Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình Ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải

Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình Ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình Ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình Ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24 BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường

Mã số: 8850101

Người hướng dẫn khoa học: TS Văn Hữu Tập

(Chữ kí của GVHD)

THÁI NGUYÊN – 2019

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

HOÀNG TRUNG KIÊN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU REACTIVE RED 24

BẰNG QUÁ TRÌNH ÔZÔN VỚI XÚC TÁC XỈ SẮT THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

THÁI NGUYÊN – 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Hoàng Trung Kiên, xin cam đoan luận văn này công trình nghiên cứu

“Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng quá trình ôzôn với xúc

tác xỉ sắt thải ’’ là do cá nhân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Văn

Hữu Tập, không sao chép các công trình nghiên cứu của người khác Số liệu và kết quả của luận văn chưa từng được công bố ở bất kì một công trình khoa học nào khác

Các thông tin thứ cấp sử dụng trong luận văn là có nguồn gốc rõ ràng, được trích dẫn đầy đủ, trung thực và đúng qui cách

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực và nguyên bản của luận văn

Tác giả

Hoàng Trung Kiên

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành luận văn này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Văn Hữu Tập (Khoa Tài nguyên & Môi trường – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên) đã định hướng cho tôi hướng nghiên cứu và là người hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cô trong khoa Tài nguyên & Môi trường đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như nghiên cứu tại trường

Sau cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như hoàn thành luận luận văn này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu 3

5 Những đóng góp mới của đề tài 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm 4

1.1.1 Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm 4

1.1.2 Xỉ sắt 10

1.2 Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay 11

1.2.1 Phương pháp hóa lí 11

1.2.2 Phương pháp sinh học 12

1.2.3 Phương pháp hóa học 13

1.3 Tình hình nghiên cứu hiện nay 17

1.3.1 Nghiên cứu trên thế giới 17

1.3.2 Nghiên cứu trong nước 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.1.1 Chất nhuộm Reactive Red 24 21

2.1.2 Xỉ sắt thải 22

2.2 Phạm vi nghiên cứu 22

2.3 Nội dung nghiên cứu 22

2.3.1 Các nội dung tiến hành thí nghiệm 25

2.3.3 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm 29

2.3.4 Các phương pháp phân tích 30

2.4 Phương pháp tiếp cận 33

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

3.1 Cấu trúc thành phần của xỉ sắt (IS) 35

3.2 Ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý màu của RR24 36

3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng xỉ sắt đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt 43

3.4 Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24 đến hiệu quả xử lý màu và COD của ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt 47

KẾT LUẬN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 60

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AOP : Quá trình oxy hóa tiên tiến - Advanced Oxydation Processes

BOD : Nhu cầu oxy hóa hóa sinh - Biochemical Oxygen Demand

COD : Nhu cầu oxy hóa hóa học - Chemical Oxygen Demand

EDS : Quang phổ tán sắc năng lượng - Energy dispersive spectrometry

EDTA : Ethylene diamine tetra axetic

IS : Xỉ sắt - Iron Slag

MB : Xanh metyl - Metylene blue

PAHs : Hydrocacbon đa vòng thơm - Polycyclic aromatic hydrocarbons

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng 7

Bảng 1.2 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa 13

Bảng 1.3 Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn 14

Bảng 1.4 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng 16

Bảng 1.5 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng 16

Bảng 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng trong phân tích 29

Bảng 2.2 Danh mục các dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sử dụng trong nghiên cứu 29

Bảng 3.1 Hằng số tốc độ phản ứng thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý RR24 43

Bảng 3.2 Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu suất xử lý RR24 47

Bảng 3.3 Hằng số tốc độ phản ứng của thí nghiệm ảnh hưởng của tỷ lệ IS đến hiệu suất xử lý RR24 53

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính 8

Hình 1.2 Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl 9

Hình 2.1 Cấu tạo chất nhuộm Reactive Red 24 22

Hình 2.2 Máy tạo khí ôzôn Next 20P 23

Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b) 24

Hình 2.4 Máy khuấy từ 25

Hình 3.1 Ảnh SEM của IS sử dụng làm chất xúc tác cho thí nghiệm 35

Hình 3.2 EDS của xỉ sắt 35

Hình 3.3 Ảnh chụp XRD của xỉ sắt 36

Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của Fenton đối với chất nhuộm RR24 37

Hình 3.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm O3 và O3/IS đối với chất nhuộm RR24 38

Hình 3.6 Ảnh hưởng của giá trị pH tới hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm O3/H2O2, O3/H2O2/IS chất nhuộm RR24 39

Hình 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của Fenton 44

Hình 3.8 Ảnh hưởng của hàm lượng IS tới hiệu suất khử màu và COD của ôzôn, Fenton với xúc tác dị thể 45

Hình 3.9 Ảnh hưởng của nồng độ RR24 để hiệu suất xử lý màu và COD của ôzôn 48

Hình 3.10 Ảnh hưởng của nồng độ RR24 tới hiệu suất xử lý màu và COD của Fenton 49

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD của thí nghiệm O3/H2O2 50

Hình 3.12 Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu, COD của thí nghiệm O3/IS 51

Hình 3.13 Ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu suất xử lý màu và COD thí nghiệm O /H O /IS 52

MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu

Một trong những vấn đề đặt ra cho các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp gây ra Điển hình như các chế biến cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam Theo Tổng cục Hải quan, năm 2017 kim ngạch xuất khẩu hàng dệt, may của Việt Nam đạt 31,7 tỷ USD, tăng 12,73% so với năm 2016 Trong đó, kim ngạch xuất khẩu hàng may mặc đạt 26,3 tỷ USD, tăng 9,3%; kim ngạch xuất khẩu vải các loại đạt 0,46 tỷ USD, tăng 10%; kim ngạch xuất khẩu xơ sợi các loại đạt 3,51 tỷ USD, tăng 20,21% và xuất khẩu nguyên phụ liệu đạt 1,7 tỷ USD, tăng 14,3%[9] Ngành dệt nhuộm thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta nhưng cũng gây ra nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm khó xử lý Vì vậy, các chất nhuộm màu gây ô nhiễm môi trường nước là một thực tế cần có giải pháp xử lý và là nhiệm vụ rất cần thiết Các hệ thống xử lý nước thải nhuộm hiện nay chủ yếu vẫn là công nghệ sinh học Tuy nhiên, hầu hết các hệ thống xử lý nước thải của các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta hoạt động chưa thực sự hiệu quả mà đang có xu hướng thải ra sông, suối, ao, hồ… Loại nước thải này có độ màu lớn, hàm lượng COD cao gây hại đối với loài thủy sinh[3]

Có nhiều nghiên cứu trên thế giới cũng đã triển khai nhằm xử lý các ô nhiễm chất nhuộm reactive read 261, orange 39, xanh metylen, Reactive blue 182 bằng các phương pháp hóa lý và sinh học Tuy nhiên các phương pháp này tiêu tốn nhiều thời gian mà vẫn chưa xử lý được triệt đồng thơi phát sinh một lượng lớn bùn thải cần phải xử lý, đòi hỏi vốn đầu tư cao, hiệu quả kinh tế thấp[4] Các phương pháp xử

lý sinh học thông thường là không hiệu quả trong việc xử lý màu của các chất nhuộm màu có trong nước thải dêt nhuộm[15] Vì vậy cần nghiên cứu các phương pháp tiên tiến hiệu quả hơn: màng sinh học, oxy hóa trong đó phương pháp oxy hóa với khả năng oxy hóa không chọn lọc các hợp chất hữu cơ là phù hợp hon cả Phương pháp

oxy hóa nâng cao sử dụng chủ yếu là O3, H2O2 có khả năng oxy hóa mạnh phá vỡ cấu trúc phân tử hóa học của các chất mang màu tạo ra các chất mới không màu, ít độc, có khối lượng phân tử nhỏ và cuối cùng là oxy hóa hoàn toàn hoặc tạo thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng quá trình sinh học Trong số các phương pháp này, các quá trình oxy hóa tiên tiến (AOP) dựa trên sự phân hủy các chất hữu cơ có hiệu quả cao và phương pháp này giúp phá hủy nhóm sắc tố phân tử của chất nhuộm và khử màu của chúng và đồng thời làm giảm hàm lượng COD từ nước thải dệt Các tác nhân của quá trình này bao gồm UV, UV/H2O2, Fenton và ôzôn Trong số các tác nhân này, ôzôn và Fenton là những chất oxy hóa hiệu quả cao trong việc khử màu và khử COD từ nước thải dệt nhuộm[16] Tuy nhiên, nếu chỉ có ôzôn và Fenton thì tốc

