Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu hấp phụ rhodamine B từ dung dịch nước bằng nano MnO2

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu hấp phụ rhodamine b từ dung dịch nước bằng nano mno2, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Lê Thị Kim Khuê
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Sức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Hấp Phụ Rhodamine B Từ Dung Dịch Nước Bằng Nano MnO2
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tổng quan hiện trạng ô nhiễm chất màu dệt nhuộm ở Việt Nam
• 2.2. Một số nét về nguyên liệu phẩm nhuộm tiêu biểu trong ngành dệt nhuộm
• 2.3. Tính chất vật lý
• 2.4. Tính chất sinh học
• 2.5. Ứng dụng của Rhodamine B
• 2.6. Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đến môi trường
• 2.7. Các chất ô nhiễm chính
• 2.8. Ảnh hưởng của các chất thải đến môi trường
• 2.9. Các phương pháp ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý nước thải dệt nhuộm
• 2.10. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ trong xử lý nước thải dệt nhuộm
• 2.10.1. Khái niệm về hấp phụ
• 2.10.2. Các giai đoạn của quá trình hấp phụ
• 2.10.3. Phân loại hấp phụ
• 2.10.4. Các mô hình hấp phụ
• 2.10.5. Hấp phụ trong điều kiện gián đoạn
• 2.10.6. Phương trình động học hấp phụ
• 2.10.7. Các chất hấp phụ
• 2.10.8. Giới thiệu về chất hấp phụ nano MnO2
• 2.11. Tình hình nghiên cứu hấp phụ chất màu dệt nhuộm trong và ngoài nước
• 2.11.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.11.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 2.12. Giới thiệu về quy hoạch thực nghiệm trong hấp phụ
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM
• 3.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 3.2. Quy trình thực nghiệm
• 3.2.1. Điều chế vật liệu nano MnO2
• 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Rhodamine B bằng MnO2
• 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Rhodamine B bằng MnO2
• 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng đến khả năng hấp phụ Rhodamine B bằng MnO2
• 3.2.5. Thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 4.1. Đặc trưng của vật liệu
• 4.1.1. Phân tích TEM
• 4.1.2. Phân tích SEM
• 4.1.3. Phân tích XRD
• 4.1.4. Phân tích phổ FTIR
• 4.2. Nghiên cứu hấp phụ Rhodamine B
• 4.2.1. Ảnh hưởng của pH
• 4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc
• 4.2.3. Ảnh hưởng của liều lượng
• 4.2.4. Động học hấp phụ
• 4.2.5. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ
• 4.2.6. Quy hoạch thực nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

Tóm tắt

I. Giới thiệu về nghiên cứu hấp phụ

Nghiên cứu hấp phụ Rhodamine B bằng nano MnO2 từ dung dịch nước là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ xử lý nước thải. Rhodamine B là một chất màu tổng hợp, thường được sử dụng trong ngành dệt nhuộm, nhưng lại gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường nước. Việc sử dụng nano MnO2 làm chất hấp phụ mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng hấp phụ cao và chi phí thấp. Nghiên cứu này nhằm mục đích tìm hiểu khả năng hấp phụ của nano MnO2 đối với Rhodamine B và xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Sự ô nhiễm nước do các chất màu dệt nhuộm, đặc biệt là Rhodamine B, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam. Nước thải từ ngành dệt nhuộm chứa hàm lượng chất màu cao, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sức khỏe con người. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết. Nano MnO2 được lựa chọn vì tính năng hấp phụ tốt và khả năng xử lý nước thải hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường.

II. Tổng quan về chất hấp phụ nano MnO2

Chất hấp phụ nano MnO2 đã được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực xử lý nước thải. Với kích thước nano, vật liệu này có diện tích bề mặt lớn, giúp tăng cường khả năng hấp phụ. Nghiên cứu cho thấy nano MnO2 có khả năng hấp phụ tốt đối với các chất màu như Rhodamine B. Quá trình hấp phụ diễn ra thông qua các cơ chế vật lý và hóa học, bao gồm hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý. Việc tối ưu hóa các điều kiện như pH, thời gian tiếp xúc và liều lượng chất hấp phụ là rất quan trọng để đạt được hiệu suất hấp phụ cao nhất.

2.1. Tính chất của nano MnO2

Nano MnO2 có nhiều tính chất nổi bật, bao gồm khả năng hấp phụ cao và tính ổn định trong môi trường nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nano MnO2 có thể hấp phụ Rhodamine B hiệu quả trong khoảng pH từ 4 đến 9. Đặc biệt, việc điều chỉnh pH có thể làm tăng khả năng hấp phụ, giúp cải thiện hiệu suất xử lý nước thải. Hơn nữa, nano MnO2 có thể được tổng hợp dễ dàng và chi phí thấp, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng xử lý nước thải.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các thí nghiệm thực nghiệm để xác định khả năng hấp phụ của nano MnO2 đối với Rhodamine B. Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các điều kiện khác nhau như pH, thời gian tiếp xúc và liều lượng chất hấp phụ. Kết quả được phân tích bằng các phương pháp thống kê và mô hình hóa để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Phương pháp này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ mà còn cung cấp cơ sở cho việc tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải.

3.1. Quy trình thực nghiệm

Quy trình thực nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, điều chế nano MnO2, và thực hiện các thí nghiệm hấp phụ. Các mẫu nước thải chứa Rhodamine B được chuẩn bị với nồng độ xác định. Sau đó, nano MnO2 được thêm vào và quá trình hấp phụ được theo dõi trong các khoảng thời gian khác nhau. Kết quả được ghi nhận và phân tích để xác định hiệu suất hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano MnO2 có khả năng hấp phụ Rhodamine B hiệu quả, với hiệu suất hấp phụ đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Các yếu tố như pH, thời gian tiếp xúc và liều lượng chất hấp phụ đều có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp phụ. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này có thể giúp cải thiện hiệu suất xử lý nước thải. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng thực tiễn trong các nhà máy dệt nhuộm để giảm thiểu ô nhiễm.

