Luận văn thạc sĩ cố định zno trên tro trấu làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng trông thấy

Nghiên cứu ứng dụng ZnO trên tro trấu làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng nhìn thấy, mang lại giải pháp bền vững.

• Tác giả: Vũ Thị Bích Ngọc
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Thị Hương Huế
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa môi trường
• Đề tài: Cố định ZnO trên tro trấu làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng trông thấy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Công nghiệp dệt nhuộm và sự ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm
• 1.2. Công nghiệp dệt nhuộm
• 1.3. Nguy cơ ô nhiễm bởi nƣớc thải dệt nhuộm
• 1.4. Các phƣơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm và xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
• 1.4.1. Các phƣơng pháp ngăn ngừa, giảm thiểu ô nhiễm có thể đƣợc thực hiện trong quá trình sản xuất
• 1.4.2. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
• 1.5. Giới thiệu về cơ chế quang xúc tác
• 1.6. Giới thiệu về oxit ZnO và tro trấu
• 1.7. Vật liệu nano ZnO
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.2. Chuẩn bị hóa chất
• 2.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vật liệu
• 2.3.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X
• 2.3.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.3. Phƣơng pháp tán xạ năng lƣợng tia X (EDX – Energy Dispersive Analysis of X-rays)
• 2.3.4. Phƣơng pháp phổ hấp thụ UV-Vis
• 2.3.5. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR
• 2.4. Phƣơng pháp đánh giá hiệu quả quang xúc tác đối với nƣớc thải dệt nhuộm
• 2.5. Tổng hợp vật liệu ZnO-tro trấu
• 2.5.1. Tổng hợp vật liệu ZnO nguyên chất
• 2.5.2. Điều chế tro trấu từ vỏ trấu
• 2.5.3. Tổng hợp vật liệu ZnO-tro trấu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp và đặc trƣng của vật liệu ZnO-tro trấu
• 3.1.1. Tổng hợp vật liệu ZnO-tro trấu (nghiên cứu ảnh hƣởng của hàm lƣợng tro trấu)
• 3.1.2. Nghiên cứu các đặc trƣng của vật liệu ZnO-tro trấu
• 3.2. Ảnh hƣởng của pH dung dịch
• 3.3. Ảnh hƣởng của nồng độ xanh metylen
• 3.4. Ảnh hƣởng của lƣợng xúc tác ZnO-tro trấu
• 3.5. Khảo sát khả năng tái sử dụng của xúc tác ZnO-tro trấu
• 3.6. Khả năng xử lý nƣớc thải dệt nhuộm làng nghề Dƣơng Nội- Hà Đông – Hà Nội của xúc tác ZnO-tro trấu 6%
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về quang xúc tác ZnO trên tro trấu

Quang xúc tác ZnO là một trong những công nghệ tiên tiến trong việc xử lý nước thải, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm. Tro trấu, một sản phẩm phụ từ nông nghiệp, đã được nghiên cứu và ứng dụng như một vật liệu hỗ trợ cho quá trình này. Việc kết hợp ZnO với tro trấu không chỉ giúp tăng cường hiệu suất quang xúc tác mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

1.1. Quá trình quang xúc tác và vai trò của ZnO

Quá trình quang xúc tác diễn ra khi ZnO hấp thụ ánh sáng và tạo ra các gốc tự do, giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải. ZnO có vùng cấm rộng, cho phép nó hoạt động hiệu quả dưới ánh sáng tử ngoại và khả kiến.

1.2. Tính chất của tro trấu và ứng dụng trong quang xúc tác

Tro trấu chứa nhiều silica và carbon, giúp tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng và cải thiện tính chất quang xúc tác của ZnO. Việc sử dụng tro trấu không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải dệt nhuộm và thách thức xử lý

Ngành công nghiệp dệt nhuộm là một trong những nguồn gây ô nhiễm nước nghiêm trọng. Nước thải từ quá trình này chứa nhiều hóa chất độc hại và phẩm màu khó phân hủy. Việc xử lý nước thải hiệu quả là một thách thức lớn đối với các nhà máy và cơ sở sản xuất.

2.1. Nguy cơ ô nhiễm từ nước thải dệt nhuộm

Nước thải dệt nhuộm thường chứa các hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và phẩm màu, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Đặc biệt, các chất này có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn.

2.2. Thách thức trong việc xử lý nước thải

Việc xử lý nước thải dệt nhuộm gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của các hợp chất có trong nước thải. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm này.