độ phản ứng của quá trình diễn ra chậm với một số chất hữu cơ khó phân hủy sinh học Trong những nghiên cứu gần đây, chất xúc tác đã được sử dụng để tăng cường quá trình oxy hóa các chất hữu cơ khó phân hủy từ nước thải dựa trên quá trình ôzôn hóa xúc tác và quá trình Fenton Nhiều chất xúc tác kim loại cũng đã được sử dụng

và phân loại là: Chất xúc tác đồng thể, các chất xúc tác dị thể đã được sử dụng cho quá trình oxy hóa để loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải Một số vật liệu cũng đã được sử dụng trong phản ứng Fenton dị thể trong xử lý các hợp chất hữu cơ trong nước thải, như Fe2O3/Al2O3 và Fe2O3, hạt nano từ tính[17]

Xỉ sắt được tạo ra từ các quá trình luyện kim màu và kim loại màu chứa các kim loại và gốc oxy, trong đó chủ yếu là thành phần của Fe cũng có thể trở thành một loại chất xúc tác thể dị thể và chi phí thấp cho quá trình ôzôn hóa và Fenton để xử lý chất nhuộm màu, các hợp chất hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm Cho đến nay, Ở Việt Nam, chưa có công trình nào sử dụng xỉ sắt như một chất xúc tác dị thể cho quá trình ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu hoạt tính Do đó, xỉ sắt đã được sử dụng làm chất xúc tác dị thể cho ôzôn và Fenton trong nghiên cứu này Chính vì vậy,

tôi chọn đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24

bằng quá trình ôzôn với xúc tác xỉ sắt thải”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Tìm các điều kiện thích hợp để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 trong dung dịch ô nhiễm bằng ôzôn và sự kết hợp giữa ôzôn, Fenton với xúc tác xỉ sắt

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu khả năng xử lý màu của chất nhuộm màu dệt nhuộm Reactive Red

24 bằng phương pháp oxy hóa nâng cao trên cơ sở ôzôn

Xác định được các giá trị tối ưu của các thông số: Thời gian xử lý, ảnh hưởng

tỉ lệ H2O2/O3 và giá trị pH ảnh hưởng đến quá trình ôzôn đến hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24

4 Ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu

Hướng nghiên cứu về sử dụng các phương pháp oxy hóa nâng cao để xử lý các chất nhuộm màu trong nước thải dệt nhuộm là vấn đề đang được thế giới quan tâm Nghiên cứu này góp phần cung cấp một phương pháp xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 mới bằng cách sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn kết hợp với Fenton và

xỉ sắt thải trong quá trình luyện kim được sử dụng như một chất xúc tác

5 Những đóng góp mới của đề tài

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là nội dung báo cáo chính trong báo cáo luận văn cao học của tác giả

- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo có hàm lượng khoa học và có độ tin cậy cao, từ đó làm nền tảng cho việc nghiên cứu phát triển cao hơn theo hướng này để xây dựng các công nghệ xử lý hiện đại đạt hiệu quả và thân thiện với môi trường

- Đề tài là nguồn tài liệu tham khảo cho học tập, nghiên cứu và giảng dạy

- Tính mới của kết quả đề tài: Đề tài này sử dụng xỉ sắt thải như tác nhân xúc tác mới, chi phí thấp cho ôzôn và Fenton để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 Đồng thời, đánh giá được mức độ hiệu quả xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24

từ việc sử dụng ôzôn xúc tác xỉ sắt và Fenton, tại các điều kiện thí nghiệm và môi trường khác nhau

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Ngành dệt nhuộm và các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm

Trong những năm gần đây, ngành dệt nhuộm – may mặc được sự quan tâm của nhà nước và đầu tư của nước ngoài, một số nhà máy lớn đã đầu tư trang bị kỹ thuật, công nghiệp hiện đại Nhiều loại máy móc, thiết bị hiện đại đã được đầu tư chiều sâu, như các máy văng sấy Monforts, máy nhuộm liên tục Monforts; các máy

in lưới quay Stork, máy in lưới phẳng Buser; các máy nhuộm “khí động lực” (AirThies) Tuy vậy ngành công nghiệp dệt nhuộm vẫn đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường khá mạnh cả về lượng cũng như chất Đối với các làng nghề hầu hết công nghệ cũ kĩ, thủ công, vì vậy, các thành phần thải của quá trình sản xuất dệt nhuộm đang gây ô nhiễm môi trường Trong thành phần của nước thải quá trình dệt nhuộm

có các hợp chất hữu cơ được tạo ra từ các chất thải công nghiệp khác nhau, như dược phẩm, hormone và hóa chất được sử dụng trong các công đoạn nhuộm màu, tẩy trắng: Các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, thuốc tẩy trắng, phenol, hydrocarbon thơm

đa vòng (PAHs), các hợp chất hữu cơ và hetercyclic [18] Việc xử lý chất thải chứa chất ô nhiễm hữu cơ, mang màu sắc từ các ngành dệt gây ra là một trong những vấn

đề cấp thiết và là vấn đề đáng quan tâm hiện nay Màu sắc khó phân hủy của chất nhuộm gây ra các vấn đề nghiêm trọng đối với tài nguyên nước, bao gồm sự phá hủy tính chất thẩm mỹ của nước và giảm sự thâm nhập ánh sáng qua bề mặt nước và hoạt động quang hợp của các sinh vật dưới nước [16]

1.1.1 Chất nhuộm và đặc điểm của chất nhuộm màu trong dệt nhuộm

Chất nhuộm màu có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Đặc điểm nổi bật của các loại chất nhuộm là độ bền màu - tính chất không bị phân hủy bởi những điều kiện tác động khác nhau của môi trường, đây vừa là yêu cầu với chất nhuộm lại vừa là vấn đề với xử lý của chất nhuộm màu trong quá trình dệt nhuộm Màu sắc của chất nhuộm có được là do cấu trúc hóa học của nó: Cấu trúc chất nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử π linh động như >C=C<, >C=N-, >C=O, -N=N- Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử, như –SO3H, -COOH, -OH,

NH , đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển

năng lượng của hệ điện tử Phân loại theo cấu trúc hóa học: Đây là cách phân tử loại dựa trên cấu tạo của nhóm mang màu, theo đó chất nhuộm được phân thành 20-30 họ chất nhuộm khác nhau Các họ chính là:

Chất nhuộm azo: Nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), đây là họ chất

nhuộm quan trọng nhất và có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các chất nhuộm tổng hợp, chiếm 2/3 các màu hữu cơ trong Color Index

Chất nhuộm antraquinon: Trong phân tử chất nhuộm chứa một hay nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó Họ chất nhuộm này chiếm đến 15% số lượng chất nhuộm tổng hợp

Chất nhuộm triaryl metan: Triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó

nguyên tử C trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

Họ chất nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng chất nhuộm

Chất nhuộm taloxyanin: Hệ mang màu trong phân tử của chúng là hệ liên hợp

khép kín Họ chất nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2% tổng số lượng chất nhuộm

Phân loại theo đặc tính áp dụng: Đây là cách phân loại các loại chất nhuộm thương mại đã được thống nhất trên toàn cầu và liệt kê trong bộ đại từ điển về chất nhuộm (Color Index (CI)), trong đó mỗi chất nhuộm được chỉ dẫn về cấu tạo hóa học, đặc điểm về màu sắc và phạm vi sử dụng Theo đặc tính áp dụng, người ta quan tâm nhiều nhất đến chất nhuộm sử dụng cho xơ sợi xenlullo, đó là các chất nhuộm hoàn nguyên, lưu hóa, hoạt tính và trực tiếp Sau đó là các chất nhuộm cho xơ sợi tổng hợp, len, tơ tằm như: chất nhuộm phân tán, chất nhuộm bazơ (cation), chất nhuộm axit Chất nhuộm hoàn nguyên khoảng 80% chất nhuộm hoàn nguyên thuộc nhóm antraquinon, bao gồm:

