Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt ii

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt ii, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

Trường đại học

Trường Đại học Lâm nghiệp

Chuyên ngành

Khoa học môi trường

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Khóa luận tốt nghiệp

2018

51
2
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT NỘI DUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

ĐẶT VẤN ĐỀ

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về nước thải dệt nhuộm

1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm

1.1.2. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm

1.1.3. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm

1.2. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm

1.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học

1.2.2. Phương pháp hóa lý

1.2.3. Phương pháp sinh học

1.2.4. Phương pháp hóa học

1.3. Tổng quan về vật liệu biến tính than trấu

1.3.1. Đặc điểm cấu tạo và thành phần

1.3.2. Ứng dụng than trấu

2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU - ĐỐI TƯỢNG - NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Mục tiêu nghiên cứu

2.2. Đối tượng nghiên cứu

2.3. Nội dung nghiên cứu

2.4. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ

2.4.1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm

2.5. Quy trình thực nghiệm

2.5.1. Biến tính than trấu

2.5.2. Khảo sát hoạt tính của xúc tác

2.6. Các phương pháp nghiên cứu

2.6.1. Phương pháp xác định nồng độ phẩm màu

2.6.2. Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử quét ( SEM)

2.6.3. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX)

2.6.4. Phương pháp xử lý số liệu

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu đặc trưng bề mặt và thành phần than trấu sau biến tính

3.1.1. Đặc trưng của bề mặt than trấu biến tính

3.1.2. Nghiên cứu thành phần của than trấu sau biến tính

3.2. Xác định bước sóng hấp thụ đặc trưng và xây dựng đường chuẩn của các phẩm nhuộm

3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng hoạt tính đến điều kiện biến tính

3.3.1. Ảnh hưởng của lượng muối Mohr đưa vào biến tính than trấu

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung than trấu

3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian nung than trấu

3.4. Khảo sát điều kiện thực hiện phương pháp Fenton dị thể

3.4.1. Ảnh hưởng của lượng xúc tác Ric-Fe(II)

3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất oxy hóa

3.4.3. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất xử lý

3.4.4. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu Ric- Fe(III)

3.5. Khảo sát khả năng áp dụng quá trình Fenton/ Ric-Fe(III) cho các phẩm màu thông dụng

KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giải pháp xử lý phẩm màu Fenton Tổng quan từ than trấu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp dệt may phát triển mạnh mẽ, vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm trở thành một thách thức môi trường cấp bách. Nước thải từ ngành này chứa các hợp chất hữu cơ bền vững, đặc biệt là phẩm màu tổng hợp, rất khó phân hủy bằng các phương pháp sinh học truyền thống. Để giải quyết vấn đề này, các quá trình oxy hóa bậc cao (Advanced Oxidation Processes - AOPs) đã nổi lên như một giải pháp hiệu quả. Trong số đó, kỹ thuật Fenton, sử dụng phản ứng giữa ion sắt và hydro peroxide (H₂O₂) để tạo ra các gốc tự do có khả năng oxy hóa cực mạnh, cho thấy tiềm năng vượt trội. Bài viết này tập trung vào một hướng đi đột phá: xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton dị thể, sử dụng một loại vật liệu xúc tác giá rẻ, bền vững được chế tạo bằng cách biến tính than trấu với muối sắt (II). Phương pháp này không chỉ tận dụng phế phẩm nông nghiệp dồi dào tại Việt Nam mà còn tạo ra một chất xúc tác hiệu quả, mở ra hướng đi mới cho việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy.