III. Phương pháp quang xúc tác sử dụng ZnO trên tro trấu

Phương pháp quang xúc tác sử dụng ZnO trên tro trấu đã được nghiên cứu và chứng minh hiệu quả trong việc phân hủy các phẩm màu hữu cơ. Quy trình này bao gồm việc tổng hợp vật liệu và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất quang xúc tác.

3.1. Tổng hợp vật liệu ZnO tro trấu

Quá trình tổng hợp vật liệu ZnO-tro trấu bao gồm việc kết hợp ZnO với tro trấu qua các phương pháp hóa học. Vật liệu thu được có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và hoạt động hiệu quả trong quá trình quang xúc tác.

3.2. Khảo sát hiệu suất quang xúc tác

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu suất quang xúc tác của vật liệu ZnO-tro trấu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nồng độ chất màu và lượng xúc tác. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn của quang xúc tác ZnO trên tro trấu

Quang xúc tác ZnO trên tro trấu đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu thực tiễn, đặc biệt là trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

4.1. Kết quả nghiên cứu tại làng nghề Dương Nội

Nghiên cứu tại làng nghề Dương Nội cho thấy vật liệu ZnO-tro trấu có khả năng xử lý hiệu quả nước thải dệt nhuộm, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp

Với những ưu điểm vượt trội, quang xúc tác ZnO trên tro trấu có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào các nhà máy dệt nhuộm, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí xử lý nước thải.

V. Kết luận và tương lai của quang xúc tác ZnO trên tro trấu

Quang xúc tác ZnO trên tro trấu là một giải pháp hứa hẹn cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm. Nghiên cứu và phát triển công nghệ này sẽ góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất trong ngành dệt nhuộm.

5.1. Tương lai của nghiên cứu quang xúc tác

Nghiên cứu về quang xúc tác ZnO trên tro trấu cần tiếp tục được mở rộng để tìm ra các phương pháp tối ưu hơn, nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng trong thực tiễn.

5.2. Định hướng phát triển bền vững

Việc áp dụng quang xúc tác ZnO trên tro trấu không chỉ giúp xử lý nước thải hiệu quả mà còn góp phần vào phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và tài nguyên thiên nhiên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và sự gia tăng ô nhiễm môi trường, nước sạch ngày càng trở nên khan hiếm và ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt tại các khu công nghiệp và làng nghề ở Việt Nam. Ngành công nghiệp dệt nhuộm, với kim ngạch xuất khẩu đạt gần 10,5 tỷ USD năm 2010, đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nhưng cũng là nguồn gây ô nhiễm nước thải nghiêm trọng do chứa nhiều hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học như phẩm màu metylen xanh. Nước thải dệt nhuộm có pH dao động từ 9 đến 12, hàm lượng COD từ 1000 đến 3000 mg/l, độ màu có thể lên tới 5000 Pt-Co, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Mục tiêu nghiên cứu là chế tạo vật liệu quang xúc tác ZnO cố định trên tro trấu để phân hủy phẩm màu hữu cơ dưới ánh sáng nhìn thấy, khảo sát đặc trưng vật liệu và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả quang xúc tác, đồng thời ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm tại làng nghề Dương Nội, Hà Nội. Nghiên cứu thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Việt Nam, tập trung vào vật liệu ZnO-tro trấu với hàm lượng tro trấu biến đổi từ 4% đến 8%. Kết quả nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ xử lý nước thải thân thiện môi trường, tận dụng nguồn nguyên liệu nông nghiệp dư thừa, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước tại các khu vực làng nghề.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên lý thuyết quang xúc tác bán dẫn, trong đó ZnO là chất bán dẫn loại A(II)B(VI) với vùng cấm rộng khoảng 3,3 eV, có khả năng hấp thụ ánh sáng tử ngoại và một phần ánh sáng nhìn thấy. Khi chiếu sáng, electron từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn tạo ra các cặp electron-lỗ trống, kích hoạt các phản ứng oxi hóa khử trên bề mặt xúc tác, sinh ra các gốc tự do hydroxyl (HO•) và super oxit (O2•−) có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ bền vững như phẩm màu metylen xanh.