Chất nhuộm hoàn nguyên không tan: Là hợp chất màu hữu cơ không tan trong nước, chứa nhóm xeton trong phân tử và có dạng tổng quát R=C=O Trong quá trình nhuộm xảy ra sự biến đổi từ dạng layco axit không tan trong nước nhưng tan trong kiềm tạo thành layco bazơ Hợp chất này bắt màu mạnh vào xơ, sau đó khi rửa sạch kiềm thì nó lại trở về dạng layco axit và bị oxy không khí oxy hóa về dạng ban đầu

Chất nhuộm hoàn nguyên tan: Là muối este sunfonat của hợp chất layco axit của chất nhuộm hoàn nguyên không tan, R≡C-O-SO3Na Nó dễ bị thủy phân trong môi trường axit và bị oxy hóa về dạng không tan ban đầu

Chất nhuộm lưu hóa: Chứa nhóm disunfua đặc trưng (D-S-S-D, D- nhóm mang màu chất nhuộm có thể chuyển về dạng tan (layco: D-S-) qua quá trình khử

Giống như chất nhuộm hoàn nguyên, chất nhuộm lưu hóa dùng để nhuộm vật liệu xenllulo qua 3 giai đoạn: Hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxy hóa trở lại.chất nhuộm phân tán: Đây là loại chất nhuộm hòa tan rất ít trong nước Xét về mặt hóa học có đến 59% chất nhuộm phân tán thuộc cấu trúc azo, 32% thuộc cấu trúc antraquinon, còn lại thuộc các lớp hóa học khác[11]

Chất nhuộm bazơ – cation: Các chất nhuộm bazơ là các muối clorua, oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ Chúng dễ tan trong nước cho cation mang màu Các chất nhuộm bazơ biến tính - phân tử được đặc trưng bởi một điện tích dương không định vị - gọi là chất nhuộm cation dùng để nhuộm xơ acrylic Trong các màu chất nhuộm bazơ, các lớp hóa học được phân bố: Azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arcrydin (7%), antraquinon (5%) và 17% các loại khác[11].Chất nhuộm axit:

Là muối của axit mạnh và bazơ mạnh, xét về cấu tạo hóa học có 79% chất nhuộm axit azo, 10% là antraquinon, 5% triarylmetan và 6% các loại khác

Chất nhuộm trực tiếp: Chất nhuộm trực tiếp hay còn gọi là chất nhuộm tự bắt màu là những hợp chất hoà tan trong nước, có khả năng tự bắt màu vào một số vật liệu như: Xơ xenlulô, giấy, tơ tằm, da và xơ polyamit một cách trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm Hầu hết chất nhuộm trực tiếp thuộc

về nhóm azo, số ít hơn là dẫn xuất của đioxazin và ftaloxyanin

Bảng 1.1 Tên thương phẩm của các chất nhuộm trực tiếp thường sử dụng

Tên nhóm

Benzo ánh Sirius bền Benzo cuprol Benzamin

Chlorazol Durazol,fixazol Durazol cupro Chlorazol

Lurantin

Sirius supra Benzo cuper Benzo para

Remastral Dianin

Solamin –fau Zambenzi

pontamine Pomtamin fast Pontamin cup

Khả năng tự bắt màu của chất nhuộm trực tiếp phụ thuộc vào 3 yếu tố dưới đây: Phân tử chất nhuộm luôn ở trạng thái chưa bão hoà hoá trị và có khả năng thực hiện các liên kết Van der Waals và liên kết hydro với vật liệu Phân tử chất nhuộm có cấu tạo mạch thẳng Phân tử chất nhuộm phải có cấu tạo phẳng

Theo cấu tạo hoá học chất nhuộm trực tiếp được chia thành các nhóm sau đây: Nhóm nhuộm trực tiếp azo, chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của đioxazin và chất nhuộm trực tiếp là dẫn xuất của ftaloxyanin

Tính chất của chất nhuộm trực tiếp:

Nhiệt độ nhuộm và độ hấp phụ tối ưu: Chỉ tiêu này được xác định theo mức độ hấp phụ tối đa của vải bông trong các dung dịch chất nhuộm có nồng độ khác nhau để nhận được màu có nồng độ trung bình Nhiệt độ nhuộm tối ưu của chất nhuộm trực tiếp trong khoảng từ 750C đến 950C tuỳ thuộc vào mỗi màu và mỗi loại vật liệu Độ hấp phụ tối ưu được xác định khi nhuộm sợi bông đã làm bóng ở nhiệt độ tối ưu với dung tỉ bằng 40 khi có mặt 15% muối ăn[10]

Độ bền màu và sự biến sắc: chất nhuộm trực tiếp có ưu điểm là có đủ gam màu từ vàng đến đen, màu tương đối tươi, song nhiều chất nhuộm trực tiếp kém bền màu với giặt và ánh sáng Để nâng cao độ bền màu cho vật liệu nhuộm bằng chất nhuộm trực

tiếp người ta dùng các chế phẩm cầm màu sử dụng phổ biến trong ngành dệt gồm có: Muối copratin II, muối copratin TS, Sapamin, Sapamin A, Sapamin CH, Sapamin BCH, Sapamin MS, Sapamin KW

Phạm vi sử dụng: Do có khả năng tự bắt màu, công nghệ nhuộm đơn giản và

rẻ nên chất nhuộm trực tiếp được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: Để nhuộm trong ngành dệt (vải, sợi, bông, hàng dệt kim từ bông, lụa visco, lụa tơ tằm, sợi polyamit, sợi đay), để nhuộm giấy, nhuộm các sản phẩm từ tre nứa, mành trúc, để nhuộm da và chế mực viết

Chất nhuộm màu hoạt tính

Chất nhuộm hoạt tính là chất nhuộm mà có khả năng phản ứng hóa học với một xơ sợi để tạo thành liên kết cộng hóa trị (covalent bond) giữa chất nhuộm và xơ sợi Liên kết hóa trị này được hình thành giữa các phân tử chất nhuộm và nhóm -OH (hydroxyl) của sợi cellulose hay giữa các phân tử chất nhuộm và các nhóm –NH2

(amin) của sợi polyamide hoặc len

Hình 1.1 Cấu trúc của chất nhuộm hoạt tính

Chất nhuộm hoạt tính được tổng hợp thành công lần đầu tiên từ những năm

1950, đạt được bởi Rattee và Ste phens thuộc công ty Imperial Chemical Industries Tổng hợp thành công trên cơ sở liên kết được các nhóm chlorotriazines như là chất nền và các nhóm mang màu

Trichlorotriazines là chất nhuộm hoạt tính tiêu biểu bao gồm một nhóm mang màu, với một nhóm chức amin được gắn vào vòng triazin, thay thế cho một nguyên

tử clorua:

(NCCl) 3 + nhuộm-NH2 → N3C3Cl2 (NHdye) + HCl Các dichlorotriazine có thể phản ứng liên kết với các sợi cellulose bằng cách thay thế một trong hai nhóm clorua:

N3C3Cl2 (NHdye) + HO-cellulose → N3C3Cl (NHdye) (O-cellulose) + HCl Quá trình gắn màu được thực hiện trong bể nhuộm có môi trường kiềm Chất nhuộm hoạt tính sau đó ra được tổng hợp với nhiều đặc điểm ưu thế hơn

về mặt thương mại và kỹ thuật là thêm vào phân tử các nhóm vinylsulfonyl Cũng giống như nhóm chlorotriazines, nhóm chức này liên kết thuận lợi hơn với nhóm hydroxyl của cellulose Các phiên bản phổ biến nhất của công nghệ này là Remazol Các chất nhuộm đầu tiên thuộc nhóm ethylsulfonyl

Hình 1.2 Cấu trúc chất nhuộm thuộc nhóm ethylsulfonyl

Một số loại chất nhuộm hoạt tính:

- Chất nhuộm nhóm clotriazin: Nhóm này thường là gốc màu azo, antraquinon

và gốc phtaloxyamin Cầu nối giữa gốc S-R và T-X thường là nhóm –NH–, chỉ khi dùng phtaloxyanin làm gốc mang màu thì mới dùng cầu nối là nhóm –SO2- hoặc nhóm –NH-(CH2)2-NH- và một vài nhóm khác

- Chất nhuộm hoạt tính là dẫn xuất của primiđin: Những chất nhuộm thuộc nhóm này thường là dẫn xuất của đi- và triclopirimiđin