1.1. Nguyên lý cốt lõi của quá trình oxy hóa bậc cao AOPs

Các quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs) là tập hợp các phương pháp xử lý hóa học được thiết kế để phân hủy chất hữu cơ ô nhiễm trong nước và nước thải. Điểm chung của các AOPs là khả năng tạo ra các gốc hydroxyl tự do (•OH) trong quá trình phản ứng. Gốc •OH là một trong những chất oxy hóa mạnh nhất được biết đến, có khả năng tấn công và phá vỡ cấu trúc của hầu hết các hợp chất hữu cơ, kể cả những phân tử phức tạp và bền vững như thuốc nhuộm. Quá trình này sẽ bẻ gãy các liên kết hóa học, chuyển hóa chất ô nhiễm thành các sản phẩm trung gian đơn giản hơn, ít độc hại hơn, và cuối cùng có thể khoáng hóa hoàn toàn thành CO₂, nước và các ion vô cơ. Kỹ thuật Fenton là một đại diện tiêu biểu và hiệu quả của AOPs.

1.2. Biochar trấu Vật liệu nền tiềm năng cho xúc tác Fenton

Than trấu, hay biochar trấu, là sản phẩm thu được từ quá trình nhiệt phân vỏ trấu trong điều kiện yếm khí. Với thành phần chính là carbon và silica (SiO₂), than hoạt tính từ trấu sở hữu diện tích bề mặt lớn và cấu trúc mao quản phát triển. Những đặc tính này làm cho nó trở thành một vật liệu nền lý tưởng để mang các hạt xúc tác. Bằng cách tẩm sắt lên biochar, chúng ta có thể tạo ra một vật liệu composite vừa có khả năng hấp phụ bề mặt, vừa chứa các tâm sắt hoạt động, đóng vai trò là xúc tác Fenton cho quá trình oxy hóa. Việc tận dụng trấu, một phế phẩm nông nghiệp, giúp giảm chi phí sản xuất vật liệu và góp phần vào kinh tế tuần hoàn.

II. Thách thức lớn trong việc xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải ngành dệt nhuộm là một trong những nguồn ô nhiễm công nghiệp phức tạp và khó xử lý nhất. Đặc tính của loại nước thải này thay đổi liên tục tùy thuộc vào loại vải, công nghệ nhuộm và các hóa chất sử dụng. Nó không chỉ chứa nồng độ cao các phẩm màu khó phân hủy mà còn có độ pH biến động mạnh, nhiệt độ cao, và hàm lượng các chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) vượt xa tiêu chuẩn cho phép. Các phương pháp xử lý truyền thống thường tỏ ra kém hiệu quả hoặc không khả thi về mặt kinh tế khi đối mặt với các hợp chất màu hữu cơ có cấu trúc vòng thơm phức tạp và bền vững. Điều này đòi hỏi phải có những phương pháp xử lý tiên tiến hơn, có khả năng phá vỡ cấu trúc phân tử của phẩm màu, từ đó giải quyết triệt để vấn đề ô nhiễm màu và các hợp chất hữu cơ độc hại đi kèm.

2.1. Đặc tính ô nhiễm phức tạp của nước thải dệt may

Nguồn ô nhiễm chính trong nước thải dệt nhuộm đến từ lượng thuốc nhuộm dư thừa không bám vào sợi vải, chiếm từ 10% đến 50% tùy loại. Các phẩm màu này, đặc biệt là thuốc nhuộm hoạt tính, có độ tan cao và cấu trúc hóa học bền vững, khiến chúng khó bị loại bỏ. Ngoài ra, nước thải còn chứa các chất trợ nhuộm như muối, chất hoạt động bề mặt, chất điều chỉnh pH, và các hợp chất hữu cơ khác. Sự hiện diện của các chất này làm tăng chỉ số COD, gây độc cho hệ sinh vật thủy sinh và cản trở quá trình quang hợp trong nước do độ màu cao. Theo tài liệu nghiên cứu, nồng độ COD trong nước thải dệt nhuộm có thể dao động từ 80 đến 18,000 mg/L, một thách thức lớn cho mọi hệ thống xử lý.

