Khảo Sát Hiệu Quả Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm Bằng Vật Liệu Nano Titan Dioxit Trên Sợi Thủy Tinh

Tài liệu Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano tio2 tr tổng hợp lý thuyết và thực hành, phục vụ học tập ngành

• Tác giả: Vũ Thị Hiền
• Người hướng dẫn: TS. Võ Hoàng Tùng
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano titan dioxit tẩm trên sợi thủy tinh
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng quan về xử lý nước thải dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm là một trong những ngành công nghiệp có lượng nước thải lớn và độ ô nhiễm cao. Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy, độ màu cao, và có độc tính đối với môi trường và con người. Các nguồn phát sinh nước thải bao gồm các công đoạn như nhuộm, giặt, và hoàn tất. Đặc tính ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm được thể hiện qua các chỉ số như BOD, COD, và độ màu. Việc xử lý nước thải trong ngành này đòi hỏi sự kết hợp nhiều phương pháp như cơ học, hóa học, và sinh học để đạt hiệu quả cao.

1.1. Nguồn phát sinh và đặc tính ô nhiễm

Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ các công đoạn như hồ sợi, nấu, tẩy trắng, nhuộm, và hoàn tất. Mỗi công đoạn có đặc tính ô nhiễm khác nhau, ví dụ, nước thải từ công đoạn nhuộm có độ màu cao và chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy. Các chất ô nhiễm chính bao gồm thuốc nhuộm, hóa chất, và các hợp chất hữu cơ. Đặc tính ô nhiễm của nước thải dệt nhuộm được thể hiện qua các chỉ số như BOD, COD, và độ màu, đòi hỏi các phương pháp xử lý phù hợp.

1.2. Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bao gồm cơ học (lọc, lắng), hóa học (oxy hóa, hấp phụ), và sinh học (phân hủy chất hữu cơ). Phương pháp cơ học giúp loại bỏ các chất rắn thô, trong khi phương pháp hóa học tập trung vào việc khử màu và loại bỏ các chất hữu cơ khó phân hủy. Phương pháp sinh học được sử dụng để xử lý các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. Sự kết hợp các phương pháp này giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm.

II. Vật liệu nano TiO2 và ứng dụng trong xử lý nước thải

Vật liệu nano TiO2 đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải nhờ tính chất quang xúc tác mạnh mẽ. TiO2 có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và khử màu trong nước thải dệt nhuộm dưới tác dụng của ánh sáng UV. Ứng dụng TiO2 trong xử lý nước thải dệt nhuộm mang lại hiệu quả cao, đặc biệt khi kết hợp với các chất mang như sợi thủy tinh. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng TiO2 có thể được sử dụng để xử lý các chất ô nhiễm khó phân hủy trong nước thải dệt nhuộm.

2.1. Tính chất của TiO2

TiO2 là một vật liệu bán dẫn có tính chất quang xúc tác mạnh mẽ. Cấu trúc tinh thể của TiO2 bao gồm các dạng thù hình như anatase, rutile, và brookite, trong đó dạng anatase có hoạt tính quang xúc tác cao nhất. TiO2 có khả năng hấp thụ ánh sáng UV và tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa các chất hữu cơ. Tính chất này làm cho TiO2 trở thành vật liệu lý tưởng để xử lý nước thải dệt nhuộm.

2.2. Ứng dụng TiO2 trong xử lý nước thải dệt nhuộm

TiO2 được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải dệt nhuộm nhờ khả năng phân hủy các chất hữu cơ và khử màu. Khi kết hợp với các chất mang như sợi thủy tinh, TiO2 có thể được cố định trên bề mặt, tăng hiệu quả xử lý và giảm chi phí. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TiO2 có thể xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm khó phân hủy trong nước thải dệt nhuộm, mang lại giải pháp bền vững cho ngành công nghiệp dệt nhuộm.

III. Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng TiO2 trên sợi thủy tinh

Nghiên cứu về hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano TiO2 trên sợi thủy tinh đã cho thấy kết quả khả quan. Sợi thủy tinh được sử dụng làm chất mang để cố định TiO2, giúp tăng diện tích bề mặt và hiệu quả xử lý. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng TiO2 trên sợi thủy tinh có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và khử màu trong nước thải dệt nhuộm với hiệu suất cao. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

3.1. Phương pháp thí nghiệm

Các thí nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng TiO2 trên sợi thủy tinh. Quy trình bao gồm việc tẩm TiO2 lên sợi thủy tinh, sau đó sử dụng vật liệu này để xử lý nước thải dệt nhuộm. Các thông số như thời gian phản ứng, nồng độ TiO2, và điều kiện ánh sáng được kiểm soát để đánh giá hiệu quả xử lý. Kết quả thí nghiệm cho thấy TiO2 trên sợi thủy tinh có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và khử màu với hiệu suất cao.