- Chất nhuộm hoạt tính vinysunfon: chất nhuộm hoạt tính vinysunfon thực hiện Phản ứng kết hợp với xơ sợi Nhóm phản ứng của chất nhuộm là este của axit sunfuric

và hyđroxyletylsunfon có dạng tổng quát như sau: S-R-SO2-CH2-CH2-O-SO3Na Dạng này chưa hoạt động, sau khi hấp phụ vào xơ, trong môi trường kiềm yếu, chất nhuộm sẽ chuyển về dạng vinylsunfon, làm cho độ phân cực của nguyên tử cacbon tăng lên nó trở nên hoạt động Dạng hoạt động mới tạo thành sẽ tham gia vào phản ứng kết hợp với các nhóm định chức của xơ ở dạng đã ion hoá để tạo thành liên kết ete giữa chất nhuộm và xơ

- Chất nhuộm hoạt tính có nhóm phản ứng là 2,3 – đicloquinoxalin: Nhóm chất nhuộm này có khả năng phản ứng tương tự như chất nhuộm điclotriazin, ái lực của chất nhuộm với xơ tương tự như chất nhuộm triazin

- Chất nhuộm hoạt tính chức vòng etylenimin: Loại chất nhuộm này có cấu tạo hoá học gần giống chất nhuộm remazol Trong quá trình nhuộm trong phân tử chất nhuộm xuất hiện vòng etylenimin kém bền, dễ tham gia phản ứng với nhóm chức của

S Trong mạch dị vòng này, ngoài nguyên tử cacbon và nitơ còn có nguyên tử lưu huỳnh

1.1.2 Xỉ sắt

Xỉ sắt là chất thải được sinh ra trong quá trình luyện thép từ các tạp chất khi đưa vào lò luyện như: Các chất lẫn trong nguyên, nhiên vật liệu (đất, cát ) của quặng sắt; nguyên liệu kim loại bị oxi hóa tạo thành các oxít; tường lò bị ăn mòn trong điều kiện nhiệt độ cao và tro của nhiên liệu đốt lò Thành phần hóa học của xỉ thép bao gồm nhiều loại oxít khác nhau như: CaO, MgO, MnO, FeO, Nio, SiO2, P2O5 Ngoài

ra còn có các hợp chất khác như: CaS, FeS, CaS2 Như vậy, thành phần của xỉ thép phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào, các chất được sử dụng trong quá trình luyện thép

và công nghệ luyện thép

Hiện nay ở nước ta, có hơn 30 nhà máy luyện thép đang hoạt động và nhiều nhà máy khác đang trong giai đoạn xây dựng hoặc lập dự án Sản lượng thép ở Việt Nam năm 2017 khoảng 21,062 triệu tấn/năm [7] Lượng xỉ thải ra từ các nhà máy thông thường chiếm từ 11% - 12% khối lượng phôi đầu vào [30] Như vậy, mỗi năm,

lượng xỉ thải ra từ các nhà máy luyện thép trên cả nước sẽ lên đến 1 - 1,5 triệu tấn Lượng xỉ này tương ứng với thể tích khoảng 300.000 - 500.000m3 Tuy nhiên, ở Việt Nam, xỉ thép đang được xem là chất thải công nghiệp thuần túy và nó phải được xử

lý như một dạng chất thải Điều này sẽ gây ra các ảnh hưởng tiêu cực khác nhau, bao gồm việc chiếm đất và tốn chi phí cho việc chôn cất xỉ thép, đồng thời tác động xấu đến môi trường đất xung quanh khu vực xử lý xỉ thép [25]

1.2 Các phương pháp xử lý chất nhuộm màu hiện nay

1.2.1 Phương pháp hóa lí

Các phương pháp hóa lí được sử dụng phổ biến để xử lý màu của chất nhuộm màu dệt nhuộm bao gồm: Màng lọc, trao đổi ion, hấp phụ với cacbon, chiếu xạ và đông - keo tụ Các phương pháp này đã được áp dụng thành công để thu hồi các phân

tử có khối lượng lớn và chất nhuộm không hòa tan (ví dụ: Chất nhuộm phân tán), hóa chất phụ trợ (polyvinyl alcohol) và nước [19][20] Tuy nhiên, không loại bỏ được các phân tử có khối lượng thấp và chất nhuộm hòa tan, nhưng đạt được hiệu quả bằng cách lọc nano và thẩm thấu ngược [21][22] Liên quan đến trao đổi ion, Mock và Hamodua [23] báo cáo rằng một hệ thống trao đổi ion sẽ làm giảm màu trong một mẫu nước thải khi được pha loãng Tuy nhiên, bởi vì các chất màu nhanh chóng làm mất khả năng hấp phụ và khó khăn trong phục hồi vật liệu hấp phụ nên công nghệ này dường như không hiệu quả [38] Robinson và cộng sự cũng ghi nhận rằng trao đổi ion không thể được sử dụng để xử lý chất nhuộm chủ yếu là do chi phí bất lợi và thiếu hiệu quả đặc biệt với chất nhuộm phân tán."Quá trình đông keo tụ là một phương pháp linh hoạt được sử dụng hoặc một mình hoặc kết hợp với xử lý sinh học để loại

bỏ chất rắn lơ lửng và hữu cơ cũng như loại bỏ màu trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm [25] Các hợp chất được sử dụng rộng rãi cho quá trình đông keo tụ như nhôm, sulphate màu, sulphatevà clorua sắt [26] Hấp phụ là một trong các phương pháp hiệu quả và vật liệu hấp phụ chính được sử dụng trong loại bỏ chất nhuộm là than hoạt tính Than hoạt tính thường được sử dụng để loại bỏ chất nhuộm tổng hợp Nhược điểm chính của hấp phụ bằng than hoạt tính là phương pháp tái sinh chi phí cao Hơn nữa, màu của nước thải từ chất nhuộm mới hiện nay là rất khó xử lý bằng các kỹ thuật vật lý như hấp phụ và hóa chất đông tụ, đặc biệt là đối với các chất nhuộm hòa tan

cao [27] Mặt khác, các phương pháp như đông - keo tụ và hấp phụ cacbon chỉ có thể chuyển các chất gây ô nhiễm sang một trong những giai đoạn xử lý khác để lại vấn

đề màu sắc trong nước thải dệt nhuộm cơ bản chưa được giải quyết Do đó, nhiều ý kiến đã yêu cầu phát triển kỹ thuật xử lý nước phải dẫn đến hoàn tất việc phá hủy các phân tử chất nhuộm [28]

1.2.2 Phương pháp sinh học

Cơ sở của phương pháp sinh học là sử dụng các vi sinh vật để phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải Phương pháp sinh học đạt hiệu quả cao trong xử lý nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học với pH, nhiệt độ, chủng vi sinh thích hợp và không chứa các chất độc làm ức chế vi sinh Xử lý sinh học hiếu khí không đạt hiệu quả trong việc làm giảm màu sắc gây ra bởi các chất màu hữu cơ Chất nhuộm nói chung tồn tại khả năng chống phân hủy sinh học và tạo môi trường không thuận lợi cho sự thích nghi của các vi sinh vật Môi trường thích nghi cho vi sinh vật là một vấn đề với nước thải dệt nhuộm do sự thay đổi sản phẩm liên tục và hoạt động nhuộm hàng loạt "Tùy thuộc vào quá trình nhuộm, hóa chất như: Kim loại, muối, chất hoạt động bề mặt, chất trợ, sunfua và formaldehyde có thể được thêm vào

để cải thiện sự hấp phụ chất nhuộm vào các xơ sợi”[29] Những hóa chất này có chứa độc tố tự nhiên và làm giảm hiệu quả xử lý sinh học trong việc loại bỏ màu nước thải dệt nhuộm Việc xử lý và xử lý an toàn chất thải hữu cơ độc hại được chấp nhận với môi trường và với chi phí hợp lý Quá trình sinh học không cho kết quả mong muốn, đặc biệt là áp dụng cho việc xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm, bởi vì nhiều chất hữu cơ được sản xuất bởi các hóa chất có tính chất ức chế, độc hại, có khả năng chịu

xử lý sinh học Do đó xử lý sinh học trong việc loại bỏ các chất nhuộm từ sản xuất dệt nhuộm đòi hỏi sự tham gia của các phương pháp hóa lý khác [30] "Các phương pháp vật lý và hóa học có hiệu quả hơn để loại bỏ màu, nhưng sử dụng nhiều năng lượng và hóa chất hơn so với quá trình sinh học” [31] Vì vậy, xu hướng trong những năm gần đây là việc sử dụng các công nghệ thay thế, đặc biệt là quá trình oxy hóa tiên tiến cho việc loại bỏ các màu chất nhuộm không phân huỷ sinh học hữu cơ [32]