4.1. Đánh giá hiệu suất hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ của nano MnO2 đối với Rhodamine B được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Kết quả cho thấy rằng ở pH 7, hiệu suất hấp phụ đạt tối đa. Thời gian tiếp xúc cũng là một yếu tố quan trọng, với thời gian tối ưu là 60 phút. Liều lượng chất hấp phụ cũng cần được điều chỉnh để đạt được hiệu suất cao nhất. Những phát hiện này cung cấp thông tin quý giá cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải hiệu quả.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chứng minh rằng nano MnO2 là một chất hấp phụ hiệu quả cho việc loại bỏ Rhodamine B từ dung dịch nước. Kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện như pH, thời gian tiếp xúc và liều lượng chất hấp phụ có thể nâng cao hiệu suất hấp phụ. Đề tài này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Cần tiếp tục nghiên cứu để mở rộng ứng dụng của nano MnO2 trong xử lý các chất ô nhiễm khác.

5.1. Kiến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Để nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, cần nghiên cứu thêm về các loại chất hấp phụ khác và kết hợp với các phương pháp xử lý khác. Việc nghiên cứu sâu hơn về cơ chế hấp phụ của nano MnO2 cũng sẽ giúp cải thiện quy trình xử lý. Ngoài ra, cần thực hiện các thí nghiệm quy mô lớn để đánh giá tính khả thi của việc áp dụng nano MnO2 trong thực tế.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành dệt may là một trong những ngành công nghiệp trọng điểm, giữ vị trí then chốt trong phát triển kinh tế tại Việt Nam. Tuy nhiên, quá trình sản xuất dệt nhuộm tiêu thụ một lượng nước rất lớn, phát sinh lượng nước thải bình quân từ 12 đến 300 $\text{m}^3$/tấn vải, trong đó công đoạn nấu tẩy và dệt nhuộm là nguồn phát thải ô nhiễm chính. Đặc tính nước thải dệt nhuộm có độ kiềm cao (pH từ 9 đến 12), hàm lượng chất hữu cơ cao (COD có thể lên tới 3000 mg/L), chất rắn lơ lửng (SS khoảng 2000 mg/L) và độ màu rất lớn (dao động từ 1.700 Pt-Co ở các cơ sở vừa và nhỏ, từ 140 đến 300 Pt-Co ở các nhà máy lớn). Nước thải chứa các hợp chất màu hữu cơ bền vững, khó phân hủy sinh học (POPs), làm giảm khả năng truyền ánh sáng vào nguồn nước, cản trở quá trình quang hợp của thủy sinh và tác động tiêu cực đến sức khỏe con người.

Rhodamine B ($\text{C}{28}\text{H}{31}\text{ClN}_2\text{O}_3$, phân tử khối 479,02 g/mol) là một loại phẩm nhuộm huỳnh quang cationic có độc tính cao, tan tốt trong nước và ethanol, bền vững với ánh sáng và nhiệt độ. Rhodamine B có thể gây kích ứng da, niêm mạc mắt, tổn thương đường hô hấp, nôn mửa, hủy hoại chức năng gan, thận, làm đứt gãy nhiễm sắc thể, biến đổi cấu trúc ADN và có khả năng gây ung thư dạ dày, ung thư gan (thực nghiệm trên chuột cho thấy liều lượng gây ung thư là 89,5 mg/kg qua đường uống hoặc tiêm tĩnh mạch). Mặc dù có độc tính cao, hợp chất này vẫn xuất hiện trong chất thải dệt nhuộm, phòng thí nghiệm sinh học và lạm dụng trong thực phẩm.

Nhằm giải quyết vấn đề xử lý triệt để phẩm màu Rhodamine B trong nước thải, công nghệ hấp phụ được lựa chọn nhờ các ưu điểm: thiết kế đơn giản, dễ vận hành, có thể áp dụng linh hoạt ở nhiều quy mô và sử dụng được các loại vật liệu có chi phí thấp. Đề tài "Nghiên cứu hấp phụ Rhodamine B từ dung dịch nước bằng nano $\text{MnO}_2$" do sinh viên Lê Thị Kim Khuê thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Sức tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm khảo sát khả năng ứng dụng của vật liệu nano $\text{MnO}_2$ để xử lý chất màu này.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác lập cụ thể gồm 5 nội dung:

1. Xác định các giá trị tối ưu hóa của các thông số vận hành: ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc, ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ.
2. Nghiên cứu động học hấp phụ: khảo sát mô hình động học giả bậc nhất (Lagergren) và động học giả bậc hai (Ho Y.S).
3. Nghiên cứu cân bằng hấp phụ: áp dụng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.
4. Nghiên cứu ảnh hưởng đồng vận của các tham số pH (A), nồng độ ban đầu $C_0$ (B) và khối lượng chất hấp phụ $m$ (C) bằng quy hoạch thực nghiệm trên phần mềm Minitab.
5. Tính toán và thiết kế hệ thống hấp phụ gián đoạn một giai đoạn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Nước thải dệt nhuộm bị nhiễm màu Rhodamine B được pha chế theo quy mô phòng thí nghiệm.
• Phạm vi nghiên cứu: Các thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh nhằm xác lập các thông số công nghệ tối ưu cho quá trình hấp phụ.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp giữa lý thuyết hóa học bề mặt, hóa lý môi trường và phương pháp quy hoạch thực nghiệm để đánh giá cơ chế hấp phụ Rhodamine B lên vật liệu nano $\text{MnO}_2$.