Tro trấu, sản phẩm phụ của quá trình đốt vỏ trấu, chứa chủ yếu silic ở dạng tinh thể và có tính xốp cao, được sử dụng làm giá thể cố định ZnO nhằm tăng diện tích bề mặt xúc tác, cải thiện khả năng hấp phụ và ổn định hoạt tính quang xúc tác. Các khái niệm chính bao gồm: vùng cấm năng lượng (band gap), cơ chế tạo gốc hoạt động trên vật liệu bán dẫn, khuyết tật tinh thể ZnO (sai hỏng Schottky và Frenkel), và quá trình quang phân hủy phẩm màu hữu cơ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp vật liệu ZnO nguyên chất và ZnO-tro trấu với hàm lượng tro trấu từ 4% đến 8%. Tro trấu được điều chế bằng cách nung vỏ trấu sạch ở 500°C trong điều kiện hiếm khí. Vật liệu ZnO được tổng hợp qua phản ứng kết tủa giữa dung dịch Zn(NO3)2 0,4M và H2C2O4 0,6M, sau đó sấy và nung ở 400°C.

Phân tích đặc trưng vật liệu sử dụng các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc tinh thể và kích thước hạt; hiển vi điện tử quét (SEM) để quan sát hình thái bề mặt; phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) để xác định thành phần nguyên tố; phổ hấp thụ UV-Vis để xác định vùng cấm năng lượng; phổ hồng ngoại (IR) để nhận diện nhóm chức.

Phân tích hiệu quả quang xúc tác thực hiện bằng cách xử lý dung dịch xanh metylen 10 ppm với lượng xúc tác 0,2 g trong 100 ml, chiếu sáng bằng đèn compact 36W (phổ ánh sáng 400-700 nm) trong 150 phút, đo mật độ quang tại bước sóng 665 nm để tính hiệu suất phân hủy. Chỉ số COD của nước thải được xác định bằng phương pháp đicromat. Cỡ mẫu thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để đảm bảo độ tin cậy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng hàm lượng tro trấu đến hiệu suất quang xúc tác: Vật liệu ZnO-tro trấu với hàm lượng tro trấu 6% đạt hiệu suất phân hủy xanh metylen cao nhất, lên tới 95% sau 150 phút chiếu sáng, vượt trội so với các mẫu 4% (79,6%) và 8% (87,0%). Điều này cho thấy hàm lượng tro trấu tối ưu giúp tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng hấp phụ, đồng thời duy trì cấu trúc tinh thể ZnO ổn định.

2. Ảnh hưởng pH dung dịch: Hiệu suất phân hủy xanh metylen cao nhất đạt được ở pH trung tính (khoảng 7), giảm khi pH quá cao hoặc quá thấp do ảnh hưởng đến sự tích điện bề mặt xúc tác và trạng thái ion của phẩm màu.

3. Ảnh hưởng nồng độ xanh metylen: Khi nồng độ xanh metylen tăng từ 5 ppm lên 20 ppm, hiệu suất phân hủy giảm từ khoảng 95% xuống còn khoảng 80%, do sự cạnh tranh hấp phụ và giới hạn khả năng tạo gốc tự do trên bề mặt xúc tác.

4. Khả năng tái sử dụng xúc tác: Sau 5 lần sử dụng liên tiếp, hiệu suất phân hủy chỉ giảm nhẹ từ 95% xuống còn khoảng 85%, chứng tỏ vật liệu ZnO-tro trấu có độ bền và khả năng tái sử dụng cao.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất quang xúc tác cao của ZnO-tro trấu 6% được giải thích bởi sự cân bằng giữa diện tích bề mặt tăng lên nhờ tro trấu và duy trì cấu trúc tinh thể ZnO không bị biến đổi. Tro trấu cung cấp bề mặt xốp giúp hấp phụ tốt hơn các phân tử xanh metylen, đồng thời giảm tốc độ tái kết hợp electron-lỗ trống, tăng thời gian sống của các hạt tải điện, từ đó tăng hiệu quả tạo gốc hydroxyl phân hủy phẩm màu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây về ZnO nguyên chất và TiO2, vật liệu ZnO-tro trấu cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy tốt hơn và hiệu quả xử lý cao hơn dưới ánh sáng đèn compact mô phỏng ánh sáng mặt trời. Các biểu đồ XRD và SEM minh họa rõ sự phân bố đồng đều của ZnO trên bề mặt tro trấu, kích thước hạt nano khoảng 20-30 nm, phù hợp với hoạt tính quang xúc tác cao.

