Nghiên cứu chế tạo xúc tác oxi hóa pha lỏng cho xử lý nước thải vi sinh

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Chất hữu cơ khó phân hủy sinh học

1.2. Nước thải dệt nhuộm chứa thuốc nhuộm hoạt tính

1.2.1. Khái quát về thuốc nhuộm

1.2.2. Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm và tác hại của nó

1.2.3. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm

1.2.3.1. Phương pháp hóa lý

1.2.3.2. Phương pháp keo tụ

1.2.3.3. Phương pháp hấp phụ

1.2.3.4. Phương pháp lọc

1.2.3.5. Phương pháp điện hóa

1.2.3.6. Phương pháp oxi hóa khử hóa học

1.2.3.7. Phương pháp sinh học

1.3. Giới thiệu về phương pháp CWAO

1.3.1. Một số đặc điểm của phương pháp WAO và CWAO

1.3.2. Các giai đoạn trong quá trình WAO

1.3.3. Cơ chế phản ứng oxy hóa pha lỏng

1.3.4. Xúc tác cho quá trình oxy hóa pha lỏng

1.4. Chế tạo xúc tác và ảnh hưởng của phương pháp chế tạo đến hoạt tính xúc tác

1.4.1. Chế tạo nan

1.4.2. Ảnh hưởng của phương pháp chế tạo xúc tác lên hoạt tính xúc tác

1.4.3. Độ ổn định của xúc tác và sự mất hoạt tính; vấn đề tái sử dụng xúc tác

1.4.4. Một số nghiên cứu xúc tác CWO ở nhiệt độ thấp

1.4.5. Tiềm năng khoáng sản của Việt Nam

1.4.6. Tình hình nghiên cứu sử dụng các loại quặng tự nhiên làm xúc tác môi trường

2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên vật liệu, thiết bị và dụng cụ

2.1.1. Nguyên vật liệu

2.2. Quy trình thực nghiệm

2.2.1. Quy trình chung

2.2.2. Chọn lọc xúc tác

2.3. Đánh giá hoạt tính của xúc tác gốc (xúc tác một cấu tử)

2.3.1. Xúc tác hai cấu tử

2.3.2. Chế tạo xúc tác hai cấu tử

2.3.3. Khảo sát hoạt tính xúc tác các mẫu xúc tác hai cấu tử chế tạo được

2.3.4. Động học oxi hóa RB19, RY 145 và RO122 trên xúc tác hai cấu tử tốt nhất chế tạo được

2.4. Xúc tác ba cấu tử

2.4.1. Chế tạo xúc tác ba cấu tử

2.4.2. Khảo sát hoạt tính xúc tác các mẫu xúc tác ba cấu tử chế tạo được

2.5. Thí nghiệm xử lý sinh học nước thải nhuộm thực chứa TNHT sau CWAO

2.5.1. Khởi động hệ bùn hoạt tính (BHT)

2.5.2. Khảo sát quá trình xử lí nước thải sau CWAO bằng hệ BHT theo phương pháp mẻ gián đoạn

2.6. Phương pháp phân tích

2.6.1. Phương pháp xác định nồng độ RB19, RY 145, RO122 trong mẫu

2.6.2. Phương pháp xác định COD của mẫu

2.6.3. Phương pháp xử lý số liệu tính năng lượng hoạt hóa

2.6.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng xúc tác

2.6.4.1. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)

2.6.4.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X

2.6.4.3. Phương pháp BET xác định diện tích bề mặt riêng xúc tác

2.6.4.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM

2.6.4.5. Phương pháp bình phương tối thiểu sử dụng lệnh Solver trong Excel xác định bậc riêng đối với chất màu và hằng số tốc độ của phản ứng

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn

3.2. Ảnh hưởng của pH đầu

3.3. Kết quả chọn lọc xúc tác

3.3.1. Khả năng xúc tác của các loại quặng

3.3.2. Ảnh hưởng của yếu tố xử lý nhiệt

3.4. Đánh giá hoạt tính xúc tác của xúc tác gốc

3.4.1. Xác định bậc riêng theo chất màu RB19 và hằng số tốc độ k của phản ứng có và không có xúc tác

3.4.2. Phân tích cơ chế phản ứng

3.4.3. Phản ứng không có xúc tác

3.4.4. Xác định năng lượng hoạt hóa E và hệ số trước hàm mũ k trong phương trình Arrhenius của phản ứng có và không có xúc tác