Khung lý thuyết và mô hình áp dụng

• Lý thuyết hấp phụ pha lỏng: Phân tích hai cơ chế chính gồm hấp phụ vật lý (lực tương tác Van der Waals yếu, liên kết hydro, quá trình thuận nghịch, nhiệt hấp phụ nhỏ) và hấp phụ hóa học (hình thành liên kết hóa học ion, cộng hóa trị hoặc phối trí giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, bất thuận nghịch, nhiệt hấp phụ có thể đạt tới 800 kJ/mol).
• Mô hình động học hấp phụ:
  • Phương trình động học giả bậc nhất (Lagergren): $$\frac{dq_t}{dt} = k_1(q_e - q_t) \iff \ln(q_e - q_t) = \ln q_e - k_1 t$$
  • Phương trình động học giả bậc hai (Ho Y.S): $$\frac{dq_t}{dt} = k_2(q_e - q_t)^2 \iff \frac{t}{q_t} = \frac{1}{k_2 q_e^2} + \frac{1}{q_e}t$$ Trong đó $q_e$ và $q_t$ (mg/g) là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm $t$; $k_1$ ($\text{min}^{-1}$) và $k_2$ ($\text{g}\cdot\text{mg}^{-1}\cdot\text{min}^{-1}$) là các hằng số tốc độ.
• Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ:
  • Phương trình đẳng nhiệt Langmuir: Biểu diễn quá trình hấp phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất về năng lượng: $$\frac{C_e}{q_e} = \frac{1}{K_L q_{max}} + \frac{C_e}{q_{max}}$$
  • Phương trình đẳng nhiệt Freundlich: Biểu diễn quá trình hấp phụ đa lớp trên bề mặt không đồng nhất: $$\log q_e = \log K_F + \frac{1}{n}\log C_e$$
• Mô hình quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken (RSM): Ứng dụng mô hình bề mặt đáp ứng 3 yếu tố, 3 mức với số thí nghiệm xác định theo công thức $N = 2k(k-1) + C_0$ ($k=3$ yếu tố, $C_0=3$ điểm tâm $\Rightarrow N = 15$ thí nghiệm). Mối quan hệ giữa biến đáp ứng $y$ (hiệu suất hấp phụ, %) và các biến độc lập được mô tả qua phương trình hồi quy bậc hai: $$y = a_0 + \sum a_i X_i + \sum a_{ii} X_i^2 + \sum a_{ij} X_i X_j + e$$
• Tiêu chuẩn môi trường áp dụng: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt may QCVN 13:2008/BTNMT (loại A quy định độ màu dưới 50 Pt-Co đối với nhà máy cũ và dưới 20 Pt-Co đối với nhà máy mới).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

• Phương pháp tổng hợp vật liệu: Chế tạo nano $\text{MnO}_2$ từ tiền chất $\text{MnSO}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$ và $\text{NaOH}$ bằng phương pháp kết tủa nhỏ giọt có hỗ trợ bức xạ vi sóng (microwave).
• Phương pháp phân tích đặc trưng vật liệu:
  • Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Xác định vi cấu trúc và kích thước hạt nano.
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Đánh giá hình thái bề mặt và độ xốp của hạt vật liệu.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Phân tích cấu trúc pha, độ kết tinh và kích thước tinh thể.
  • Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Nhận diện các nhóm chức hóa học trên bề mặt nano $\text{MnO}_2$.
• Phương pháp trắc quang UV-Vis: Định lượng nồng độ Rhodamine B dựa trên định luật Bouguer-Lambert-Beer ($A = \varepsilon \cdot L \cdot C$) tại bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda_{max} = 553\text{ nm}$. Xây dựng đường chuẩn tuyến tính $A = f(C)$ với độ chính xác $\pm 1%$ và sai số tương đối $\pm 5%$.
• Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng Microsoft Excel để xử lý dữ liệu thực nghiệm và phần mềm Minitab 18 để chạy phân tích phương sai ANOVA, hồi quy bề mặt đáp ứng và tối ưu hóa thông số.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này thiết lập cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. Tác giả nêu rõ thực trạng nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam với lượng phát thải lớn (12–300 $\text{m}^3$/tấn vải) và độ màu cao (lên tới 1.700 Pt-Co). Rhodamine B được xác định là chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, có cấu trúc bền vững khó xử lý bằng các phương pháp sinh học thông thường. Để giải quyết vấn đề này, đề tài xác định mục tiêu tổng hợp vật liệu nano $\text{MnO}_2$, tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng (pH, thời gian, liều lượng), mô hình hóa động học, đẳng nhiệt và ứng dụng quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken để tối ưu hóa quá trình hấp phụ gián đoạn trong phòng thí nghiệm.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 cung cấp hệ thống cơ sở lý luận chi tiết về ngành dệt nhuộm, chất màu Rhodamine B, các công nghệ xử lý nước thải và vật liệu hấp phụ:

• Hiện trạng ô nhiễm và các loại phẩm nhuộm: Phân tích đặc trưng các nhóm thuốc nhuộm công nghiệp (phân tán, trực tiếp, axit, hoạt tính, hoàn nguyên, lưu huỳnh, pigmen) và các chất trợ phát sinh trong từng công đoạn sản xuất (giũ hồ, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng, nhuộm, in, hoàn thiện).
• Đặc tính của Rhodamine B: Công thức hóa học $\text{C}{28}\text{H}{31}\text{ClN}_2\text{O}_3$, khối lượng phân tử 479,02 g/mol, nhiệt độ nóng chảy 210–211°C, độ tan trong nước khoảng 50 g/L (0,78 g/100g nước ở 26°C), hấp thụ cực đại ở $\lambda = 553\text{ nm}$ và phát huỳnh quang trong khoảng 550–650 nm. Độc tính sinh học gây biến đổi cấu trúc tế bào, tổn thương gan, thận và khả năng gây ung thư.
• Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm: So sánh ưu, nhược điểm của 5 phương pháp chính (Keo tụ – tạo bông, Hấp phụ, Oxy hóa nâng cao, Xử lý sinh học, Lọc màng).

