Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong môi trường nước sử dụng đèn xenon và vật liệu hạt nano TiO2

Bài viết trình bày kết quả quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong nước và nước thải dệt nhuộm thực sử dụng vật liệu nano TiO2 và đèn xenon Các tham số khảo sát gồm: Khối lượng vật liệu TiO2, nồng độ đầu Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý đối với mẫu nước thải nghiên cứu khá cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu hiệu ứng quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh methylen trong môi trường nước sử dụng đèn xenon và vật liệu hạt nano TiO2 NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG QUANG XÖC TÁC XỬ LÝ THUỐC NHUỘM XANH METHYLEN TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC SỬ DỤNG ĐÈN XENON VÀ VẬT LIỆU HẠT NANO TiO2 Nguyễn Thị Khánh Vân(1)(4), Nguyễn Nhật Huy(3), Nguyễn Năng Định(1), Lê Thị Quỳnh(2), Phạm Văn Hảo(5) và Đặng Văn Thành(1)(2) (1) Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội (2) Trường Đại học Y – Dược, Đại học Thái Nguyên (3) Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (4) Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên (5) Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông, Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Trong nghiên cứu này, chúng tôi áo cáo các kết quả quang xúc tác xử lý thuốc nhuộm xanh m thyl n trong nư c và nư c thải ệt nhuộm thực sử ụng vật liệu nano TiO2 và èn x non Các tham số khảo sát gồm: khối lượng vật liệu TiO2, nồng ộ ầu Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý ối v i m u nư c thải ược nghiên cứu khá cao Sau xử lý, chỉ số nhu cầu ôxy h a học, t ng lượng cac on hữu cơ TOC của nư c thải giảm áng k cho thấy tiềm năng của vật liệu chế tạo trong xử lý môi trường Từ khóa: TiO2, quang xúc t c, xanh methylen, COD, TOC, nƣớc thải dệt nhuộm. 1. MỞ Đ U Xanh methylen (MB) là một loại thuốc nhuộm azơ cation, đƣợc sử dụng phổ iến trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, làm chất chỉ thị, mô hình thử nghiệm trong c c nghiên cứu và thuốc trong y học. MB là chất thải khó phân hủy, tính ổn định hóa học cao, khi thải ra môi trƣờng và gây t c động xấu đến động, thực vật và sức khỏe con ngƣời (Houas A. et al., 2001). Thực tế, nƣớc thải dệt nhuộm nói chung thƣờng chứa c c yêu tố màu khó xử lý, do chúng có pH, chỉ số nhu cầu ôxy hóa học (COD) và độ màu tƣơng đối cao (Houas A. et al., 2001; Palaniandy et al., 2015). Đồng thời trong qu trình sản xuất của ngành dệt nhuộm, cần sử dụng lƣợng lớn c c chất hữu cơ độc hại, nhƣ thuốc nhuộm, chất hoạt động ề mặt, hồ tinh ột, v.v... Do đó, ph t triển c c phƣơng ph p để xử lý MB nói riêng và nƣớc thải dệt nhuộm nói chung, trƣớc khi thải ra môi trƣờng, là yêu cầu cấp thiết (Houas A. et al., 2001; Ramanjot, 2011; Palaniandy et al., 2015). Quang xúc t c là một kỹ thuật đầy hứa h n cho xử lý nƣớc ị ô nhiễm, đ đƣợc nghiên cứu rộng r i trong những năm gần đây, với c c ƣu điểm nhƣ, hiệu quả xử lý nhanh, thân thiện với môi trƣờng, hiệu quả kinh tế cao và có thể ôxy hóa hoàn c c phân tử hữu cơ (Palaniandy et al., 2015). Shanmugaprya và cs. (2008) đ thực hiện c c thí nghiệm xúc t c quang, sử dụng nh s ng mặt trời, với 0,2 g/L chất xúc t c TiO2, cho c c nồng độ kh c nhau của nƣớc thải chứa phenol, cho kết quả phân hủy hoàn toàn phenol trong thời gian gần 300 phút, với nồng độ phenol 100 ppm. Ramanjot (2011) đ tiến hành xử lý nƣớc thải dệt nhuộm dựa trên qu trình quang xúc t c, sử dụng vật liệu TiO2 và nguồn nh s ng mặt trời. Kết quả cho thấy, 83% thuốc nhuộm procion lue (PB) đ đƣợc loại ỏ khỏi nƣớc thải nhà m y dệt có chứa nhiều loại thuốc nhuộm. Ƣu điểm khi sử dụng vật liệu xúc t c TiO2 là có thể t i sử dụng sau qu trình xử lý quang xúc t c, sản phẩm từ sự phân hủy này an toàn, ít ph t sinh chất thải thứ cấp (Houas et al., 2001). Vì vậy, trong nghiên cứu này, chúng tôi đ nh gi khả năng quang xúc t c phân hủy xanh methylen trong nƣớc và nƣớc 558 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững thải thực của vật liệu xúc t c TiO2, sử dụng nguồn s ng là hệ đèn xenon. Hoạt tính quang xúc t c của vật liệu đƣợc x c định ằng sự phân hủy MB, sự suy giảm của COD và tổng lƣợng cac on hữu cơ (TOC) trong nƣớc thải. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Dụng cụ và hóa chất Thanh Ti sử dụng làm điện cực, có độ tinh khiết cao 99,7%, chiều dài 250 mm, đƣờng kính 6 mm (CAS7440-32-6, đƣợc mua từ Alfa Aesar, Mỹ). Muối amoni nitrate (NH4NO3) (CAS6484- 52-2), đƣợc mua từ Công ty Sigma, CHLB Đức. Methylen xanh đƣợc mua từ Anh. Nƣớc cất hai lần đƣợc cất từ m y Aquatron-A4000D tại phòng thí nghiệm. 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 2.2.1. Chế tạo vật liệu TiO2 Vật liệu xúc t c TiO2 đƣợc chế tạo ằng phƣơng ph p điện hóa, sử dụng muối NH4NO3 nồng độ 0,5 M. Qu trình điện hóa đƣợc thực hiện trong hệ hai điện cực (Hình 2.1), sử dụng anot và catot là hai thanh kim loại Titan, có độ tinh khiết cao (99,7%, chiều dài 6,4 mm, đƣờng kính 0,25 inch, Alfa Aesar, Mỹ), đƣợc đặt song song với nhau trong cốc thủy tinh chứa dung dịch NH4NO3 (250 ml, 0,5 M). Hai điện cực đƣợc kết nối với nguồn điện 1 chiều, với điện thế phân cực trong khoảng 20-25 V, tƣơng ứng với dòng điện từ 1,7-2 A. Khi có dòng điện, thanh kim loại Ti trên anot tiếp xúc với dung dịch chất điện ly, óc t ch ra, đi vào trong dung dịch kèm khí tho t ra ở cả hai điện cực. Trong qu trình phản ứng, hệ điện hó ...