1.2.3 Phương pháp hóa học

Trong xử lý nước thải dệt nhuộm, các phương pháp xử lý hóa học được cho là hiệu quả hơn nhiều so với các phương pháp khác trong việc phá vỡ, cấu trúc thẳng và không bão hòa của các phân tử chất nhuộm [33] Khả năng oxy hóa của các tác nhân oxy hóa được thể hiện qua thế oxy hóa và được sắp xếp theo thứ tự trong bảng dưới đây:

Bảng 1.2 Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa

Tác nhân oxy hóa Thế oxy hóa (V)

“Nguồn: Zhou, H and Smith, D.H., 2001”

Clo (Cl 2 ): Clo là chất oxy hoá hoá học tốt được sử dụng để khử Fe2+ trong nước ngầm hoặc nước mặt, trong khử trùng nước sau xử lý Vì clo là chất oxy hoá tương đối mạnh, rẻ tiền và dễ sử dụng nên được dùng rất phổ biến trong ngành xử lý nước và nước thải cho đến ngày nay Tuy được đánh giá cao về hiệu quả xử lý màu nhưng khi sử dụng ở nồng độ cao để khử màu sẽ để lại dư lượng clo lớn trong nước thải Nó có thể khử màu nhanh chất nhuộm axit và chất nhuộm hoạt tính Với chất nhuộm phân tán và chất nhuộm trực tiếp thì ngay ở nồng độ clo cao cũng không thu được hiệu quả đáng kể Nhìn chung, clo không được ưa thích trong xử lý màu nước thải vì sinh ra các hợp chất cơ clo gây ung thư và độc hại với môi trường

Kali permanganat (KMnO 4 ): Kali permanganat là chất oxy hoá được sử

dụng rộng rãi trong xử lý nước Đó là chất oxy hoá mạnh hơn clo, có thể làm việc trong khoảng pH rộng, nhưng đắt tiền Nhược điểm đáng kể của Kali pecmanganat khi sử dụng trong xử lý nước là tạo ra mangan dioxyt trong quá trình oxy hoá, chất này kết tủa và do vậy phải tách ra bằng cách lọc hoặc lắng, làm phát sinh thêm chi phí

Hydrogen peroxyt (H 2 O 2 ): Hydrogen peroxyt là chất oxy hoá mạnh hơn clo

và Kalipermanganat, được sử dụng phổ biến trong xử lý nước thải để phân huỷ các chất hữu cơ và khử màu nước thải Ưu điểm của hydrogen peroxyt là không sinh ra chất độc hoặc chất có màu trong quá trình sử dụng Tuy vậy, khả năng oxy hoá của hydrogen peroxyt không đủ mạnh để khoáng hoá hoàn toàn chất ô nhiễm hữu cơ như yêu cầu đòi hỏi

Ôzôn (O 3 ): ôzôn là một dạng thù hình của oxy, trong phân tử ôzôn chứa ba

nguyên tử oxy thay vì hai nguyên tử oxy như khí oxy thông thường Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt Ôzôn hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112°C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193°C Ôzôn có tính oxy hóa mạnh rất mạnh và mạnh hơn rất nhiều lần so với ôxy, do nó không bền, dễ dàng

bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử Ôzôn đóng vai trò rất quan trọng trong các phản ứng oxy hóa nâng cao Trong các phản ứng oxy hóa nâng cao, ôzôn

có thể kết hợp với H2O2, ánh sáng tử ngoại (ánh sáng năng lượng cao) hoặc cả hai để tạo nên các gốc hydroxyl (*HO) hoạt động

Bảng 1.3 Một số phản ứng tạo ra gốc hydroxyl của ôzôn

H2O2và O3 H2O2+ 2O3 -> 2*HO + 3O2 Còn gọi là Peroxon

Một trong những ứng dụng của ôzôn trong vai trò là phản ứng oxy hóa nâng cao có thể kể đến là xử lý các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học trong nước thải

Các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trước hết là hợp chất hữu cơ và những chất tồn tại dai dẳng và khó bị phân hủy bởi các chủng vi sinh vật hiện diện trong nước Các hợp chất hữu cơ này có thể là các axit humic, axit fulvit, mỡ, da động vật,… Ôzôn là chất oxy hoá mạnh nhất trong số các chất oxy hoá thông dụng kể trên, được

sử dụng để khử trùng, phân huỷ các chất hữu cơ hoặc để khử màu nước thải ngành giấy hoặc dệt nhuộm [35], khử mùi hôi, khử sắt hoặc mangan trong nước sinh hoạt

Ưu điểm của ôzôn là tự phân huỷ, không để lại các phụ phẩm lạ và nguy hiểm trong nước sau khi phản ứng [36] Ôzôn có thể oxy hóa chất nhuộm trong nước thải mà không sinh ra các hợp chất hữu cơ thứ cấp độc hại pH < 5, ôzôn tồn tại ở dạng O3 và oxy hóa chọn lọc nối đôi trong chất nhuộm pH > 8, ôzôn phân hủy tạo gốc tự do

*OH phản ứng không chọn lọc với các chất hữu cơ [27] Ôzôn có hiệu quả nhất trong loại bỏ chất nhuộm hoạt tính.Nhược điểm lớn nhất của phương pháp này là ở giá thành cao và thời gian tồn tại của ôzôn ngắn, chi phí cho thiết bị tạo ôzôn cao

Các quá trình oxy hóa nâng cao

Quá trình oxy hóa nâng cao được đặc trưng bởi sản xuất của các gốc *OH được tạo ra ngay trong quá trình xư lý gốc hydroxyl (*HO) là một tác nhân oxy hóa maṇh nhất trong số các tác nhân oxy hóa được biết tới từ trước đến nay, có khả năng phản ứng nhanh mạnh, có thể phân hủy được hầu hết các hợp chất hữu cơ [37] Thế oxy hóa của gốc hydroxyl *HO là 2,8V, cao nhất trong số các tác nhân oxy hóa thường găp

Thế oxy hóa của tác nhân càng lớn thì khả năng oxy hóa của tác nhân đó càng cao

Đặc tính của các gốc tự do là trung hòa về điện Mặt khác, các gốc này không tồn tại có sẵn như những tác nhân oxy hóa thông thường, mà được sản sinh ngay trong quá trình phản ứng, có thời gian sống rất ngắn, khoảng vài nghìn giây nhưng liên tục được sinh ra trong suốt quá trình phản ứng

Phân loại: Theo cơ quan bảo vê ̣môi trường Mỹ (USEPA), dựa theo đặc tính

của quá trình có hay không có sử dụng nguồn năng lượng bức xạ tử ngoại UV mà có thể phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao thành hai nhóm:

- Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng

Bảng 1.4 Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng Tác nhân phản ứng Phản ứng đặc trưng Tên quá trình

H2O2và Fe2+ H2O2+Fe2+ Fe3++OH- +*HO Fenton

O3 và các chất xúc tác 3O3+H2O 2*HO+4O2 Catazon

H2O và NL điêṇ hóa H2O *HO + *H Oxy hóa điêṇ hóa

H2O và NL siêu âm H2O* HO+*H (20-40 kHz) Siêu âm

H2O và năng lượng cao H2O *HO +*H ( 1-10 Mev) Bức xa ̣năng

lượng cao Các quá trình oxy hóa nâng cao không nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình không nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV trong quá trình phản ứng

- Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng: Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng là các quá trình nhờ năng lượng bức xạ tia cực tím UV, bao gồm các quá trình

