Nhu \ ạ y q u a

trình hấp thụ p hoton cua chãt xúc tác là giai đoạn khoì dàu cho toan bọ chuoi phan ưng

T ro n17 quá trinh xúc tác quaim hiệu suàt lượiiii tư co tho h| giam hoi sụ tai kct hợp cua các electron và lồ trông:

e" + h —> (SC) +E

Đ ào Sỹ Đ ức T rư ờ n g Đại học K hoa học T ự nhiòn

Trong đó (SC) là tâ m bán dần trung hoà; E là năng lượng được iỉiai phóng ra dưới

dạng bức xạ điện từ ( hu < hu ) hoặc nhiệt.

Hiệu quá cua xúc tác quang hóa phụ thuộc rất nhiều vào kha nănơ bị photon kích thích cua chất nền và chất được phu lên Trong trường hợp chất nền trơ không có tính quang hóa trị thì điện từ di chuyên trên những phân tư chất bám trên chắt nền Co rất nhiều chất bá n dẫn khác nha u được sư d ụng làm chất XÍ1C tác quang như: TiO;, ZnO ZnS

C d S ) Trong n hữ ng n ăm gần đây, titan dioxit ( T i 0 2) được sư dựng như một xúc tác quang hóa đê xư lý n hữ ng vấn đề ô nhiềm m ôi trường, đặc biệt là đẻ loại các họp chất độc hại trong nước thai Tuy nhiên, chỉ có những bức xạ tư ngoại, chiếm k h o a n s 4-5% bức xạ mặt trời, ứng với các p hoton có năng lượniĩ lớn hơn 3.2eV mới được hấp thụ và tạo ra hiệu qua quang hóa Do đó các hướng, nghiên cứu về tăng kha năne quang hóa cua T i O trong vùng ánh sáng kha kiên được phát triẻn m ạnh đẻ sư dụnu có hiệu qua hơn đặc tính quanỵ hóa loại vật liệu này (S Daviđ Jackson, lustin s .1 Hai'LTiva\L'S 2000)

3.6.3 X úc tác q u a n g hóa T i 0 2

3.6.3 ỉ G iói thiệu ch u n g vâ T iO1

Titandioxit là chât răn m àu trăne trơ lòn vàim khi đun nónu, khi làm lạnh thi trơ lại màu trăng T itandioxide T i O là một loại vật liệu rát phô biên trone cuộc sônu hàntr

n e à y c u a c h ú n g ta C h ú n g đ ư ợ c SU' d ụ n g n h i ê u t r o i m v i ệ c p h a c h è t ạ o m à u s ơ n m à u m e n

hơn 3 triệu tấn N g à y nay T iO i còn được biết đen troim vai trò cua một chàt xúc tác quang

T iO : có 3 cấu trúc tinh thê chính là pha anatase (quadratic), pha rutile (quadratic),

ct brookite (orthorhom bic) ngoài ra nó còn có thê tồn tại ư dạn Lí Titan dioxit B TiO: (B) (Gianluca Li Puma vcs 2008) Pha rutile là pha bền nhất và việc tạo thanh pha nay phụ

k o r T Pctcrncl, 2007) T uy nhiên, thông thường TiO ; cũng thương chi thè hiện hoạt tính

Tất cá các hiện t ư ọ ng hóa học xav ra đê u là do sự dịch chuyên elcction giua cac micn VOI

Báo cáo TÔIIƠ kẻt Đê tài QT-09-22

Đ ào Sỹ Đ ứ c T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiên

sáng có bước sóng 388 nm Rutile có năng lượng vùng cấm là 3.0 eV tư ơ ne đ ư ơ n e vói một lượng tứ ánh sáng có bước sóng 413 nm Gian đồ năníĩ lượng cua Anatasc và Rutile được chỉ ra như hình vẽ

H ìn h 1.5 Gian đố n ă n g lượỉìỉỉ cua Atĩcitase và Rutìlc

V ù n g hóa trị cua A natase và Rutile nhu' chi ra trên gian đô là xâp XI băng nhau và cũng rất dirơ n s điều này có imhĩa là chúng có kha năng oxy hóa mạnh Khi đưọc kích thích bởi ánh sáng có bước sóng thích họp các electron hóa tn sẽ tách ra khoi licn kct

Bán cảo Tông kẻt Đê tài QT-09-22

Đào Sỹ Đức T rư ờ n g Đại học K hoa học Tự nhiên

chuyên lên vù n g dần, tạo ra m ột lồ trống m an g điện tích dương ư vùim hóa trị Các

E l e c t r o n khac co ths rihay vao VỊ t n nay đê bão hòa điện tích tại đó đ ỏ n ° thời tạo ra một

lô trong m ơi ngay tại VỊ trí m à nó vừa đi khỏi N hư v ậ y lỗ trốnsĩ niaiiii điện tich du'0ì i 'T có thể tự do c huyên độ n g trong vùng hóa trị (Nguyễn Thi Lan 2004)

Các lồ trống này m an g tính oxy hóa m ạnh và có kha năng oxy hóa nước thanh

O H \ cũng n h ư m ột số gốc hữu cơ khác:

TiO ;( h ) + H ; 0 -> OH* +H + TiO;

V ù n g dẫn cua rutile có giá trị gần với thế khư nước thanh khi hidro (thê chuân la0.00 V) trong khi với anatase thì cao hơn mức này một chút, đồnu nuhĩa với một thế khư

ngang nhau có kha năng phân huy các họp chất hữu cư thành H ; 0 và CO;

T rong thực tố, T i O đã được nghiên cưu và ứng dụng như một lại xúc tác quang hóa ơ dạng t h ư ơ n s mại vói quy mỏ lớn cho các mục tiêu xư lý mòi trường, đặc biệt la xư

lý nước do m ột số yếu tố cơ ban sau (Gianluca Li Puma \ c s 200K):

(a) Các phan ứng qua n g xúc tác cỏ thê tiến hành một các lì thuận lọi ớ n h i ệ t độ phòng;(b) Các phan ímtĩ quaníi xúc tác thườim khôn tí imăn can can trơ các quan ưng quang

p hân ly trong quá trình hình thành các san phàm trung gian bơi các chát ỏ nhiễm

h ữu c ơ t h ườ ng được k h o á n e hỏa hoàn toàn thành các họp chât k h ô n g dộc như C O : HC1 và nước:

Bao cáo Tông két Dê tài QT-tny-22