2.2. Hạn chế của các phương pháp xử lý thông thường

Các phương pháp cơ học như lắng, lọc chỉ có thể loại bỏ các chất rắn lơ lửng mà không tác động đến các phẩm màu hòa tan. Phương pháp hóa lý như keo tụ tạo bông có thể khử màu nước thải một phần nhưng lại tạo ra lượng bùn thải lớn, khó xử lý. Trong khi đó, các phương pháp sinh học thường bị ức chế bởi tính độc của một số hóa chất và không thể phân hủy hiệu quả các cấu trúc phân tử phức tạp của thuốc nhuộm. Do đó, việc tìm kiếm một phương pháp tiền xử lý hiệu quả để phá vỡ các mạch vòng thơm của phẩm màu, chuyển hóa chúng thành các chất dễ phân hủy sinh học hơn, là một yêu cầu cấp thiết trước khi áp dụng các công đoạn xử lý sinh học tiếp theo.

III. Cách chế tạo xúc tác Fenton từ than trấu bằng muối sắt

Quy trình chế tạo vật liệu xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể từ than trấu là một quá trình tương đối đơn giản, hiệu quả và có thể mở rộng quy mô. Mục tiêu chính là đưa các ion sắt vào cấu trúc xốp của than trấu và cố định chúng dưới dạng oxit sắt, tạo ra các trung tâm hoạt động xúc tác. Phương pháp được lựa chọn là phương pháp tẩm ướt kết hợp với gia nhiệt. Quá trình này bắt đầu bằng việc ngâm tẩm than trấu trong dung dịch sắt (II) sunfat (cụ thể là muối Mohr, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O), sau đó sấy khô và nung ở nhiệt độ cao. Giai đoạn nung không chỉ loại bỏ các chất hữu cơ dễ bay hơi còn sót lại mà còn chuyển hóa muối sắt thành các hạt oxit sắt (Fe₂O₃) phân tán đều trên bề mặt và trong các lỗ xốp của vật liệu carbon. Kết quả là một vật liệu composite có cả đặc tính hấp phụ của than và hoạt tính xúc tác của sắt, sẵn sàng cho ứng dụng xử lý phẩm màu.

3.1. Quy trình biến tính than trấu bằng phương pháp tẩm ướt

Quy trình biến tính được thực hiện qua các bước chính. Đầu tiên, than trấu thô được trộn với dung dịch muối Mohr (FeSO4) trong nước cất và khuấy đều trong một giờ để đảm bảo sự khuếch tán đồng đều của ion sắt vào cấu trúc vật liệu. Hỗn hợp sau đó được gia nhiệt ở 100°C để làm bay hơi nước hoàn toàn. Vật liệu khô thu được tiếp tục được đưa vào lò nung và gia nhiệt ở nhiệt độ và thời gian được tối ưu hóa (ví dụ: 500°C trong 3 giờ). Giai đoạn nung là bước quan trọng nhất, quyết định sự hình thành các hạt oxit sắt trên vật liệu nền. Sản phẩm cuối cùng là một loại bột màu đen, được định danh là xúc tác than trấu biến tính, sẵn sàng để sử dụng.

3.2. Phân tích đặc trưng vật liệu SEM EDX sau biến tính

Các đặc trưng vật liệu sau khi biến tính được xác định bằng các phương pháp phân tích hiện đại. Kết quả chụp Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy bề mặt của than trấu biến tính trở nên sần sùi, không trơn nhẵn và có nhiều lỗ xốp, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc. Cấu trúc này rất thuận lợi cho quá trình hấp phụ phân tử phẩm màu và tương tác với các tâm xúc tác. Phân tích Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) đã xác nhận sự hiện diện của nguyên tố sắt (Fe) trong thành phần vật liệu, chiếm khoảng 0,65% về khối lượng. Điều này khẳng định quá trình tẩm sắt lên biochar đã thành công, tạo ra các tâm phản ứng cần thiết cho quá trình Fenton.