Bảng 1.5 Các quá trình oxy hóa nâng cao nhờ tác nhân ánh sáng

TiO2 và năng lượng

photon UV

h ++ H2O *HO + H+

h ++ OH- *HO + H

1.3 Tình hình nghiên cứu hiện nay

1.3.1 Nghiên cứu trên thế giới

Công nghệ xử lý bằng ôzôn đã được biết đến từ lâu, trong các lĩnh vực y tế, xử

lý nước cấp, nước thải, xử lý bảo quản thực phẩm cũng như dùng để cải thiện điều kiện trong sinh hoạt hàng ngày Việc sử dụng khí ôzôn vào xử lý nước thải trên thế giới đã được áp dụng rộng rãi [15], [27], [32] và đạt được nhiều kết quả cao:

Nhóm tác giả Maria Stoyanova và cộng sự, khoa hóa lý thuộc đại học Stoyanka Christosko, Plovdiv 4000, Bulgaria đã nghiên cứu xử lý chất nhuộm methylen xanh trong nước thải bằng phương pháp hấp phụ, methylen xanh là một đại diện của lớp chất nhuộm kháng phân hủy sinh học - có thể được khử màu thành công và phân hủy bằng cách sử dụng các chất xúc tác ôxít niken và coban ở nhiệt độ phòng [38] Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng khử màu tốt nhất là với xúc tác là oxyt co ban Nhiệt độ có tác động tương đối nhỏ đối với khả năng mất màu của xanh methylen Các kết quả thu được cho thấy các chất xúc tác được nghiên cứu thích hợp cho việc

xử lý màu của chất nhuộm xanh methytlene trong nước thải Tiến hành thí nghiệm

xử lý chất nhuộm xanh methylen trong nước thải bằng phương pháp ôzôn với xúc tác

là hỗn hợp kim loại Fe-Mn, Al-Mn, Al-Mg đã được nhóm tác giả Xuân Liu, Yongjiang Hou, Jieguo, Yaquan Wang, Qian Zuo và Chunyu Wang, thuộc khoa Khoa học và kỹ thuật Môi trường, Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Bắc, được công bố trên tạp chí Shi Jiazhuang 050018, P R Trung Quốc Chemical Engineering, Đại học Thiên Tân Kết quả nghiên cứu đã cho thấy bằng cách sử dụng phương pháp đồng kết tủa, các hỗn hợp oxyt kim loại Fe-Mn, Al-Mn, Al-Mg đã được chuẩn bị Sử dụng nhiễu xạ tia X (XRD), các xúc tác tổng hợp được quan sát là Mn3O4 và Fe2O3 Với

sự gia tăng nhiệt độ nung, Mn3O4 dần được chuyển thành Mn2O3 Kết quả thí nghiệm cho thấy, chất xúc tác tốt nhất là oxyt kim loại hỗn hợp Fe-Mn với nhiệt độ nung là

650oC Trong điều kiện thí nghiệm này, khi lượng ôzôn là 1,92 mg/phút, và lượng chất xúc tác là 0,5g, tỷ lệ loại bỏ của xanh methylen (MB) là tốt nhất [39] Tốc độ khử màu có thể đạt tới 100% So với hiệu quả của ôzôn hóa một mình, tổng tỷ lệ loại bỏ

cacbon hữu cơ tăng từ 29,19% lên đến 65,78% sau khi thêm chất xúc tác Nghiên cứu

xử lý chất nhuộm màu xanh methylen bằng tác nhân ôzôn phụ thuộc vào giá trị pH [40][41] Nghiên cứu đã được sử dụng như mô hình hợp chất Nghiên cứu động học

và mô tả định lượng dựa vào phản ứng oxy hóa, tức là oxy hóa ôzôn phân tử và oxy hóa gốc hydroxyl (*HO), đã được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng làm mất màu của chất chỉ thị Phản ứng *HO cho quá trình khử màu xanh metylen tăng khi giá trị pH tăng và và hiệu suất của quá trình gần như hoàn toàn khi

pH đạt tới 11 [39][42], kết quả này được thể hiện rõ nhất bằng cách so sánh khả năng hấp thụ màu tại các giá trị pH khác nhau Than hoạt tính được chọn là vật liệu để nghiên cứu ảnh hưởng pH dựa trên tỷ lệ ôzôn/carbon Oxy hóa dung dịch xanh Metylen và *HO cho thấy rằng hiệu suất của than hoạt tính trong quá trình ôzôn hóa phụ thuộc nhiều vào giá trị của pH Do đó, tại các môi trường than hoạt tính bắt đầu hoạt động như một chất xúc tác của ôzôn góp phần thúc đẩy quá trình oxy hóa gốc

*HO, trong đó sự hình thành của gốc HO2- được cho là gốc thúc đẩy chính của quá trình[40]

Sau khi hòa tan vào dung dịch nước, một phần của ôzôn các phân tử được coi

là phân hủy thông qua một loạt các phản ứng dây chuyền, thành quá trình oxy hóa cao gốc hydroxyl *HO=2.80V) [40][36], cho phép xảy ra quá trình oxy hóa nâng cao được gọi là AOP Việc loại bỏ carbon hữu cơ hòa tan trong dung dịch là một vấn đề quan trọng đối với AOP nhưng khó có thể được, muốn loại bỏ được cacbon hữu cơ cần phải sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh là ôzôn,trong các dung dịch có nồng độ chất hữu cơ cao gốc hydroxyl tạo ra không đáng kể do khả năng hòa tan của ôzôn Sự kết hợp của ôzônvới than hoạt tính đã được nghiên cứu nhằm mục đích tăng cường hiệu quả của quá trình oxy hóa dựa trên ôzôn, các cơ chế của quá trình ôzôn hóa hoặc ôzôn hóa có sự hỗ trợ của than hoạt tính trong quá trình phản ứng là chưa cao vì nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ảnh hưởng, chẳng hạn như vật liệu làm than hoạt tính và bản chất của hợp chất hữu cơ được oxy hóa [29]

1.3.2 Nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, việc dùng khí ôzôn trong xử lý môi trường đã và đang được áp dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và khử trùng Phương pháp này

đã được áp dụng khá thành công với một số loại nước thải như bệnh viện, dệt nhuộm Qua các nghiên cứu trước đây cho thấy khả năng ứng dụng phương pháp này với các các loại nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy là rất khả quan:

Nhóm tác giả Đào Minh Trung và cộng sự (2015) thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới & Bảo vệ môi trường, Tp.Hồ Chí Minh đã tiến hành nghiên cứu và xử lý của chất nhuộm màu dệt nhuộm bằng hỗn hợp phèn nhôm và phèn sắt Trong nghiên cứu của mình nhóm tác giả đã tiến hành thử nghiệm với của chất nhuộm màu dệt nhuộm với các thông số chính ban đầu: pH = 10; COD = 480 (mg/l); độ màu = 1200 (Pt – Co) Các nghiên cứu được thực hiện với các loại dung dịch phèn riêng biệt ( phèn Fe(III), phèn AL(III), PAC) và hỗn hợp dung dịch phèn Fe(III), phèn nhôm sunfat tính theo

tỷ lệ mol Fe:Al Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hỗn hợp phèn có tỷ lệ mol Fe:Al = 1:2 đạt hiệu quả xử lý tốt nhất (hiệu suất hơn 90%, theo độ giảm COD và lượng dung dịch hỗn hợp phèn sử dụng là 11ml dung dịch phèn/lít của chất nhuộm màu dệt nhuộm) [2] Phân hủy chất nhuộm Reactive blue 182 bằng kỹ thuật Fenton dị thể sử dụng tro bay biến tính/H2O2 cũng được nghiên cứu của nhóm tác giả Đào Sỹ Đức (2013), Vũ Thế Ninh, Viện khoa học vật liệu Đây có thể xem là một trong những giải pháp dành cho xử lý nước thải công nghiệp trong lĩnh vực dệt nhuộm kết quả nghiên cứu cho thấy Quá trình Fenton dị thể với xúc tác tro bay biến tính bằng muối sắt (III) clorua được sử dụng để phân hủy phẩm màu ReactiveBlue 182 (RB 182) Một số tính chất cơ bản của tro bay thô và tro bay biến tính được xác định thông qua các kỹ thuật SEM, EDX, và XRD Ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng như hàm lượng xúc tác, pH và nồng độ hydro peoxyt tới hiệu quả xử lý đã được nghiên cứu và thảo luận; đồng thời hằng số tốc độ phân hủy RB 182 cũng được xác định Các kết quả thực nghiệm cho thấy, kỹ thuật Fenton dị thể với tro bay biến tính phù hợp để loại bỏ chất nhuộm RB 182 Ở các điều kiện tối ưu bao gồm hàm lượng xúc tác, nồng