Việc duy trì hiệu suất cao sau nhiều lần tái sử dụng cho thấy vật liệu có tính ổn định hóa học và cơ học tốt, phù hợp ứng dụng thực tế trong xử lý nước thải dệt nhuộm tại các làng nghề như Dương Nội, Hà Nội, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng vật liệu ZnO-tro trấu 6% trong xử lý nước thải dệt nhuộm: Khuyến nghị các cơ sở sản xuất làng nghề sử dụng vật liệu này để xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường, nhằm giảm COD và độ màu, cải thiện chất lượng nước. Thời gian áp dụng dự kiến trong vòng 1-2 năm.

2. Phát triển quy trình tổng hợp vật liệu quy mô công nghiệp: Đề xuất nghiên cứu mở rộng quy mô tổng hợp ZnO-tro trấu, tối ưu hóa điều kiện nung và tỷ lệ tro trấu để đảm bảo hiệu quả và chi phí hợp lý, phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

3. Tăng cường nghiên cứu ảnh hưởng các yếu tố môi trường: Khuyến nghị khảo sát thêm ảnh hưởng của nhiệt độ, ánh sáng tự nhiên, và các chất ô nhiễm khác trong nước thải để hoàn thiện quy trình xử lý, đảm bảo hiệu quả trong điều kiện thực tế.

4. Đào tạo và chuyển giao công nghệ: Tổ chức các khóa đào tạo cho cán bộ kỹ thuật và người lao động tại các làng nghề về cách sử dụng và bảo quản vật liệu quang xúc tác, đồng thời xây dựng mô hình trình diễn xử lý nước thải quy mô nhỏ để nhân rộng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa môi trường: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về vật liệu quang xúc tác ZnO-tro trấu, phương pháp tổng hợp và ứng dụng xử lý nước thải hữu cơ.

2. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Thông tin về hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu thân thiện môi trường, hỗ trợ xây dựng chính sách quản lý và xử lý ô nhiễm nước thải làng nghề.

3. Doanh nghiệp và làng nghề dệt nhuộm: Hướng dẫn áp dụng công nghệ xử lý nước thải mới, giảm thiểu ô nhiễm, nâng cao chất lượng sản phẩm và bảo vệ sức khỏe người lao động.

4. Các tổ chức phi chính phủ và cộng đồng môi trường: Tài liệu tham khảo để vận động, tuyên truyền và hỗ trợ các dự án xử lý ô nhiễm nước thải tại các khu vực làng nghề và công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu ZnO-tro trấu có ưu điểm gì so với ZnO nguyên chất?
   ZnO-tro trấu có diện tích bề mặt lớn hơn nhờ tro trấu xốp, tăng khả năng hấp phụ và giảm tái kết hợp electron-lỗ trống, từ đó nâng cao hiệu quả quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ.

2. Tại sao chọn xanh metylen làm chất ô nhiễm mô phỏng?
   Xanh metylen là phẩm màu phổ biến, khó phân hủy sinh học, có đặc tính hấp thụ ánh sáng rõ ràng, dễ đo lường hiệu suất phân hủy qua phổ UV-Vis, phù hợp làm chất mô phỏng trong nghiên cứu quang xúc tác.

3. Hiệu suất quang xúc tác phụ thuộc vào những yếu tố nào?
   Hiệu suất phụ thuộc vào hàm lượng tro trấu trong vật liệu, pH dung dịch, nồng độ phẩm màu, lượng xúc tác, thời gian chiếu sáng và điều kiện ánh sáng sử dụng.

4. Vật liệu có thể tái sử dụng bao nhiêu lần?
   Nghiên cứu cho thấy vật liệu ZnO-tro trấu có thể tái sử dụng ít nhất 5 lần với hiệu suất giảm nhẹ từ 95% xuống khoảng 85%, cho thấy tính bền vững và kinh tế trong ứng dụng thực tế.