IV. Cơ chế phản ứng Fenton dị thể và các yếu tố ảnh hưởng

Phản ứng Fenton dị thể là một quá trình oxy hóa tiên tiến trong đó chất xúc tác (ion sắt) tồn tại ở pha rắn, khác với pha lỏng của dung dịch chứa chất ô nhiễm. Cơ chế này mang lại nhiều ưu điểm so với Fenton đồng thể truyền thống, như dễ dàng tách xúc tác ra khỏi dung dịch sau phản ứng, giảm thiểu ô nhiễm thứ cấp do ion sắt hòa tan và cho phép tái sử dụng xúc tác. Trong hệ thống này, các hạt oxit sắt trên bề mặt than trấu biến tính sẽ phản ứng với H₂O₂ để tạo ra gốc hydroxyl tự do (•OH). Đồng thời, bề mặt xốp của than trấu đóng vai trò hấp phụ, làm tăng nồng độ của cả phẩm màu và H₂O₂ tại các vị trí gần tâm xúc tác, từ đó thúc đẩy tốc độ phản ứng. Hiệu quả của quá trình phân hủy chất hữu cơ phụ thuộc chặt chẽ vào việc kiểm soát các điều kiện phản ứng.

4.1. Vai trò quyết định của gốc hydroxyl tự do OH

Cơ chế chính của quá trình khử màu nước thải bằng Fenton dị thể bắt đầu khi H₂O₂ tương tác với các tâm Fe(II)/Fe(III) trên bề mặt xúc tác. Phản ứng Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + OH⁻ + •OH là bước khởi đầu quan trọng, sinh ra các gốc hydroxyl tự do (•OH). Các gốc này ngay lập tức tấn công vào các phân tử phẩm màu (ví dụ: Reactive Yellow 160), phá vỡ các liên kết đôi mang màu (nhóm chromophore) và các vòng thơm, dẫn đến sự mất màu của dung dịch. Quá trình oxy hóa tiếp diễn, bẻ gãy các phân tử lớn thành các axit hữu cơ nhỏ hơn và cuối cùng có thể khoáng hóa hoàn toàn. Đây là cốt lõi của quá trình oxy hóa bậc cao.

4.2. Khảo sát động học phản ứng Ảnh hưởng của pH và H2O2

Động học phản ứng Fenton bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Nghiên cứu chỉ ra rằng ảnh hưởng của pH là rất lớn; quá trình đạt hiệu quả tối ưu trong môi trường axit mạnh (pH=2). Ở pH cao hơn, sắt có xu hướng kết tủa dưới dạng hydroxit, làm mất hoạt tính xúc tác. Nồng độ H2O2 cũng là một yếu tố then chốt. Việc tăng nồng độ H₂O₂ ban đầu giúp tăng số lượng gốc •OH được tạo thành, đẩy nhanh tốc độ phân hủy phẩm màu. Tuy nhiên, nếu nồng độ quá cao, H₂O₂ có thể phản ứng với chính các gốc •OH, làm giảm hiệu quả chung. Qua thực nghiệm, nồng độ H₂O₂ 9,79 mM được xác định là tối ưu cho việc xử lý phẩm màu RY 160 với liều lượng xúc tác 1 g/L.

V. Kết quả thực nghiệm Hiệu suất xử lý phẩm màu tối ưu

Các nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh hiệu quả vượt trội của phương pháp xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton sử dụng xúc tác than trấu biến tính. Dưới các điều kiện tối ưu đã được xác định, hệ thống này cho thấy khả năng phân hủy mạnh mẽ đối với nhiều loại phẩm màu khác nhau, đặc biệt là các thuốc nhuộm hoạt tính khó xử lý. Hiệu suất xử lý được đánh giá dựa trên sự thay đổi nồng độ phẩm màu theo thời gian, đo bằng phương pháp quang phổ UV-Vis. Ngoài ra, một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phản ứng Fenton dị thể là khả năng tái sử dụng xúc tác, yếu tố quyết định đến tính kinh tế và bền vững của phương pháp. Kết quả nghiên cứu không chỉ dừng lại ở một loại phẩm màu mà còn được mở rộng để đánh giá khả năng ứng dụng cho các loại thuốc nhuộm phổ biến khác trong ngành dệt.