độ hydro peoxyt, pH , quá trình loại bỏ RB 182 được chỉ ra là tuân theo động học bậc nhất, với hiệu suất xử lý đạt xấp xỉ 90% sau 90 phút [1] H2O2 ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử lý của quá trình quang xúc tác trong việc xử lý chất nhuộm MB, làm tăng hoạt tính của hệ xúc tác hiệu suất ở điều kiện tối ưu là 80% còn ở điều kiện không có thêm H2O2 hiệu suất chỉ đạt 44% thể tích của H2O2 tối ưu để xử lý 250ml

dung dịch MB là 1ml [5] Sử dụng phương pháp ôzôn hóa để xử lý nước thải dệt nhuộm tại làng nghề Vạn Phúc đã được tác giả Vũ Thị Bích Ngọc thực hiện nghiên cứu năm 2016 Kết quả đã chỉ ra rằng, quá trình ôzôn hóa và Peroxon đều có khả năng oxy hóa, phá vỡ cấu trúc của các hợp chất mang màu để xử lý màu của dung dịch phẩm Direct red 23 với hiệu quả cao Nghiên cứu đã so sánh và xác định được quá trình Peroxon cho hiệu quả xử lý màu cao hơn Sau thời gian xử lý 80 phút, quá trình Peroxon cho hiệu suất xử lý màu đạt 99,48 %, quá trình ôzôn hóa cho hiệu suất

xử lý màu đạt 97,62 % Để dễ ứng dụng vào thực tế, chọn pH 9 cho quá trình ôzôn hóa nhằm xử lý nước thải sau công đoạn nhuộm từ làng nghề Vạn Phúc Lựa chọn cấp ôzôn vào dung dịch qua hệ Injector - ống dòng thay cho sục ôzôn trực tiếp vào dung dịch nước thải chất nhuộm đã tận dụng và hạn chế lượng khí ôzôn dư thoát ra ngoài, đồng thời, làm giảm thời gian phản ứng, nâng cao hiệu quả của quá trình ôzôn hóa (thời gian phản ứng giảm từ 10 giờ xuống 8 giờ, mà hiệu quả xử lý màu tăng từ 95,03 % lên đến 98,05 %)[14] Khả năng xử lý làm giảm các thành phần hữu cơ trong nước rỉ rác tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo bằng sinh học bằng phương pháp ôzôn kết hợp với UV tại pH = 7,5 và thời gian sục khí ôzôn là 100 phút thì hiệu suất xử lý COD và mầu nước rỉ rác đạt COD 26%, độ mầu 64% và

O3/UV COD 35%, độ mầu 82%[5] Có thể sử dụng ôzôn và perôzôn để xử lý nước rỉ rác để quá trình oxi hóa các chất hữu cơ bằng ôzôn và perôzôn có hiệu quả cần thực hiện ở điều kiện thích hợp sau: pH 8 – 9; hàm lượng H2O2 (hệ Perôzôn) là 2.000 mg/l

Để nâng cao hiệu quả xử lý cần kết hợp giữa ôzôn và perôzôn với vật liệu xúc tác là quặng mangan[13] Nước thải dệt nhuộm sau xử lý Peroxone (hệ O3/H2O2) loại được màu gần như tuyệt đối (>99%), điều đó khẳng định ưu thế của quá trình Peroxone về hiệu quả xử lý màu của Chất nhuộm Xử lý bằng hệ Peroxone (hệ O3/H2O2) có hiệu quả trong khoảng nồng độ H2O2 từ 250 - 500 mg/L Xử lý độ màu đạt 90 - 99%, xử

lý COD đạt 39 - 80% Khi tăng nồng độ H2O2 đầu vào từ 250 mg/L lên 500 mg/L thì hiệu quả xử lý tăng Tuy nhiên, không nên tăng nồng độ H2O2 quá cao vì sẽ ức chế việc sinh ra các gốc tự do *OH [8]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Chất nhuộm Reactive Red 24

*Chất nhuộm màu Reactive Red 24

Dung dịch chất nhuộm màu Reactive Red 24 sử dụng cho thí nghiệm tự pha bằng nước cất tại phòng thí nghiệm

Cấu trúc chất nhuộm màu hoạt tính Reactive Red 24: Công thức căn bản của chất nhuộm Reactive Red 24 có thể viết vắn tắt:

R-B-X

Trong đó:

R: Là nhóm mang màu (ChromopHoricgroup): Quyết định màu của chất nhuộm (color producing part) Nhóm này là nhóm Azo(-N=N-)

B = Là nhóm cầu nối (Brid ginggroup)

Kết nối nhóm mang màu với nhóm phản ứng của chất nhuộm ( reactivegroup),

có thể là nhóm – NH hoặc nhóm -NR

X= Nhóm phản ứng của chất nhuộm (Reactivegroup)

Là nhóm dặc trưng chủ yếu của chất nhuộm Reactive Red 24 tạo liên kết cộng hóa trị với xơ sợi Có thể là: -Cl; -Br; -SH; -OCH;…

Phân tử chất nhuộm Reactive Red 24 bao gồm một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử gọi là nhóm mang màu Sự hiện diện nó tạo ra màu sắc của chất nhuộm Một nhóm thế có khả năng phản ứng với xơ cellulose Chất nhuộm có độ bền giặt tốt nhất nhờ liên kết giữa chất nhuộm và cellulose là liên kết cộng hóa trị xảy ra trong quá nhuộm Chất nhuộm thường được sử dụng để nhuộm cellulose như cotton hoặc lanh, chất nhuộm cũng có thể được áp dụng trên len và nylon; trong trường hợp này chúng được áp dụng trong điều kiện axit yếu Chất nhuộm Reactive Red 24 có mức

độ tận trích thấp so với các loại chất nhuộm khác bởi vì các nhóm chức năng trong chất nhuộm cũng đồng thời phản ứng với nước, xẫy ra do quá trình thủy phân Phần chất nhuộm bị thủy phân này không có liên kết với cellulose và phải bị giặt bỏ mới giải quyết được vấn đề độ bền màu

Chất nhuộm hoạt tính Reactive Red 24 có công thức phân tử :

2.2 Phạm vi nghiên cứu

Thời gian : Từ 1/9/2018 đến tháng 2/2019

Giới hạn nội dung nghiên cứu :

Đề tài đề cập đến khả năng xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng ôzôn

và Fenton trên cơ sở xúc tác xỉ sắt thải từ quá trình luyện kim

Quy mô thực hiện: phòng thí nghiệm

Các thông số đánh giá: COD và độ màu

2.3 Nội dung nghiên cứu

Tiến hành xây dựng các nội dung thí nghiệm trên mẫu Reactive Red 24 tự pha tại phòng thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được biểu diễn như hình sau:

* Mô hình thí nghiệm ôzôn:

Hệ thiết bị thí nghiệm được thiết kế và lắp đặt để tiến hành thực nghiệm nghiên

- Thông số kỹ thuật máy phát ôzôn:

+ Loại máy: Next 20P, sản xuất bởi công ty cổ phần ôzôn quốc tế, Việt Nam + Công suất ôzôn theo thiết kế là: 5g/h

Hình 2.2 Máy tạo khí ôzôn Next 20P

- Bình phản ứng: Bình phản ứng được làm bằng thủy có dung tích 1,2 l (h =

450 mm, ф = 60 mm)

Xỉ sắt được thêm vào bình phản ứng chứa 500 ml dung dich RR24 với nồng

độ đã chuẩn bị ở các điều kiện khác nhau về pH và liều lượng IS Ôzôn được sinh ra

từ máy phát ôzôn (Next 20P, Việt Nam) từ nguồn cấp khí oxy tinh khiết (hình 2.3 a) Ôzôn được sản xuất từ bình oxy nguyên chất được điều chỉnh bằng lưu lượng kế với tốc độ 10 ml/phút và được cung cấp từ đáy bình phản ứng thông qua bộ khuếch tán Bình phản ứng chứa 500 ml dung dịch RR24 và xỉ sắt (IS) được phân phối đồng đều

trong toàn bộ dung dịch bằng máy khuếch tán thủy tinh xốp Tổng thời gian ôzôn hóa

là 40 phút

Hình 2.3 Mô hình thí nghiệm ôzôn (a) và Fenton (b)

