CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU. Kháng sinh và ô nhiễm dư lượng kháng sinh. Nguồn gốc phát sinh. Ảnh hưởng của chất kháng sinh đến hệ sinh thái.
Tổng quan về Tetracycline. Các tác động của Tetracycline đến hệ sinh thái. Các phương pháp xử lí tetracycline. Tổng quan về vật liệu xúc tác Fenton dị thể.
Than sinh học (BC). Tổng quan về quá trình oxy hóa bậc cao. Ứng dụng công nghệ xử lí nước thải bằng phương pháp Fenton. Quá trình Fenton đồng thể.
Quá trình Fenton dị thể. Vai trò của các tác nhân oxy hóa trong quá trình oxy hóa bậc cao để phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Tình hình nghiên cứu trong nước.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước.26 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp tổng hợp vật liệu. Điều chế than sinh học từ bã đậu nành (BC).
Điều chế quặng Goethite (α-FeOOH). Vật liệu composite tổng hợp từ than sinh học bã đậu nành và quặng Goethite (BC@Fe). Phân tích hình thái bề mặt vật liệu. Phân tích sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM).
Phân tích diện tích bề mặt (BET). Phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD). Thiết lập các thí nghiệm phân hủy TCH. Phương pháp xác định nồng độ TCH.
Thí nghiệm xác định điều kiện tổng hợp vật liệu. Thí nghiệm xác định lượng sắt tổng có trong vật liệu composite. Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hướng đến quá trình phân hủy TCH. Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi có mặt tác nhân oxy hóa H2O2.
Thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng khi có mặt tác nhân oxy hóa K2S2O8. Thí nghiệm đánh giá hiệu suất xử lí TCH của α-FeOOH và các tác nhân oxy hóa…………………………………………………………………………………. Thí nghiệm khảo sát dư lượng của tác nhân oxy hóa. Động học và nhiệt động lực học của quá trình phân hủy TCH ở điều kiện tối ưu……………………………………………………………………………………44 2.
Thí nghiệm khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu. Xác định tổng hàm lượng cacbon hữu cơ (TOC) .46 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp vật liệu. Ảnh hưởng của nhiệt độ thuỷ nhiệt đến quá trình tổng hợp vật liệu.
Ảnh hưởng của thời gian thuỷ nhiệt đến quá trình tổng hợp vật liệu. Kết quả phân tích hình thái bề mặt vật liệu. Kết quả phân tích XRD trên vật liệu. Kết quả phân tích diện tích bề mặt của vật liệu.
Kết quả ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phân hủy TCH. Ảnh hưởng của pH và thời gian phản ứng đến quá trình phân hủy TCH. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và K2S2O8 đến quá trình phân hủy TCH.
Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình phân hủy TCH. So sánh hiệu suất xử lí TCH của vật liệu có và không có nền chất mang BC. Khảo sát dư lượng tác nhân H2O2 và K2S2O8 trong quá trình phản ứng. Động học và nhiệt động lực học của phản ứng phân huỷ TCH.
Động học phản ứng phân huỷ TCH dưới tác nhân H2O2 và K2S2O8. Đánh giá tính ổn định và khả năng tái sử dụng của vật liệu BC@Fe. So sánh hiệu quả xử lí TOC của vật liệu BC@Fe dưới tác nhân H2O2 và K2S2O8 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .xiv DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.xxix vii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tổng quan về ưu điểm và nhược điểm liên quan đến các phương pháp khác nhau dựa trên quá trình Fenton [71] .2: Khả năg oxy hóa khử và phản ứng chính của các tác nhân oxy hóa khác nhau .3: Quá trình oxy hóa bậc cao được kích hoạt bằng sắt để phân hủy các hợp chất hữu cơ.4: Một số nghiên cứu có liên quan ở Việt Nam .5: Một số nghiên cứu có liên quan ngoài nước .1: Bảng tỉ lệ phối trộn giữa than sinh học và α-FeOOH……………………… 32 Bảng 2.2: Bảng khảo sát nhiệt độ và thời gian của quá trình thủy nhiệt trong Autoclave 32 Bảng 2.3: Các thông số thí nghiệm xác định điều kiện nhiệt độ tổng hợp vật liệu .4: Các thông số thí nghiệm xác định điều kiện thời gian tổng hợp vật liệu .5: Các thông số thí nghiệm phân hủy TCH bằng H2O2 .6: Các thông số thí nghiệm đánh giá hiệu suất xử lí TCH của α-FeOOH và các tác nhân oxy hóa .7: Các thông số thí nghiệm đo dư lượng của tác nhân oxy hóa .1: Thông số phân tích BET của vật liệu…………………………………………52 Bảng 3.2: Hàm lượng TCH bị loại bỏ, nồng độ tác nhân oxy hoá tiêu thụ và tỉ lệ nồng độ tác nhân oxy hoá tiêu thụ / hàm lượng TCH bị phân hủy .3: Phương trình động học bậc nhất.4: Phương trình động học bậc hai.5: Tốc độ phân huỷ TCH ở các pH khác nhau trên BC@Fe11 .6: Hằng số tốc độ phản ứng phân huỷ TCH theo nhiệt độ .7: Các giá trị nhiệt động lực học của phản ứng phân huỷ TCH .8: So sánh năng lượng hoạt hoá trên một số xúc tác phân huỷ chất hữu cơ .1: Ảnh hưởng của nhiệt độ thuỷ nhiệt đến hiệu suất phân huỷ TCH…………xxiii Bảng T.2: Ảnh hưởng của thời gian thuỷ nhiệt đến hiệu suất phân huỷ TCH .3: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất phân huỷ TCH .4: Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất phân huỷ TCH .5: Ảnh hưởng của nồng độ K2S2O8 đến hiệu suất phân huỷ TCH .6: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất phân huỷ TCH dưới tác nhân H2O2 trên vật liệu BC@Fe11 .7: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất phân huỷ TCH dưới tác nhân K2S2O8 trên vật liệu BC@Fe11 .8: So sánh hiệu quả xử lí TCH khi có và không có nền chất mang BC.9: Dư lượng tác nhân oxy hoá trong quá trình phản ứng phân huỷ TCH .10: Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu BC@Fe11 .11: Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu BC@Fe5, BC@Fe9, BC@Fe11 dưới tác nhân H2O2 .12: So sánh hiệu quả xử lí TOC của vật liệu BC@Fe dưới tác nhân H2O2 và K2S2O8. xxviii ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Biểu đồ lượng tiêu thụ tetracycline mỗi năm ở một số quốc gia [45] .2: Cấu trúc tetracycline hydrochloride [47] .3: Cấu trúc tinh thể goethite [70] .4: Quá trình oxy hóa của phản ứng Fenton dị thể [93] .1: Nội dung nghiên cứu………………………………………………………….2: Quy trình điều chế than sinh học từ bã đậu nành .3: Quy trình điều chế quặng Goethite .4: Quy trình thủy nhiệt than sinh học với quặng Goethite.5: Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ theo phân loại của IUPAC.6: Sơ đồ thực hiện thí nghiệm khảo sát nhiệt độ và thời gian cho quá trình thủy nhiệt.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ thuỷ nhiệt đến quá trình điều chế vật liệu a) đối với khả năng phân hủy TCH và b) lượng sắt thực tế có trong vật liệu……………………………48 Hình 3.2: Ảnh hưởng của thời gian thuỷ nhiệt đến quá trình điều chế vật liệu a) đối với khả năng phân hủy TCH và b) lượng sắt thực tế có trong vật liệu .3: Thể hiện giản đồ XRD của BC, Goethite và BC@Fe11 trước/ sau phản ứng .4: Ảnh SEM a) Bề mặt than sinh học (BC), b) Bề mặt than sinh học sau thủy nhiệt (ở điều kiện 200oC, 2 giờ) (BC-HTC), c) Bề mặt Goethite, d) Bề mặt vật liệu composite (BC@Fe11) .5: Ảnh hưởng của pH và thời gian phản ứng đến quá trình phân huỷ TCH dưới tác nhân (a),(c) H2O2 và (b),(d) K2S2O8 .6: Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân (a) H2O2 và (b) K2S2O8 đến quá trình phân huỷ TCH.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình phân huỷ TCH dưới tác nhân (a) H2O2 và (b) K2S2O8 .8: So sánh hiệu quả xử lí TCH của vật liệu có và không có nền chất mang BC a) quá trình phân hủy TCH và b) quá trình hấp phụ TCH .9: Dư lượng của tác nhân oxy hoá trong quá trình phản ứng .10: Hiệu suất phân hủy TCH qua các lần tái sử dụng a) của vật liệu BC@Fe11 khi có mặt tác nhân H2O2 và K2S2O8, b) chỉ có mặt tác nhân H2O2 ở các tỉ lệ vật liệu BC@Fe khác nhau .11: So sánh hiệu quả xử lí TOC của vật liệu BC@Fe dưới tác nhân H2O2 và K2S2O8 .1: Ảnh SEM bề mặt vật liệu thủy nhiệt ở thời gian a) 2 giờ và b) 3 giờ……….2: Phương trình độc học bậc nhất của phản ứng phân huỷ TCH dưới tác nhân H2O2 .3: Phương trình độc học bậc nhất của phản ứng phân huỷ TCH dưới tác nhân K2S2O8 .4: Phương trình độc học bậc hai của phản ứng phân huỷ TCH dưới tác nhân H2O2 .5: Phương trình độc học bậc hai của phản ứng phân huỷ TCH dưới tác nhân K2S2O8 .6: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe5 dưới tác nhân H2O2 .7: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe9 dưới tác nhân H2O2 .8: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe11 dưới tác nhân H2O2 .9: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe5 dưới tác nhân K2S2O8 .10: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe9 dưới tác nhân K2S2O8 .11: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe11 dưới tác nhân K2S2O8.
xix xi Hình S.12: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe5 dưới tác nhân H2O2 .13: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe9 dưới tác nhân H2O2 .14: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe11 dưới tác nhân H2O2 .15: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe5 dưới tác nhân K2S2O8 .16: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe9 dưới tác nhân K2S2O8 .17: Đồ thị hằng số tốc độ phản ứng (lnk/T) theo thời gian (1/T) trên BC@Fe11 dưới tác nhân K2S2O8 .18: Thư chấp nhận. xxii xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AOPs Advanced oxydation processes BC Than sinh học BC@Fe Than sinh học gắn sắt BET Brunauer – Emmett – Teller COD Chemical oxygen demand EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy FTIR Fourier-transform infrared MBR Membrane Bioreactor PDS Peroxydisulfate PMS Peroxymonosulfute SD Standard deviation SEM Scanning electron microscope TCH Tetracycline hydrochloride XRD X-Ray diffraction xiii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Sự hiện diện của kháng sinh trong nước thải là vấn đề đáng lo ngại, đe doạ nghiêm trọng đến môi trường.