5. Có thể ứng dụng công nghệ này ở quy mô lớn không?
   Công nghệ có tiềm năng ứng dụng quy mô công nghiệp, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về quy trình tổng hợp vật liệu, thiết kế hệ thống chiếu sáng và xử lý nước thải phù hợp với điều kiện thực tế tại các khu công nghiệp và làng nghề.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công vật liệu ZnO cố định trên tro trấu với hàm lượng tro trấu tối ưu 6%, đạt hiệu suất phân hủy xanh metylen lên đến 95% sau 150 phút chiếu sáng.
• Vật liệu ZnO-tro trấu có cấu trúc tinh thể ổn định, kích thước hạt nano khoảng 20-30 nm, bề mặt xốp giúp tăng khả năng hấp phụ và hoạt tính quang xúc tác.
• Hiệu suất quang xúc tác phụ thuộc rõ rệt vào pH dung dịch, nồng độ phẩm màu và lượng xúc tác, với điều kiện tối ưu là pH trung tính và nồng độ xanh metylen 10 ppm.
• Vật liệu có khả năng tái sử dụng cao, giữ được hiệu suất trên 85% sau 5 lần sử dụng liên tiếp, phù hợp ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm tại làng nghề.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu quy mô tổng hợp, ứng dụng thực tế và đào tạo chuyển giao công nghệ nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước tại các khu công nghiệp và làng nghề.

Khuyến khích các tổ chức, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu phối hợp triển khai ứng dụng vật liệu ZnO-tro trấu trong xử lý nước thải, đồng thời phát triển các dự án nghiên cứu mở rộng để hoàn thiện công nghệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nước khan hiếm và ô nhiễm cùng với biến đổi khí hậu là những biến động môi trường rõ rệt nhất trong thế kỷ XXI. Ở nước ta, với sự phát triển không ngừng của nền công nghiệp, dẫn đến môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm nặng nề. Nước sạch dùng cho sinh hoạt hàng ngày, nông nghiệp và công nghiệp đang trở nên cạn kiệt dần. Vì vậy, việc xử lý nước thải của các khu công nghiệp, làng nghề trở nên rất cần thiết và cấp bách.

Trong nước thải công nghiệp, làng nghề, thành phần khó xử lý nhất là chất hữu cơ khó phân hủy sinh học. Với bản chất khó phân hủy bởi vi sinh, tồn tại bền vững trong môi trường, chất hữu cơ khó phân hủy sinh học sẽ là mối nguy hại lâu dài tới sức khỏe con người và môi trường. Chẳng hạn như: metylen xanh, phenol đỏ, rhodamine B, malachite xanh… Có nhiều phương pháp xử lý nước thải được nghiên cứu, trong đó phương pháp oxi hóa các hợp chất hữu cơ bằng cách sử dụng xúc tác quang là phương pháp có nhiều ưu điểm. ZnO là chất bán dẫn thuộc loại A(II)B(VI), có vùng cấm rộng ở nhiệt độ phòng cỡ 3,3 eV nên chủ yếu ánh sáng tử ngoại (UV) mới kích thích được điện tử từ vùng hóa trị lên vùng dẫn và gây ra hiện tượng xúc tác quang.

So với TiO2 thì ZnO có độ rộng vùng cấm tương đương (độ rộng vùng cấm của TiO2 là 3,2 eV) nhưng ZnO hấp thụ nhiều phổ mặt trời hơn. Do ZnO với hoạt tính quang hóa cao, không độc hại và giá thành thấp nên được sử dụng nhiều cho các phản ứng quang hóa. Để sử dụng được ánh sáng mặt trời vào quá trình xúc tác quang của kẽm oxit, cần thu hẹp vùng cấm của nó. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, khi pha tạp ZnO bằng một số ion kim loại và phi kim là cách thức hiệu quả để mở rộng khả năng hấp thụ ánh sáng từ vùng tử ngoại sang vùng khả kiến.

Ở Việt Nam, trấu là một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất nông nghiệp (quá trình xay xát lúa). Theo truyền thống, vỏ trấu được xử lý tại bãi chôn lấp, dẫn đến việc gây mất mĩ quan, hiện tượng phú dưỡng và nhiễu loạn trong đời sống thủy sinh. Vì vậy, việc sử dụng vỏ trấu làm vật liệu trong việc xử lý nước thải công 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Vũ Thị Bích Ngọc K22 nghiệp, làng nghề sẽ giải quyết một phần vấn đề ô nhiễm chất thải nông nghiệp, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Chính vì những lí do trên, chúng tôi đã chọn đề tài: “Cố định ZnO trên tro trấu làm chất quang xúc tác phân hủy phẩm màu hữu cơ dƣới ánh sáng trông thấy” cho nghiên cứu của mình.