Phương pháp	Cơ chế chính	Ưu điểm	Nhược điểm
Keo tụ – tạo bông	Dùng phèn nhôm/sắt, sữa vôi và polime để tạo bông hydroxit lắng cặn	Đơn giản, rẻ tiền, vật liệu dễ tìm, xử lý tốt chất rắn lơ lửng và độ màu	Tạo lượng bùn kim loại lớn (0,5–2,5 kg/$\text{m}^3$), tốn chi phí chôn lấp, COD chỉ giảm 60–70%
Hấp phụ	Hút chất tan lên bề mặt chất rắn xốp (than hoạt tính, zeolite, silicagel, oxit kim loại)	Dễ vận hành, xử lý được chất màu khó phân hủy sinh học, có khả năng tái sinh	Chi phí vật liệu cao nếu dùng than hoạt tính thương mại
Oxy hóa hóa học	Sử dụng $\text{O}_3$, $\text{Cl}_2$, Fenton ($\text{H}_2\text{O}_2/\text{Fe}^{2+}$) tạo gốc hydroxyl	Khử màu nhanh, phân hủy các chất hữu cơ bền	Chi phí hóa chất cao, $\text{Cl}_2$ tạo sản phẩm phụ AOX độc hại
Sinh học	Dùng bùn hoạt tính hiếu khí/kỵ khí phân hủy chất hữu cơ	Thân thiện môi trường, chi phí vận hành thấp, ổn định	Nhạy cảm với chất độc dệt nhuộm, không xử lý triệt để thuốc nhuộm POPs
Lọc màng (NF/RO)	Tách chất ô nhiễm qua màng bán thấm	Hiệu quả khử COD tới 99,5%, thu hồi nước sạch tới 70%	Chi phí đầu tư màng cao, dễ tắc nghẽn màng

• Chất hấp phụ nano $\text{MnO}_2$: Phân tích cấu trúc bát diện $[\text{MnO}_6]$ với các dạng thù hình ($\alpha, \beta, \gamma, \delta, \lambda$), kích thước nano giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, tăng số tâm hoạt tính và khả năng trao đổi ion. Tác giả tổng hợp các công trình quốc tế về nano $\text{MnO}_2$ trong xử lý chất màu Brilliant Green, Methylene Blue (dung lượng 627,1 mg/g theo Qin và cộng sự), Malachite Green và Congo Red.
• Cơ sở quy hoạch thực nghiệm: Trình bày toán học mô hình Box-Behnken 3 yếu tố 3 mức, phương trình hồi quy đa thức bậc hai và phần mềm Minitab 18.

Chương 3: Thực nghiệm

Chương 3 mô tả chi tiết toàn bộ hóa chất, dụng cụ, thiết bị và quy trình thực hiện các bước thí nghiệm:

• Hóa chất và thiết bị: Tiền chất $\text{MnSO}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$, $\text{NaOH}$, $\text{HNO}_3$, bột màu Rhodamine B tinh khiết; máy khuấy từ, máy lắc ổn nhiệt (120 vòng/phút), lò vi sóng (microwave), máy ly tâm, máy đo pH, máy quang phổ UV-Vis.
• Quy trình tổng hợp nano $\text{MnO}_2$:
  1. Hòa tan 15,1 g $\text{MnSO}_4$ và 8 g $\text{NaOH}$ trong các cốc chứa 100 mL nước cất riêng biệt.
  2. Cho dung dịch $\text{NaOH}$ vào buret 50 mL, nhỏ giọt từ từ (khoảng 10 giọt/phút) vào dung dịch $\text{MnSO}_4$ trong vòng 2 giờ kết hợp khuấy từ liên tục.
  3. Chiếu xạ vi sóng (microwave) hỗn hợp sau khuấy trong thời gian 15 phút.
  4. Để nguội, quay ly tâm và rửa kết tủa bằng nước cất nhiều lần đến khi đạt pH trung tính (~5,5).
  5. Thu hồi chất rắn, sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 150°C trong 24 giờ, thu được vật liệu nano $\text{MnO}_2$.
• Quy trình khảo sát đơn biến:
  • Khảo sát pH: Pha Rhodamine B, chuẩn bị 6 bình phản ứng, điều chỉnh pH bằng dung dịch $\text{NaOH}$ và $\text{HNO}_3$, lắc ở 120 vòng/phút trong 150 phút ở nhiệt độ phòng, lọc mẫu và đo mật độ quang UV-Vis.
  • Khảo sát thời gian tiếp xúc: Thực hiện ở pH tối ưu, vận tốc lắc 120 vòng/phút, lấy mẫu phân tích tại các mốc thời gian 20, 40, 60, 80, 100 và 120 phút.
  • Khảo sát liều lượng chất hấp phụ: Cân các lượng nano $\text{MnO}_2$ khác nhau, tiến hành hấp phụ trong 120 phút tại pH tối ưu.
• Quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken: Thiết lập ma trận 15 thí nghiệm ngẫu nhiên trên phần mềm Minitab 18 với 3 yếu tố mã hóa ở 3 mức (-1, 0, +1):
  • Yếu tố A (pH): mức thấp (-1) = 3; mức tâm (0) = 4,35; mức cao (+1) = 5,7.
  • Yếu tố B (Nồng độ ban đầu $C_0$, mg/L).
  • Yếu tố C (Khối lượng chất hấp phụ $m$, g).
  • Điều kiện cố định: Thể tích dung dịch $V = 50\text{ mL}$, thời gian lắc 120 phút ở nhiệt độ phòng.