3.5. Chế tạo và khảo sát hoạt tính các mẫu xúc tác hai cấu tử

3.5.1. Kết quả chế tạo

3.5.2. Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác

3.6. Động học oxi hóa RB19, RY 145 và RO122 trên xúc tác hai cấu tử tốt nhất chế tạo được

3.7. Chế tạo và khảo sát hoạt tính các mẫu xúc tác ba cấu tử

3.7.1. Kết quả chế tạo

3.7.2. Kết quả khảo sát hoạt tính xúc tác

3.8. Đánh giá hoạt tính xúc tác mẫu xúc tác ba cấu tử trong phản ứng oxi hóa nước thải nhuộm thực

3.9. Khả năng xử lý nước thải sau oxi hóa pha lỏng bằng kỹ thuật vi sinh

3.9.1. Kết quả đo COD của hệ BHT theo thời gian xử lý

3.9.2. Mối quan hệ giữa COD và BOD

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng quan về ô nhiễm nước thải vi sinh

Ô nhiễm môi trường nước là một vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là từ nước thải công nghiệp. Nước thải dệt nhuộm chứa nhiều chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Các chất này thường tồn tại lâu trong môi trường, làm giảm khả năng quang hợp và gây độc cho sinh vật thủy sinh. Việc xử lý nước thải này là cần thiết để bảo vệ môi trường. Các phương pháp xử lý hiện tại như hấp phụ, keo tụ, và xử lý vi sinh không phải lúc nào cũng hiệu quả. Do đó, nghiên cứu về xúc tác oxi hóa là một hướng đi tiềm năng. Phương pháp này có khả năng xử lý chất màu và các chất hữu cơ độc hại, chuyển hóa chúng thành các sản phẩm dễ phân hủy hơn.

1.1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng

Nghiên cứu về xúc tác oxi hóa đã được thực hiện trên toàn cầu, với nhiều ứng dụng trong xử lý nước thải. Các loại xúc tác như oxit kim loại chuyển tiếp đang được chú ý do khả năng hoạt động cao và chi phí thấp. Tuy nhiên, việc nhập khẩu xúc tác vẫn là một vấn đề lớn, dẫn đến chi phí cao cho các nhà máy xử lý nước thải. Việt Nam có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú, có thể khai thác để sản xuất xúc tác trong nước, từ đó giảm chi phí và tăng tính tự chủ trong công nghệ xử lý nước thải.

II. Nghiên cứu chế tạo xúc tác oxi hóa pha lỏng

Chế tạo xúc tác oxi hóa là một trong những bước quan trọng trong nghiên cứu này. Các loại quặng như quặng sắt, mangan được lựa chọn để chế tạo xúc tác. Quá trình chế tạo bao gồm việc xử lý nhiệt và đánh giá hoạt tính xúc tác. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc lựa chọn phương pháp chế tạo có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của xúc tác. Các thí nghiệm cho thấy rằng xúc tác từ quặng mangan có hoạt tính cao hơn so với các loại khác. Điều này mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi cho các loại quặng tự nhiên trong xử lý nước thải.

2.1. Đánh giá hoạt tính xúc tác

Hoạt tính của xúc tác được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Các mẫu xúc tác được thử nghiệm với các loại thuốc nhuộm khác nhau như RB19, RY145, RO122. Kết quả cho thấy rằng xúc tác từ quặng mangan có khả năng xử lý tốt hơn, với hiệu suất cao trong việc giảm nồng độ COD và BOD của nước thải. Điều này chứng tỏ rằng việc sử dụng xúc tác từ quặng tự nhiên không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí cho các nhà máy xử lý nước thải.

III. Ứng dụng thực tiễn của xúc tác oxi hóa pha lỏng

Việc ứng dụng xúc tác oxi hóa trong xử lý nước thải dệt nhuộm đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các thí nghiệm thực tế cho thấy rằng, sau khi xử lý bằng xúc tác, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải giảm đáng kể. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Hệ thống xử lý nước thải sử dụng xúc tác có thể được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy dệt may, giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý.

3.1. Kết quả xử lý nước thải thực tế

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng, việc sử dụng xúc tác oxi hóa giúp giảm nồng độ COD và BOD trong nước thải dệt nhuộm. Các mẫu nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường, cho phép thải ra môi trường mà không gây ô nhiễm. Điều này chứng tỏ rằng, xúc tác oxi hóa không chỉ hiệu quả trong phòng thí nghiệm mà còn có thể áp dụng thành công trong thực tế, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo xúc tác oxi hóa pha lỏng và ứng dụng trong xử lý nước thải vi sinh