* Hệ thí nghiệm Fenton:

- Thông số kỹ thuật máy khuấy:

+ Thể tích khuấy tối đa: 10 lít

+ Công suất động cơ: 15W

+ Chiều dài thanh khuấy tối đa: 80mm

+ Khoảng tốc độ: 100-1500 rpm

+ Điều khiển tốc độ: thang chia 1-10

+ Kích thước máy: 215x105x330 mm

+ Điện áp 230/120/100 V

Hình 2.4 Máy khuấy từ

- Bình phản ứng: Tất cả các thí nghiệm được thực hiện trong cốc thủy tinh 1000 ml

(h = 140 mm, ф = 110 mm)

Tất cả các thí nghiệm đều tiến hành với 500 ml dung dịch RR24 ở các nồng

độ khác nhau trong khoảng từ 50 đến 500 mg/l pH được điều chỉnh theo giá trị xác định bằng dụng H2SO4 0,1 M hoặc NaOH 0,1 M sau đó bổ sung chất xúc tác Xỉ sắt được sử dụng cho quá trình Fenton dị thể Và H2O2 30% được bắt đầu bằng cách thêm lượng dung dịch H2O2 được xác định trước vào cốc phản ứng (Hình 2.3b) Các cốc phản ứng sau đó được đặt trong một máy khuấy và được khuấy với tốc độ 120 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25 ± 2oC) Tổng hời gian cho quá trình 60-90 phút

2.3.1 Các nội dung tiến hành thí nghiệm

a Thí nghiệm ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác xỉ sắt

Mục tiêu: Tìm giá trị pH tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24

* Hệ ôzôn (O 3 và O 3 /IS) Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11 Cố định hàm lượng

xỉ sắt (IS) 1 g/l và nồng độ RR24: 200 mg/l

Trình tự thí nghiệm:

Các thí nghiệm được thực hiện với hệ O3 và O3/IS

1 Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200 mg/l bằng nước cất

2 lần với đủ lượng sử dụng cho cả đợt thí nghiệm

2 Tiến hành điều chỉnh pH của dung dịch RR24 trong các bình phản ứng đạt giá trị pH tương ứng là 3, 7, 11 bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N

3 Thêm lượng xỉ sắt (IS) vào mỗi bình với khối lượng đạt 1 g/l đối với các

bình dung dịch cho thí nghiệm hệ O3/IS

4 Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 6

bình phản ứng

5 Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo

được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút

6 Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc

để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang màu

Pt-Co

* Fenton: ( H 2 O 2 /IS) Thay đổi giá trị pH = 3, 7, 11 Cố định hàm lượng xỉ

sắt (IS) 1 g/l và H 2 O 2 ( 100 mg/l )

Trình tự thí nghiệm:

Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn

3 Thêm vào mỗi bình với lượng xỉ sắt (IS) đạt 1 g/l và H2O2 đạt 100 mg/l

4 Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm

* Hệ thí nghiệm: O 3 /H 2 O 2 , O 3 /H 2 O 2 /IS Thay đổi giá trị pH cố định hàm lượng

xỉ sắt là 1 g/l và H2O 2 là 100 mg/l và nồng độ của RR24 là 200 mg/l

Trình tự thí nghiệm:

Các bước 1, 2, 5, 6 làm tương tự thí nghiệm hệ ôzôn

4 Thêm dung dịch H2O2 để đạt nồng độ 100 mg/l vào các bình dung dịch

RR24 Riêng với hệ thí nghiệm O3/H2O2/IS thì bổ sung thêm xỉ sắt với khối lượng

đạt 1 g/l

b Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng IS đến hiệu quả xử lý RR24 bằng

ôzôn và Fenton với xúc tác IS

Mục tiêu: Tìm giá trị IS tối ưu cho quá trình xử lý chất nhuộm màu RR24

* Thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác (O 3 /IS) Cố định nồng độ: RR24 và giá trị pH

tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng lượng IS lần lượt là 0,5;

1; 1,5; 2 g/l

Trình tự thí nghiệm:

1 Pha dung dịch chất nhuộm màu RR24 với nồng độ 200mg/l bằng nước cất

2 lần với lượng thể tích đủ sử dụng cho các thí nghiệm cùng đợt thí nghiệm

2 Điều chỉnh pH cho dung dịch RR24 về giá trị tối ưu đã xác định được ở nội dung a bằng dung dịch H2SO4 1N và NaOH 1N

3 Chia dung dịch vào các bình phản ứng khác nhau có cùng thể tích mỗi bình

* Thí nghiệm hệ Fenton (H 2 O 2 /IS) Cố định nồng độ RR24 và dung dịch H 2 O 2

là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng lượng IS lần lượt là 0,5; 1; 1,5; 2 g/l

Trình tự thí nghiệm:

Các bước 1, 2, 3, 4, 6, 7 làm tương tự như thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác

* Thí nghiệm hệ O 3 /H 2 O 2 /IS: Cố định nồng độ RR24 là 200 mg/l, lượng H 2 O 2

là 100 mg/l và giá trị pH tối ưu đã xác định được ở nội dung a, thay đổi hàm lượng

IS lần lượt là: 0,5; 1; 1,5; 2 g/l

Trình tự thí nghiệm:

Các bước 1, 2, 3, 4, 7 làm tương tự như các bước 1, 2, 3, 4, 7 ở thí nghiệm hệ ôzôn xúc tác (O3/IS) phần b

5 Cho vào 4 bình dung dịch H2O2 một lượng là 100 mg/l

6 Sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào 4 bình dung dịch RR24

c Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ RR24 đến hiệu quả xử lý Reactive Red 24 bằng ôzôn và Fenton với xúc tác IS

Mục tiêu: Tìm ra nồng độ tối ưu cho quá trình xử lý RR24

* Thí nghiệm hệ ôzôn: (O 3 , O 3 /IS) Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l)

Cố định hàm lượng IS (với hàm lượng IS tối ưu đã xác định ở nội dung b) và giá trị

pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a)

3 Cho lượng (IS) tối ưu đã xác định ở nội dung b vào tất cả 5 bình dung dịch RR24 với 5 dải nồng độ đã pha đối với các bình phản ứng trong hệ O3/IS

4 Tiến hành sục ôzôn với lưu lượng khí oxy cấp là 10 l/phút đồng thời vào các bình phản ứng hệ O3 và O3/IS

5 Mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc trong thời gian 5 phút, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến 40 phút

6 Sau khi mỗi mẻ thí nghiệm kết thúc thì dừng và lấy mẫu sau phản ứng lọc

để loại bỏ xỉ sắt và xác định các giá trị COD, độ màu trong dung dịch theo thang màu Pt-Co

* Thí nghiệm hệ Fenton (H 2 O 2 /IS) Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l)

Cố định hàm lượng H 2 O 2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) là 1,5g/l (đã xác định được ở nội dung 2) và giá trị pH=3 (đã xác định ở nội dung 1)

Trình tự thí nghiệm:

Các bước 1, 2, 3, 5 và 6 làm tương tự như ở thí nghiệm hệ ôzôn ở phần c

4 Sử dụng máy khuấy từ khuấy đều dung dịch trong suốt quá trình thí nghiệm

* Thí nghiệm hệ: O 3 /H 2 O 2 , O 3 /H 2 O 2 /IS: Thay đổi nồng độ RR24 (100-500 mg/l) Cố định hàm lượng H 2 O 2 là 100 mg/l, xỉ sắt (IS) (với hàm lượng tối ưu đã xác định ở nội dung b) và giá trị pH tối ưu (đã xác định ở nội dung a)

2 Kali indigo trisulfonat Xác định hàm lượng ôzôn

3 Natri dihidrophotphat (NaH2PO4) Xác định hàm lượng ôzôn

5 Kalihidroxyt (KI) Phân tích H2O2, phân tích BOD

6 Natri hidroxyt (NaOH) Điều chỉnh pH

7 Axits sunfuric (H2SO4) Điều chỉnh pH

9 Kali dicromat (K2Cr2O7) Xác định COD

11 Thủy ngân (II) sunfat ( HgSO4) Xác định COD

12 Bạc sunfat ( Ag2SO4) Xác định COD

14 Chất nhuộm Reactive Red 24 Pha dung dịch chất nhuộm màu