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Chương 4 phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình nghiên cứu:

• Đặc trưng vật liệu: Dữ liệu hình thái học từ ảnh TEM và SEM chứng minh sự hình thành của các hạt nano $\text{MnO}_2$ có kích thước nhỏ, phân bố đồng đều và cấu trúc xốp. Giản đồ XRD xác định cấu trúc pha tinh thể của $\text{MnO}_2$. Phổ FTIR ghi nhận các dải hấp thụ đặc trưng của liên kết $\text{Mn-O}$ và các nhóm hydroxyl bề mặt tham gia vào quá trình hấp phụ.
• Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ: Phân tích sự biến thiên hiệu suất loại bỏ Rhodamine B theo sự thay đổi của pH môi trường, thời gian tiếp xúc và khối lượng vật liệu nano $\text{MnO}_2$.
• Mô hình động học và cân bằng hấp phụ: Đánh giá độ tương thích của các số liệu thực nghiệm thông qua hệ số tương quan $R^2$ với phương trình động học giả bậc nhất (Lagergren), giả bậc hai (Ho Y.S) và các phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich.
• Phân tích bề mặt đáp ứng Box-Behnken: Trình bày bảng phân tích phương sai ANOVA cho 3 biến A, B, C; xác định phương trình hồi quy bậc hai mô tả hiệu suất hấp phụ; phân tích đồ thị bề mặt đáp ứng và đồ thị tương tác giữa các yếu tố công nghệ để chỉ ra vùng điều kiện tối ưu.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương 5 tóm tắt các kết quả đạt được về khả năng chế tạo nano $\text{MnO}_2$ bằng vi sóng và hiệu quả xử lý Rhodamine B; đồng thời kiến nghị các hướng phát triển tiếp theo như mở rộng thử nghiệm trên nguồn nước thải thực tế và thiết kế hệ thống vận hành liên tục.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính của nghiên cứu

• Tổng hợp thành công vật liệu nano $\text{MnO}_2$: Đã thiết lập được quy trình điều chế nano $\text{MnO}_2$ ổn định trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp kết tủa từ $\text{MnSO}_4$ và $\text{NaOH}$ với sự hỗ trợ của chiếu xạ vi sóng trong 15 phút và sấy ở 150°C trong 24 giờ.
• Đặc trưng hóa cấu trúc vật liệu: Xác lập đầy đủ bộ thông số đặc trưng cấu trúc của nano $\text{MnO}_2$ qua 4 kỹ thuật hiện đại gồm ảnh TEM (vi cấu trúc hạt), ảnh SEM (hình thái bề mặt xốp), phổ XRD (độ kết tinh pha) và phổ FTIR (các nhóm chức bề mặt).
• Đánh giá các quy luật hấp phụ:
  • Khảo sát ảnh hưởng của các thông số vận hành đơn biến (pH, thời gian tiếp xúc $t = 20-120\text{ phút}$, liều lượng chất hấp phụ $m$).
  • Xác định các hằng số động học theo mô hình giả bậc nhất và giả bậc hai.
  • Xác định các thông số dung lượng hấp phụ cực đại $q_{max}$ và hằng số ái lực $K_L, K_F$ theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
• Tối ưu hóa đa biến bằng quy hoạch thực nghiệm: Xây dựng thành công mô hình Box-Behnken gồm 15 mẻ thí nghiệm với 3 biến ảnh hưởng chính (pH từ 3 đến 5,7; nồng độ $C_0$; khối lượng $m$), phân tích ANOVA và xác lập phương trình hồi quy bề mặt đáp ứng mô tả chính xác hiệu suất xử lý Rhodamine B trên Minitab 18.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

• Ứng dụng quy trình tổng hợp nano $\text{MnO}_2$ hỗ trợ vi sóng như một giải pháp chế tạo chất hấp phụ nhanh, tiết kiệm năng lượng và chi phí.
• Sử dụng mô hình toán học từ quy hoạch thực nghiệm để tính toán, thiết kế hệ thống xử lý hấp phụ gián đoạn một giai đoạn, giúp kiểm soát hiệu quả nồng độ thuốc nhuộm trong nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Đóng góp mới của đề tài