5.1. Hiệu quả phân hủy thuốc nhuộm Reactive Yellow 160

Kết quả nghiên cứu cho thấy, với điều kiện tối ưu (lượng xúc tác 1 g/L, nồng độ H₂O₂ 9,79 mM, pH=2), phẩm màu Reactive Yellow 160 (RY 160) ở nồng độ 0,05 g/L đã được xử lý thành công. Cụ thể, hiệu suất xử lý đạt tới 95% chỉ sau 120 phút phản ứng. Quá trình phân hủy diễn ra nhanh chóng, đặc biệt trong 90 phút đầu tiên, hiệu suất đã đạt trên 90%. Kết quả này khẳng định hoạt tính xúc tác cao của vật liệu than trấu biến tính và tiềm năng ứng dụng thực tiễn của nó trong việc khử màu nước thải dệt nhuộm.

5.2. Đánh giá khả năng tái sử dụng của xúc tác sau phản ứng

Một trong những ưu điểm nổi bật của heterogeneous Fentonkhả năng tái sử dụng xúc tác. Vật liệu sau khi sử dụng lần đầu được thu hồi bằng cách lọc đơn giản, sấy khô và tiếp tục sử dụng cho mẻ xử lý tiếp theo. Kết quả cho thấy, ở lần tái sử dụng thứ hai, xúc tác vẫn duy trì được hoạt tính đáng kể, với hiệu suất xử lý đạt 57%. Mặc dù hiệu suất có suy giảm, kết quả này vẫn cho thấy tiềm năng lớn trong việc giảm chi phí vận hành và lượng chất thải rắn phát sinh, khắc phục nhược điểm lớn của phương pháp Fenton đồng thể.

5.3. Mở rộng xử lý cho các phẩm màu như DR 239 DR 224

Để đánh giá tính linh hoạt của phương pháp, nghiên cứu đã áp dụng các điều kiện tương tự để xử lý các phẩm màu phổ biến khác. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý cao đối với Direct Red 224 (DR 224, đạt 74%) và Direct Red 239 (DR 239, đạt 71%). Tuy nhiên, hiệu suất xử lý thấp hơn đối với Direct Blue 199 (DB 199, chỉ đạt 34%). Sự khác biệt này cho thấy cấu trúc phân tử của phẩm màu cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình oxy hóa. Điều này gợi ý rằng có thể cần tối ưu hóa điều kiện phản ứng cho từng loại phẩm màu cụ thể để đạt hiệu quả cao nhất.

VI. Tương lai của kỹ thuật Fenton từ than trấu Kiến nghị

Nghiên cứu về xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu đã mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn, kết hợp giữa hiệu quả công nghệ và tính bền vững môi trường. Việc biến một phế phẩm nông nghiệp thành một vật liệu xúc tác có giá trị cao không chỉ giải quyết bài toán ô nhiễm nước thải mà còn góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn. Các kết quả đạt được đã khẳng định hoạt tính xúc tác cao và khả năng ứng dụng của vật liệu. Tuy nhiên, để đưa phương pháp này từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng thực tiễn, cần có những nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình, nâng cao độ bền của xúc tác và đánh giá hiệu quả trên các mẫu nước thải thực tế, vốn có thành phần phức tạp hơn nhiều so với dung dịch phẩm màu đơn lẻ.

6.1. Tổng kết những đóng góp chính từ sáng kiến kinh nghiệm

Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng quy trình biến tính than trấu thành xúc tác Fenton hiệu quả cao bằng muối sắt (II). Các đặc trưng vật liệu đã được xác định rõ ràng, chứng minh sự hình thành của một vật liệu composite có cấu trúc xốp và chứa các tâm sắt hoạt động. Quan trọng hơn, nghiên cứu đã tìm ra điều kiện tối ưu cho phản ứng Fenton dị thể để phân hủy phẩm màu RY 160 với hiệu suất lên tới 95%, đồng thời chứng minh được khả năng tái sử dụng xúc tác. Những đóng góp này cung cấp một nền tảng khoa học vững chắc và một giải pháp khả thi về mặt kỹ thuật cho vấn đề xử lý nước thải dệt nhuộm.