3.2. Kết quả và đánh giá

Kết quả thí nghiệm cho thấy TiO2 trên sợi thủy tinh có hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm cao, đặc biệt trong việc khử màu và phân hủy các chất hữu cơ. Hiệu suất xử lý phụ thuộc vào các yếu tố như thời gian phản ứng, nồng độ TiO2, và điều kiện ánh sáng. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng mới cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm bằng công nghệ nano.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc đang là vấn đề không chỉ của Việt Nam mà là vấn đề mang tính toàn cầu. Nguồn nƣớc trên toàn thế giới đang bị ô nhiễm trầm trọng bởi các hoạt động sản xuất, các nghành nghề và sinh hoạt. Hiện nay nghành dệt may đang giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế của Việt Nam. Bên cạnh những đóng góp to lớn vào sự phát triển của đất nƣớc, nghành dệt may cũng mang tới không ít tác động tiêu cực đến môi trƣờng, đặc biệt là nƣớc thải từ quá trình sản xuất.

Hàng năm, nghành dệt may nói chung và dệt nhuộm nói riêng đang thải vào môi trƣờng một lƣợng nƣớc thải lớn với nồng độ ô nhiễm cao. Nƣớc thải dệt nhuộm đặc biệt nƣớc thải từ một số công đoạn nhƣ nhuộm nấu có độ ô nhiễm cao. Về cơ bản nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng có nhiệt độ, độ màu, pH, BOD và COD cao, chứa nhiều chất hữu cơ mang màu, có cấu trúc bền, khó phân hủy sinh học và có độc tính cao đối với ngƣời, động vật và thực vật. Vì vậy ô nhiễm nƣớc thải trong nghành dệt nhuộm là vấn đề cần đƣợc quan tâm và giải quyết, nhằm bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trƣờng sinh thái.

Trong nƣớc thải dệt nhuộm có chứa nhiều thành phần phức tạp và khó phân hủy sinh học, do đó để xử lý hiệu quả, loại màu của thuốc nhuộm có trong nƣớc thải này thƣờng phải kết hợp nhiều công nghệ xử lý khác nhau nhƣ vật lý, hóa học, sinh học, háp phụ trên than hoạt tính, đông keo tụ theo sau là quá trình lắng hoặc tuyển nổi khi hòa tan. Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm đƣợc đƣa ra. Một trong những phƣơng pháp đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm là ứng dụng các vật liệu Nano (nano materils) vào xử lý nƣớc ô nhiễm, đặc biệt là nƣớc thải dệt nhuộm. SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 1 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm trong công nghiệp Ngành dệt nhuộm là nghành công nghiệp đa sản phẩm,đƣợc áp dụng nhiều quy trình sản xuất khác nhau, trong đó nhiều hóa chất và nguyên vật liệu đƣợc sử dụng.

Nƣớc thải dệt nhuộm đặc biệt nƣớc thải từ công đoạn nhuộm có chứa các chất hữu cơ khó phân hủy, độ màu và độ ô nhiễm cao, có độc tính đối với con ngƣời và sinh vật. Vì vậy xử lý nƣớc thải đang là vấn đề cấp thiết. Các nguồn phát sinh nƣớc thải và đặc tính ô nhiễm của nƣớc thải dệt nhuộm Nguồn phát sinh nƣớc thải dệt nhuộm SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 2 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Nguyên liệu đầu  Kéo sợi, chải, ghép, đánh ống  H20, tinh bột Nước thải chứa hồ tinh phụ gia hơi  Hồ sợi  bột hóa chất nước  Dệt vải  Nước thải chứa hồ tinh Enzym, NaOH  Giũ hồ  bột bị thủy phân, hóa chất  NaOH, Hóa  Nấu  Nước thải chất, hơi nước  H2SO4, H2O,  Xử lý axit, giặt  Nước thải chất tẩy giặt  NaOCl/H2O2,  Tẩy trắng  Nước thải hóa chất  H2SO4, H2O,  Giặt  Nước thải chất tẩy giặt  NaOH, hóa chất  Làm bóng  Nước thải  Dung dịch huộm  Nhuộm, in hoa  Dung dịch nhuộm thải  H2O, H2SO4,  Giặt  Nước thải chất tẩy giặt  Hơi nước, hóa  Hoàn tất  Nước thải chất, hồ  Sản phẩm Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý công nghệ dệt nhuộm và các nguồn nƣớc thải SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 3 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Bảng 1.1: Nguồn phát sinh và đặc tính nƣớc thải dệt nhuộm Công STT Chất ô nhiễm trong nƣớc thải Đặc tính của nƣớc thải đoạn Tinh bột glucozo, cacboxyt metyl, Hồ sợi, BOD cao (chiếm 34-505 1 cellulose, polyvinl alcohol, nhựa, rũ hồ tổng thải lƣợng BOD) sáp và chất béo Độ kiềm cao, màu tối, NaOH, chất sáp và dầu mỡ, tro, 2 Nấu BOD cao (30% tổng soda, natri sllicat, xơ sợi vụn,… lƣợng thải BOD) Độ kiềm cao, BOD thấp Tẩy Hypoclorit, hợp chát chứa clo, 3 (5% tổng lƣợng thải trắng NaOH, AOX,… BOD) Làm 4 NaOH, tạp chất Độ kiềm cao, BOD thấp bóng Các loại thuốc nhuộm, axit axetic, Độ màu cao, BOD cao, 5 Nhuộm các muối kim loại… TS cao Chất màu, tinh bôt, dầu, đất sét, Độ màu cao, BOD cao, 6 In muối, kim loại,… dâu mỡ Kiềm nhẹ, BOD thấp, 7 Hoàn tất Vết tinh bột, mỡ động vật, muối TS thấp 1. Phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm công nghiệp Có thế phân chia các dòng thải của nƣớc thải dệt nhuộm tùy theo mức độ ô nhiễm nhƣ sau:  Dòng ô nhiễm nặng gồm dịch nấu thải, dịch nhuộm thải, nƣớc giặt đầu của công đoạn  Dòng ô nhiễm vừa nhƣ nƣớc giặt ở các giai đoạn trung gian  Dòng ô nhiễm nhẹ nhƣ nƣớ làm nguội, nƣớc giặt cuối, dòng thải ô nhiễm nhẹ có thể xử lý sơ bộ để tuần hoàn sử dụng lại cho sản xuất Các phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xử lý nƣớc thải dệt nhuộm: SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 4 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG Cơ học: Sàng, lọc, lắng để tách các hợp chất thô nhƣ cặn, xơ sợi rác Hoá học và hóa lý: phƣơng pháp oxy hóa, hấp phụ à điện hóa để khử màu thuốc nhuộm Sinh học: để xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học nhƣ một số loại thuốc nhuộm, hồ tinh bột, hay các tạp chất tách từ sợi.