• Đây là một trong những công trình nghiên cứu thực nghiệm trong nước đầu tiên khảo sát một cách có hệ thống việc sử dụng vật liệu nano $\text{MnO}_2$ điều chế bằng vi sóng để hấp phụ chất màu hữu cơ độc hại Rhodamine B từ môi trường nước.
• Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện kết hợp giữa khảo sát cơ chế hóa lý (động học, đẳng nhiệt) và phương pháp tối ưu hóa thống kê (RSM Box-Behnken), tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng oxit kim loại kích thước nano vào công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm tại Việt Nam.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Thí nghiệm mới được tiến hành trên nguồn nước thải nhân tạo pha chế trong phòng thí nghiệm (dung dịch Rhodamine B đơn cấu tử trong nước cất), chưa đánh giá trên nền nước thải dệt nhuộm thực tế vốn có thành phần phức tạp chứa nhiều ion kim loại, chất trợ nhuộm, chất hoạt động bề mặt và độ mặn cao.
• Nghiên cứu chỉ tập trung vào mô hình hấp phụ gián đoạn (batch adsorption), chưa khảo sát trên mô hình dòng chảy liên tục (cột hấp phụ cố định - fixed-bed column) vốn là hình thức phổ biến trong các trạm xử lý nước thải công nghiệp.
• Chưa khảo sát chi tiết khả năng giải hấp, quy trình tái sinh và độ bền làm việc qua nhiều chu kỳ tái sử dụng của vật liệu nano $\text{MnO}_2$.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng thử nghiệm xử lý hấp phụ trên các mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế thu thập từ các nhà máy sản xuất để đánh giá ảnh hưởng cạnh tranh của các chất ô nhiễm khác.
• Thiết kế, chế tạo và vận hành mô hình cột hấp phụ liên tục quy mô pilot để xác định các thông số đường cong xuyên phá (breakthrough curve).
• Nghiên cứu các phương pháp giải hấp, thu hồi Rhodamine B và đánh giá hiệu quả tái sinh của vật liệu nano $\text{MnO}_2$ qua nhiều chu kỳ hấp phụ – giải hấp.

---

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng và mục đích nghiên cứu sau:

• Sinh viên và học viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu: Là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hấp phụ xử lý chất ô nhiễm nước, từ khâu chế tạo vật liệu, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng, đến xử lý dữ liệu hóa lý.
• Người nghiên cứu về vật liệu nano oxit kim loại: Phần quy trình tổng hợp nano $\text{MnO}_2$ hỗ trợ vi sóng (Chương 3) và các phân tích đặc trưng TEM, SEM, XRD, FTIR (Chương 4) cung cấp quy trình chế tạo chi tiết, có thể kế thừa cho các nghiên cứu tổng hợp vật liệu xử lý môi trường khác.
• Người nghiên cứu ứng dụng toán tối ưu trong môi trường: Phần phương pháp quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken 3 yếu tố 3 mức và kỹ thuật phân tích ANOVA trên phần mềm Minitab 18 là tài liệu mẫu rõ ràng, giúp rút ngắn thời gian và số lượng thí nghiệm khi nghiên cứu các hệ xử lý đa biến.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu nano $\text{MnO}_2$ trong khóa luận được tổng hợp từ những hóa chất nào và bằng phương pháp gì?
Vật liệu được tổng hợp từ hai tiền chất chính là Mangan sunfat ($\text{MnSO}_4\cdot\text{H}_2\text{O}$ 1M, dùng 15,1 g) và Natri hydroxit ($\text{NaOH}$ 1M, dùng 8 g) trong môi trường nước cất. Quy trình thực hiện bằng phương pháp kết tủa nhỏ giọt (tốc độ 10 giọt/phút trong 2 giờ) kết hợp khuấy từ, sau đó hỗn hợp được chiếu xạ vi sóng (microwave) trong 15 phút, ly tâm, rửa sạch đến pH trung tính (~5,5) và sấy khô ở 150°C trong 24 giờ.

2. Bước sóng hấp thụ cực đại ($\lambda_{max}$) của Rhodamine B được xác định trong nghiên cứu là bao nhiêu?
Theo kết quả đo phổ quét trắc quang UV-Vis trong văn bản, dung dịch nước của Rhodamine B hấp thụ mạnh ở hai bước sóng 517 nm và 552 nm, trong đó bước sóng hấp thụ cực đại chính xác dùng để lập đường chuẩn định lượng là $\lambda_{max} = 553\text{ nm}$.

3. Nghiên cứu đã áp dụng mô hình quy hoạch thực nghiệm nào và khảo sát những biến số nào?
Đề tài sử dụng mô hình quy hoạch thực nghiệm bề mặt đáp ứng Box-Behnken với 3 yếu tố và 3 mức mã hóa (-1, 0, +1), triển khai tổng cộng 15 thí nghiệm (gồm 12 điểm thực nghiệm và 3 điểm tâm). Ba biến độc lập được khảo sát gồm: Yếu tố A (pH ở các mức 3; 4,35; 5,7), Yếu tố B (Nồng độ ban đầu $C_0$) và Yếu tố C (Khối lượng chất hấp phụ $m$), với thể tích dung dịch cố định $V = 50\text{ mL}$ và thời gian lắc 120 phút.

4. Những kỹ thuật phân tích hiện đại nào đã được tác giả sử dụng để đặc trưng hóa nano $\text{MnO}_2$?
Bốn kỹ thuật phân tích vật lý - hóa lý được sử dụng gồm: Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để khảo sát vi cấu trúc kích thước hạt; Kính hiển vi điện tử quét (SEM) để chụp hình thái bề mặt; Nhiễu xạ tia X (XRD) để kiểm tra độ kết tinh và cấu trúc tinh thể; và Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) để phân tích thành phần nhóm chức liên kết trên bề mặt vật liệu.