6.2. Hướng nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng trong tương lai

Để phát triển hơn nữa, các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc nâng cao hoạt tính và độ bền của xúc tác qua nhiều chu kỳ tái sử dụng. Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế phản ứng cụ thể và các sản phẩm trung gian tạo thành. Một hướng đi quan trọng là áp dụng phương pháp này để xử lý các mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế, đánh giá khả năng loại bỏ không chỉ màu mà còn cả hiệu suất xử lý COD. Việc tối ưu hóa quy trình ở quy mô lớn hơn và phân tích chi phí-hiệu quả sẽ là những bước cuối cùng để đưa sáng kiến này vào ứng dụng công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường một cách bền vững.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

04/10/2025
Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt ii

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Môi trƣờng là một nhân tố có ảnh hƣởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi con ngƣời, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy bảo vệ môi trƣờng và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia trên toàn cầu. Một trong những vấn đề đặt ra cho các nƣớc đang phát triển trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trƣờng ô nhiễm do các chất độc hại của nền công nghiệp tạo ra. Điển hình nhƣ ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc, luyện kim, xi ma, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của Việt Nam.

Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhƣng nó chỉ mới hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nƣớc ta. Ngành dệt may thu hút nhiều lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nƣớc đang phát triển không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh nhƣ nƣớc ta. Hầu hết các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm ở nƣớc ta đã có hệ thống xử lý nƣớc thải tuy nhiên nƣớc thải đầu ra chƣa đạt QCVN 13: 2015/BTNMT. Nguyên nhân do các công ty, nhà máy còn có hàng ngàn cơ sở nhỏ lẻ từ các làng nghề truyền thống.

với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lƣợng nƣớc thải sau sản xuất hầu nhƣ không đƣợc xử lý, mà đƣợc thải trực tiếp ra hệ thống cống rãnh và đổ thẳng xuống ao hồ, sông, ngòi gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng nƣớc mặt, mạch nƣớc ngầm và ảnh hƣởng lớn đế sức khỏe con ngƣời. Trong những năm gần đây đã có nhiều công trình nghiên cứu và sử dụng các phƣơng pháp khác nhau nhằm xử lý các hợp chất hữu cơ độc hại trong nƣớc thải nhƣ: phƣơng pháp vật lý, sinh học, hóa học, phƣơng pháp điện hóa… mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu nhƣợc điểm nhất định về mặt kỹ thuật cũng nhƣ mức độ phù hợp với điều kiện kinh tế của từng quốc gia. Trong đó việc xử lý hợp chất hữu cơ độc hại bằng phƣơng pháp hấp phụ kết hợp và oxi hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong những hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc quan tâm nghiên cứu. 1 Than trấu (tên tiếng anh là Rice husk ) đƣợc làm từ vỏ trấu, đƣợc đốt cháy trong điều kiện yếm khí, thiếu oxi.

Than trấu có thành phần chủ yếu là carbon và SiO2 chiếm 58% trong thành phần tro sau khi đốt cháy hoàn toàn carbon. Đặc biệt tinh thể SiO2 trong trấu có kích thƣớc rất nhỏ và tinh khiết. Than vỏ trấu đƣợc ứng dụng làm phụ gia trong công nghệ sản xuất xi măng, làm vật liệu hút ẩm, lắng, lọc. Cả hai chất này đều có khả năng hấp phụ kim loại.

Diện tích bề mặt của than trấu khá lớn nên có khả năng hấp phụ các chất nhƣ kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ. Chính vì vậy, việc biến tính than trấu có ý nghĩa đặc biệt cả về khoa học và kinh tế, vừa tận dụng đƣợc nguồn nguyên liệu sẵn có, vừa tạo ra đƣợc vật liệu có ứng dụng trong phân tích và xử lý môi trƣờng. Mặt khác Việt Nam là một nƣớc có nguồn phế thải nông nghiệp dồi dào song việc sử dụng chúng vào chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) nhằm xử lý nƣớc thải còn ít đƣợc quan tâm. Xuất phát từ những lý do trên, tôi chọn đề tài:” Xử lý phẩm màu bằng kỹ thuật Fenton sử dụng vật liệu biến tính từ than trấu bằng muối sắt(II)” tập trung nghiên cứu biến tính than trấu thành vật liệu có hoạt tính xúc tác cao, ứng dụng trong kỹ thuật Fenton xử lý phẩm màu có trong nƣớc thải dệt nhuộm.