Giới thiệu về Nano 1. Vật liệu nano là gì Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng…có kích thƣớc đặc trƣng từ khoảng 1 nanomet đến 100 nanomet[2] Vật liệu Nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây vật liệu có kích thƣớc rất nhỏ và trong đó có ít nhất một chiều có kích thƣớc nano. Vật liệu nano có khe hở các phân tử đạt đến nanomet từ đó có khả năng xử lý các chất ô nhiễm có trong nƣớc mà vẫn giữ đƣợc các thành phần cơ bản trong nƣớc. Nano đƣợc nói đến là một phần tỉ của cái gì đó, ví dụ một nano dây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của một giây.

Còn nano mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nano mét, một phần tỷ của một mét. Nói một cách rõ hơn là vật liệu chất rắn có kích thƣớc nm vì yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn. Vật liệu nano là thuật ngữ khá phổ biến nhƣng không phải ai cũng biết khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. Để hiểu rõ chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan khoa học nano (nanoscience) và công nghệ nano (nanotechnology).

Theo Viện hàn lâm hoàng gia Anh quốc thì : Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên quy mô nano mét. Kích thƣớc của vật liệu nano khá rộng, từ vài nm đến vài trăm nm.

Vật liệu nano bắt nguồn từ kích thƣớc của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thƣớc tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu và đó là SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 5 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG tính chất thú vị của vật liệu. Ví dụ một quả cầu có bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm ra rất nhiều hạt nano có kích thƣớc 10 nm, nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng dài kế tiếp nhau thì độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi của trái đất.Tính chất Bắt nguồn từ kích thƣớc nhỏ bé vậy nên vật liệu nano có tính chất khá thú vị có thể so sánh với các kích thƣớc tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của vật liệu. Chỉ là vấn đề kích thƣớc thôi thì chƣa đủ, điều đáng nói ở đây là kích thƣớc tới hạn của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thƣớc tới hạn của một số tính chất ( Bảng 2). Vật liệu nano nằm giữa tính chất lƣợng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu[1].2: Kích thƣớc tới hạn của một số tính chất Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Điện Bƣớc sóng điện từ 10-100 Quãng đƣờng tự do trung bình 1-100 Hiệu ứng đƣờng ngầm 1-10 Từ Vách đô men 10-100 Quãng đƣờng tán xạ spin 1-100 Quang Hố lƣợng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper 0.1-100 Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Cơ Tƣơng tác bất định xử 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0.1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 SV: Vũ Thị Hiền – MT1701 6 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TRƢỜNG ĐHDL HẢI PHÒNG 1.

Giới thiệu về Nano Titanoxit 1. Giới thiệu vật liệu TiO2 Các phản ứng quang hóa trên bề mặt TiO2 đã thu hút nhiều sự chú ý về việc ứng dụng thực tế để làm sạch môi trƣờng nhƣ làm sạch gạch, kính,…TiO2 có những lợi thế của sự ổn định hóa học cao, không gây độc, giá thành tƣơng đố thấp, nhƣng một bất lợi lớn là chỉ có ánh sáng tử ngoại (chiếm 4% bức xạ mặt trời) đƣợc sử dụng cho các phản ứng quang hóa. Vì vậy nó là sự quan tâm rất lớn nhằm tìm cách mở rộng vùng bƣớc sóng hấp thụ của TiO2 sang vùng nhìn thấy mà không làm giảm hạt tính quang và để sử dụng có hiệu quả hơn đặc tính quang xúc tác của loại vật liệu này. Những nghiên cứu về cấu trúc vật liệu TiO2 pha tạp đã chứng minh rằng tính chất và đặc điểm cấu trúc vật liệu TiO2 hoàn toàn có thể thay thế một phần các ion titab bằng các ion của các nguyên tố khác.