5. Vì sao tác giả lựa chọn phương pháp hấp phụ bằng nano $\text{MnO}_2$ thay vì các phương pháp xử lý truyền thống?
Phương pháp hấp phụ được lựa chọn vì có ưu điểm dễ thiết kế, dễ vận hành, chi phí hợp lý và có khả năng loại bỏ các chất màu hữu cơ bền vững khó phân hủy sinh học (POPs). Vật liệu $\text{MnO}_2$ ở kích thước nano sở hữu diện tích bề mặt tiếp xúc lớn, mật độ tâm hoạt tính cao và khả năng trao đổi ion mạnh, giúp nâng cao hiệu suất xử lý so với $\text{MnO}_2$ dạng khối hoặc các vật liệu hấp phụ truyền thống đắt tiền.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Kim Khuê đã thực hiện thành công quy trình chế tạo vật liệu nano $\text{MnO}_2$ bằng phương pháp kết tủa hỗ trợ vi sóng và chứng minh hiệu quả ứng dụng trong việc hấp phụ chất màu hữu cơ độc hại Rhodamine B từ môi trường nước. Nghiên cứu đã làm sáng tỏ các quy luật động học (giả bậc nhất, giả bậc hai), cân bằng đẳng nhiệt (Langmuir, Freundlich) và tối ưu hóa thành công các thông số vận hành (pH, nồng độ ban đầu, liều lượng chất hấp phụ) thông qua quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken trên phần mềm Minitab 18. Các kết quả thực nghiệm đạt được là cơ sở khoa học và dữ liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm ô nhiễm phẩm màu tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước là một tài nguyên vô tận, giữ một vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển sinh quyển. Không thể có sự sống khi không có nước. Nước còn giữ một vai trò chủ chốt trong sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống.

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, khoa học kỹ thuật và cuộc sống của con người được nâng cao, thì nhu cầu về nước ngày càng nhiều, nhưng sự ô nhiễm môi trường nước xảy ra ngày một nghiêm trọng hơn. Các nguồn gây ô nhiễm của nước là do chính các hoạt động của con người. Một trong những nguồn chất thải bị ô nhiễm nguồn nước đó là từ các khu công nghiệp như ngành luyện kim, thuộc da, chế biến lâm, hải sản,.hay trong nông nghiệp từ việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, sự đào thải của động, thực vật,. Tại Việt Nam, ngành dệt may là một trong số những ngành công nghiệp trọng điểm giữ vị trí then chốt mang tính chiến lược trong sự nghiệp phát triển của nền kinh tế quốc dân.

Thế nhưng, bài toán nan giải nhất cho ngành chính là vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm sao cho hiệu quả triệt để nhất. Cụ thể, các công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lượng nước khá lớn để phục vụ cho các công đoạn sản xuất, đồng thời lượng nước thải sau khi sử dụng được xả ra bình quân từ 12 – 300 m3/tấn vải. Trong đó nguồn ô nhiễm chính là nước thải ở công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy [2]. Đặc biệt là công đoạn dệt nhuộm, nước thải còn mang theo những màu nhuộm ra ngoài.

Nhiều doanh nghiệp còn thải trực tiếp ra ngoài mà không thông qua một hệ thống xử lý nước nào. Độ màu của nước thải rất cao đặc biệt ở các nhà máy vừa và nhỏ dao động từ 1.700 Pt – Co, chứng tỏ lượng thuốc nhuộm được sử dụng cho các cơ sở này còn dư khá nhiều sau quá trình. Trong khi đó, tại các nhà máy lớn độ màu chỉ thay đổi trong khoảng 140 đến 300 Pt – Co, chứng tỏ thuốc nhuộm đã được sử dụng khá triệt để. Ảnh hưởng đến vẻ mỹ quan của nước thải, 1 do an cũng như khả năng xử lý nước thải.

Ảnh hưởng đến môi trường sống của các loài thủy sản sống dưới nước. Với tính nghiêm trọng về sự ô nhiễm chất màu dệt nhuộm trong các nguồn nước như hiện nay cần phải có một giải pháp công nghệ thích hợp để loại bỏ chất ô nhiễm bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Công nghệ hấp phụ đã được chúng tôi lựa chọn do có những ưu điểm so với các công nghệ khác như dễ thiết kế, dễ vận hành và có thể thực hiện ở mọi cấp độ quy mô. Trên cơ sở đó đề tài “Nghiên cứu hấp phụ Rhodamine B từ dung dịch nƣớc bằng nano MnO2” được chúng tôi tiến hành nhằm đóng góp vào quá trình xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm chất màu nói riêng và các chất ô nhiễm hữu cơ nói chung trong các nguồn nước và nước thải ở Việt Nam.

Nội dung nghiên cứu Có nhiều loại phẩm nhuộm có độc tính cao nhưng vẫn được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm và cả công nghiệp thực phẩm. Một trong số đó là chất màu Rhodamine B, nó được sử dụng rộng rãi để tạo màu và nhuộm màu trong công nghiệp sợi, nhuộm màu trong phòng thí nghiệm để xét nghiệm tế bào, được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh quang,.và đặc biệt là trong thực phẩm. Trong đề tài luận văn kì này, tôi chú ý nghiên cứu về các loại phẩm màu nói chung và đặc biệt là phẩm màu Rhodamine B nói riêng về các vấn đề nguy hiểm mà nó ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khỏe con người. Vì mức độ cấp thiết trên, nên trong tất cả các phương pháp, tôi đã chọn phương pháp nghiên cứu về khả năng hấp phụ Rhodamine B bằng nano MnO2.

Đối tƣợng nghiên cứu Nước thải dệt nhuộm bị nhiễm màu Rhodamine B. Nước thải dệt nhuộm pha theo quy mô phòng thí nghiệm. Phạm vi nghiên cứu Thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với mục đích xác lập các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ Rhodamine B bằng nano MnO2. Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu khả năng xử lý màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp nano MnO2 thông qua các kết quả: - Xác định được các giá trị tối ưu hóa của các thông số: • Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ • Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc • Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ - Nghiên cứu động học hấp phụ • Động học giả bậc nhất • Động học giả bậc hai - Nghiên cứu cân bằng hấp phụ • Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir • Mô hình hấp phụ Freundlich - Nghiên cứu ảnh hưởng đồng vận của các tham số pH, nồng độ ban đầu Co và khối lượng m bằng phần mềm Minitab - Thiết kế hệ thống hấp phụ gián đoạn một giai đoạn.