2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm 1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm Nguồn nƣớc thải phát sinh trong công nghiệp dệt nhuộm từ các công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm và hoàn tất. trong đó lƣợng nƣớc thải chủ yếu do quá trinh giặt sau mỗi công đoạn.

nhu cầu sử dụng nƣớc trong nhà máy dệt nhuộm rất lớn và thay đổi tùy theo mặt hàng khác nhau. Theo phân tích của các chuyên gia lƣợng nƣớc đƣợc sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu từ các công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm. ngƣời ta có thể tính sơ lƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc cho 1m2 vải nằm trong phạm vi từ 12 - 65 lít và thải ra 10 - 40 lít nƣớc. Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành công nghiệp dệt nhuộm là sự ô nhiễm nguồn nƣớc.

Xét 2 yếu tố là lƣợng nƣớc thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nƣớc thải thì ngành dệt nhuộm đƣợc đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp. Đặc tính của nước thải dệt nhuộm a) Ô nhiễm chất hữu cơ Mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ và vô cơ sử dụng oxy hóa đƣợc thể hiện bằng các chỉ tiêu đặc trƣng nhất là BOD và COD: Nhu cầu oxy sinh hóa BOD: Trong nƣớc thải của các công ty dệt có đủ cả những chất dễ phân hủy sinh học và những chất khó phân giải sinh học. Nƣớc thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ cần nhiều oxy để các loài vi sinh vật phân giải, hàm lƣợng BOD rất cao (67 – 159 mg/L).[9] Nhu cầu oxy hóa học COD: Nƣớc thải có những chất khó phân giải sinh học mà chỉ loại bỏ đƣợc 1 phần nhờ hấp thụ lên bùn hoạt tính hoặc oxy hóa học. Những nơi có các xơ sợi tổng hợp thì COD càng cao (139 – 423mg/L).[9] Tỷ lệ COD/BOD của nƣớc thải dệt nhuộm ở nƣớc ta trong khoảng 2:1 tới 3:1.

Song xu hƣớng sử dụng xơ sợi tổng hợp thì nƣớc thải ngày càng khó phân hủy vi sinh. 3 b) Tính độc - Nƣớc thải có nhiệt độ cao không đƣợc phép thải trực tiếp ra môi trƣờng giới hạn theo tiêu chuẩn thải cột B (TCVN 1995) là 400 C. Còn nhiệt độ tối ƣu cho các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ chỉ trong phạm vi rất hẹp, nhiệt độ cao nhất là 350 C, trên nhiệt độ này ảnh hƣởng đến hiệu quả làm sạch của nƣớc thải của vi sinh vật bị ức chế. - Độ kiềm cao làm tăng độ pH của nƣớc.

Nếu pH>9 sẽ gây độc hại với các loại thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nƣớc và hệ thông xử lý nƣớc thải. - Muối trung tính làm tăng hàm lƣợng tổng chất rắn TSS. Lƣợng thải lớn gây tác hại đối với các loại thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu. - Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nƣớc, gây tác hại đối với đồi sống thủy sinh do làm giảm oxi hòa tan trong nƣớc.