Nội dung chính của luận văn bao gồm: - Chế tạo vật liệu oxit ZnO và biến tính bằng tro trấu để tạo vật liệu xử lý quang xúc tác với chất màu (xanh metylen). - Khảo sát các đặc trưng của vật liệu. - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác xử lý chất màu của vật liệu chế tạo được nhằm tìm ra những điều kiện thích hợp cho quá trình xử lý. - Khảo sát khả năng xử lý nước thải làng nghề Dương Nội, Hà Nội bằng vật liệu ZnO-tro trấu.

2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Vũ Thị Bích Ngọc K22 CHƢƠNG 1-TỔNG QUAN 1. Công nghiệp dệt nhuộm và sự ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm 1. Công nghiệp dệt nhuộm [1] 1. Tình hình ngành công nghiệp dệt nhuộm những năm gần đây Dệt nhuộm được coi là một trong những ngành trọng điểm của nền công nghiệp Việt Nam thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

Hiện nay, ngành này đang được xem là ngành sản xuất mũi nhọn và có tiềm lực phát triển khá mạnh. Khi Việt Nam thâm nhập ngày càng sâu vào thị trường thế giới, tham gia trên một sân chơi rộng khắp toàn cầu. Ngành dệt may đã tận dụng những cơ hội mang lại và phần nào đã chuyển những thách thức thành những kết quả đáng ghi nhận của ngành. Năm 2007, ngành đạt kim ngạch xuất khẩu 7,78 tỷ USD, tăng 33,4% so với năm 2006, tăng hơn năm 2006 gần 2 tỉ USD.

Năm 2008 đạt 6,84 tỷ USD (tăng trên 20% so với cùng kỳ 2007). Đặc biệt, trong năm 2009, xuất khẩu hàng dệt may vào thị trường Nhật Bản tăng từ 23% đến 25%. Đây là thành công lớn của ngành dệt may Việt Nam. Việt Nam và Nhật Bản đã ký hiệp định song phương từ ngày 1/10/2009, thuế suất của hàng dệt may từ Việt Nam vào Nhật Bản được cắt giảm.

Kim ngạch xuất khẩu dệt may Việt Nam năm 2009 đạt gần 9,2 tỷ USD, tăng gần 2% so với năm trước.Việt Nam đang là một trong những điểm đến hấp dẫn, ưu tiên đầu tư của nhiều công ty nước ngoài. Đặc biệt, với năng lực cạnh tranh, công nghệ sản xuất, chất lượng sản phẩm ngày một cao, Việt Nam đang được các nhà nhập khẩu Mỹ ưa chuộng và tin tưởng đặt hàng. Tháng 1/2010 khởi đầu với nhiều thuận lợi, nhiều doanh nghiệp đã nhận được đơn đặt hàng với khối lượng lớn như: Tổng công ty may Việt Tiến, Tổng công ty may 10, Công ty may Sài Gòn 2, Tổng công ty Dệt Phong Phú, Tập đoàn dệt may Việt Nam (VINATEX) ,. Ngành dệt may Việt Nam dự báo, với những dấu hiệu lạc quan này, xuất khẩu dệt may trong năm 2010 sẽ đạt khoảng 10,5 tỷ USD, đạt tăng trưởng 12%.

Bên cạnh những lợi ích tạo ra giá trị thặng dư đóng góp cho sự phát triển kinh tế xã hội, thì những tác hại gây ô nhiễm môi trường đem lại cũng không phải là nhỏ. 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Vũ Thị Bích Ngọc K22 Dệt nhuộm là một trong những ngành sử dụng nhiều nước và hoá chất trong đó, các công đoạn tạo ra nước thải của công nghiệp dệt nhuộm bao gồm: hồ sợi, giũ hồ, nấu vải, tẩy, nhuộm, làm bền mầu và giặt vải. Tuỳ theo công đoạn và phương pháp công nghệ sử dụng, nước thải có chứa các chất ô nhiễm khác nhau. Đáng chú ý nhất là các công đoạn tẩy trắng và nhuộm màu.

Giới thiệu về làng nghề dệt nhuộm Dƣơng Nội - Hà Đông - Hà Nội Làng nghề có ý nghĩa lớn thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội ở nông thôn. Hoạt động làng nghề thu hút nhiều thành phần kinh tế tham gia, giải quyết việc làm cho hơn 11 triệu lao động (chiếm 30% lực lượng lao động nông thôn). Kim ngạch xuất khẩu từ lĩnh vực làng nghề năm 2008 đạt gần 900 triệu USD. Cũng nhờ sự phát triển các làng nghề, bộ mặt nông thôn đã được đổi mới, cơ sở hạ tầng tại nhiều làng nghề đã phát triển khá hơn so với các làng thuần nông.