Phƣơng pháp nghiên cứu – Phương pháp kế thừa: Tìm kiếm, nghiên cứu, lựa chọn, phân tích, tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước liên quan về dệt nhuộm, thành phần của nước thải dệt nhuộm, các loại màu dệt nhuộm, về nano MnO2,…làm cơ sở đề xuất định hướng nghiên cứu. – Tiến hành thí nghiệm theo nội dung nghiên cứu để thu được kết quả: Nghiên cứu các ảnh hưởng của vật liệu nano MnO2 đến khả năng hấp phụ của 3 do an Rhodamine B thông qua các thông số pH, thời gian tiếp xúc, liều lượng chất hấp phụ, thực nghiệm Minitab,… – Phương pháp thu thập số liệu từ việc nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm:  Khảo sát hình thái bề mặt và cấu trúc của nano MnO2 bằng phương pháp chụp SEM (Scanning Electron Microscope)  Nghiên cứu vi cấu trúc của vật liệu nano MnO2 bằng phương pháp chup TEM (Transmission Electron Microscope, viết tắt là TEM)  Nghiên cứu độ kết tinh và tinh thể của nano MnO2 thông qua phương pháp chụp XRD (X–ray Diffraction)  Khảo sát thành phần cấu trúc bề mặt của MnO2 bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrophotometer). – Phương pháp lập đường chuẩn:  Đo quang phổ: Đề tài “Nghiên cứu hấp phụ Rhodamine B từ dung dịch nước bằng nano MnO2” sử dụng phương pháp trắc quang là chủ yếu. Nguyên tắc chung của phương pháp là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng các chất cần xác định.

Cơ sở của phương pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer Lambert – Beer. Khi chiếu bức xạ đơn sắc  có cường độ I0 qua dung dịch chứa cấu tử khảo sát có nồng độ C, bề dày dung dịch L, độ hấp thu tỷ lệ với bề dày dung dịch và tỷ lệ với nồng độ cấu tử đang khảo sát trong dung dịch: (3.1) Phương trình Aλ = K.(Cx)b là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV–Vis. Trong đó: Cx: Nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch 4 do an L : Bề dày curvet ε: Hệ số hấp thụ quang phân tử, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới (ε = f(λ)) k: Hằng số thực nghiệm b: Hằng số có giá trị 0 < b ≤ 1, là hệ số gắn liền với nồng độ Cx Đo mật độ quang ở bước sóng đã chọn cho mỗi màu thuốc nhuộm nghiên cứu ta sẽ có mối quan hệ giữa độ hấp phụ (A) và nồng độ màu còn lại sau khi bị hấp phụ (Ce).  Sai số trong phép đo phổ hấp thu UV – Vis Sự lệch khỏi định luật Lambert – Beer của sự phụ thuộc giữa mật độ quang phổ A và nồng độ C của hợp chất hấp thụ ánh sáng.

Những yếu tố làm ảnh hưởng đến độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch là: bước sóng của ánh sáng tới (ánh sáng không đơn sắc,…) và các yếu tố gây ảnh hưởng tới C (sự pha loãng dung dịch, nồng độ ion H+, có các ion lạ trong dung dịch…) Nguồn bức xạ điện từ có cường độ Io không ổn định (do hiệu thế nguồn không ổn định). Do vậy cường độ bức xạ điện từ đơn sắc chiếu qua dung dịch ở các thời điểm khác nhau là không như nhau. Do để cuvet đựng mẫu ở vị trí không đúng hay hoặc ở vị trí không cố định trong lúc đo. Sai số chủ quan do người thực hiện phép đo phạm phải khi đo các giá trị mật độ quang A hay độ truyền quang T.

Tổng sai số tuyệt đối phạm phải từ 0. Độ lặp lại (độ chính xác) của phương pháp là ±1%, sai số tương đối ±5%.  Phương pháp đường chuẩn Để xác định nồng độ màu sau khi bị hấp phụ ta phải xây dựng một đường chuẩn A =f(C). Đường chuẩn được thiết lập trên một loạt dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ nằm trong vùng tuyến tính tuân theo định luật Lambert – Beer.

Nồng độ của mẫu được suy ra từ đồ thị A =f(C) khi biết độ hấp thu A. 5 do an – Phương pháp xử lý số liệu: áp dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu nghiên cứu.  Kết quả thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm Excel.  Sử dụng các dạng đồ thị, biểu đồ để biểu diễn kết quả thí nghiệm, từ đó so sánh, đánh giá kết quả đạt được.

– Phương pháp chuyên gia: Những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô hướng dẫn nói riêng và những truyền đạt trong quá trình học tập của các thầy cô trong ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường sẽ là một trong những yếu tố quan trọng cho sự thành công của đề tài nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học Kết quả của đề tài là những dẫn chứng khoa học thực tế cho thấy cái nhìn rõ ràng hơn về tác dụng của nano MnO2 trong quá trình xử lý màu Rhodamine B trong nước thải dệt nhuộm với quy mô phòng thí nghiệm nói riêng và các nhà máy dệt nhuộm nói chung. Đồng thời nó cũng là cơ sở khoa học để ứng dụng trong nghiên cứu để xử lý các loại màu nhuộm khác nhau.

Thông qua đó, ta thiết kế hệ thống gián đoạn một giai đoạn để giải bài toán hiệu suất một cách nhanh chống.