- Độ màu cao do lƣợng thuốc nhuộm dƣ đi vào nƣớc thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hƣởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, xấu cảnh quan. - Các chất độc nhƣ sunfit, kim loại nặng, hợp chất halogen hữu cơ (AOX) có khả năng tích tụ trong cơ thể sinh vật gây ra một số bệnh mãn tính hay ung thƣ đối với ngƣời và động vật. Khả năng gây ô nhiễm môi trường của nước thải ngành dệt nhuộm Ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm phụ thuộc vào các hóa chất, chất trợ, thuốc nhuộm và công nghệ sử dụng. đối với nƣớc thải dệt nhuộm thì nguồn ô nhiễm do chất trợ và hóa chất dệt nhuộm có thể đƣợc giải quyết bằng các phƣơng pháp truyền thống, trong khi đó, ô nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn đề chủ yếu đối với nƣớc thải dệt nhuộm.

thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các thuốc nhuộm tổng hợp hữu cơ. Nồng độ thuốc nhuộm trong môi trƣờng nƣớc tiếp nhận đối với các công đoạn dệt- nhuộm phụ thuộc các yếu tố:  Mức độ sử dụng hàng ngày của thuốc nhuộm  Độ gắn màu của thuốc nhuộm lên vật liệu dệt 4  Mức độ loại bỏ trong các công đoạn xử lý nƣớc thải  Hệ số làm loãng trong nguồn nƣớc tiếp nhận. Mức độ gắn màu là một yếu tố quan trọng, nó phụ thuộc vào độ đậm màu, công nghệ áp dụng, tỷ lệ khối lƣợng hàng nhuộm và dung dịch nƣớc dùng trong máy nhuộm, vật liệu dệt và thuốc nhuộm sử dụng. Tổn thất thuốc nhuộm đƣa vào nƣớc trung bình là 10% với màu đậm, 2% với màu trung bình và <2% với màu nhạt.

Trong in hoa thì tổn thất thuốc nhuộm có thể lớn hơn nhiều. Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi Tổn thất vào dòng thải STT Loại thuốc nhuộm Loại xơ sợi (%) 1 Axit polyamit 5÷10 2 Bazo acrylic 0÷5 3 Trực tiếp xenlulo 5÷30 4 Phân tán polyeste 0÷10 5 Hoạt tính xenlulo 10÷50 6 Lƣu hóa xenlulo 10÷40 7 Hoàn nguyên xenlulo 5÷20 Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải xƣởng nhuộm ở nồng độ 10÷50 mg/L. Tuy nhiên nồng độ của chúng trong nƣớc sông tiếp nhận thì nhỏ hơn nhiều. Ngƣời ta đã đƣa ra giá trị điển hình trung bình là 1mg/L đối với một thuốc nhuộm đơn trong dòng sông.[13] Đây chỉ là giá trị trung bình hàng năm, rất thấp so với thực tế.

Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có những trƣờng hợp nồng độ thuốc nhuộm có thể cao hơn. Ví dụ, công trình của Hobbs đã mô tả tổng quan nồng độ thuốc nhuộm có trong nƣớc sông của Anh [13] nhƣ sau: 5 Bảng 1. Nồng độ thuốc nhuộm trong nước sông là kết quả của thuốc nhuộm thải loại bởi công nghiệp dệt nhuộm Nồng độ thuốc nhuộm Đặc điểm quá trình Mức độ trong nƣớc sông(mg/L) Nhuộm tận trích sợi bông Trung bình 5,3 bằng thuốc nhuộm hoạt tính Xấu nhất 1555 Nhuộm tận trích sợi len Trung bình 1,2 bằng thuốc nhuộm axit Xấu nhất 364 Với nồng độ nhƣ vậy, nƣớc thải dệt nhuộm sẽ có màu thƣờng rất đậm, làm cản trở khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hoà tan oxy trong nƣớc. Ngoài ra, thuốc nhuộm đƣợc sản xuất có độ ổn định hóa học và độ quang hóa cao để thỏa mãn yêu cầu về độ bền màu của các nhà bán lẻ và ngƣời tiêu dùng.

Một hậu quả của độ ổn định đó là khi đi vào dòng thải chúng không dễ dàng đƣợc phân hủy bởi vi sinh và các phƣơng pháp xử lý thông thƣờng, nhất là thuốc nhuộm hoạt tính.  Ảnh hƣởng của nƣớc thải dệt nhuộm.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