Đặc biệt, ở các làng nghề dệt nhuộm, như các làng nghề dệt nhuộm Dương Nội và Vạn Phúc thuộc Hà Đông, mức thu nhập của người lao động cao gấp từ 3 - 4 lần so với thu nhập của người lao động thuần nông. Xã Dương Nội là một xã có ngành nghề sản xuất vải khá phát triển với ba thôn là La Dương, La Nội và Ỷ La nằm phía Tây Bắc quận Hà Đông, có tổng diện tích tự nhiên là 585,31 ha, 16.500 nhân khẩu, trong đó hơn 2.000 người tham gia nghề dệt nhuộm tại 29 cơ sở sản xuất tập trung ở hai thôn Ỷ La và La Nội. Sản phẩm lụa tơ tằm, vải các loại và in hoa. Sản xuất của các làng nghề ở quy mô hộ gia đình với các thiết bị máy móc thô sơ, lạc hậu chủ yếu sản xuất trong nước.

Lượng nước thải sau sản xuất không được xử lý đã thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống hồ ao, sông ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm. Các loại thuốc nhuộm [13] a. Nhóm thuốc nhuộm hoà tan trong nƣớc Đặc điểm chung của thuốc nhuộm loại này là chúng hòa tan trong nước nên khi chuẩn bị dung dịch nhuộm hoặc hồ in dễ dàng hơn. Một số loại thường gặp là: thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính.

4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Vũ Thị Bích Ngọc K22 * Thuốc nhuộm trực tiếp: Có công thức tổng quát dạng: Ar-SO3Na. Đây là nhóm thuốc nhuộm bắt màu trực tiếp với xơ sợi không qua giai đoạn xử lý trung gian, thường sử dụng để nhuộm sợi 100% cotton, sợi protein (tơ tằm) và sợi poliamid. Nhóm phẩm nhuộm này bao gồm: thuốc nhuộm azo (- N=N-) và thuốc nhuộm là dẫn xuất của dioxazin, dẫn xuất của ftaloxianin. Ngoài ra, trong thuốc nhuộm còn có chứa các nhóm làm tăng tốc độ bắt màu như triazin và axit salicilic có thể tạo phức với các kim loại để tăng độ bền màu.

* Thuốc nhuộm axit: Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức dạng Ar-SO3Na, khi tan trong nước phân ly thành nhóm Ar-SO3 mang màu. Thuốc nhuộm axit dễ dàng hoà tan trong nước hơn thuốc nhuộm trực tiếp, một số trường hợp hoà tan ngay ở nhiệt độ thường. Trong môi trường axit, độ bắt màu vào vật liệu đạt tới 80-90% bằng liên kết ion, phương trình tổng quát như sau: Ar-SO3Na + Ar1-NH3+Cl Ar-SO3-H3N+-Ar1+ NaCl Ở đây, Ar là ký hiệu cho gốc thuốc nhuộm, Ar1 ký hiệu cho vật liệu in hoa. Thuốc nhuộm axit có màu sắc phong phú, được dùng chủ yếu để nhuộm và in hoa những loại xơ sợi và vật liệu cấu tạo từ protit như len, lụa tơ tằm và sợi tổng hợp họ polyamit.

* Thuốc nhuộm hoạt tính: Thuốc nhuộm hoạt tính chứa trong phân tử của nó các nhóm nguyên tử có thể tạo liên kết hoá trị với các nhóm định chức của vật liệu nhuộm hoặc in, làm cho chúng trở thành một bộ phận của xơ sợi hay vật liệu khác. Do vậy, chúng có độ bền màu cao với giặt, ma sát và các chỉ tiêu hoá lý khác (nhiệt độ, ánh sáng). Các loại thuốc nhuộm thuộc nhóm này có công thức cấu tạo tổng quát là S-F-T-X trong đó: + S là nhóm làm cho thuốc nhuộm có tính tan thường là: -SO3Na, -COONa, -SO2CH3. + F là phần mang màu, không ảnh hưởng đến mối liên kết giữa thuốc nhuộm và xơ.

Nó quyết định màu sắc, độ bền với ánh sáng, thường là các hợp chất Azo (- N=N-), antraquynon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxiamin. 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn thạc sĩ Vũ Thị Bích Ngọc K22 + T là gốc mang nhóm phản ứng, X là nhóm phản ứng.