Nghiên cứu xử lý nước thải chứa phẩm màu hữu cơ bằng lõi ngô biến tính

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và thực hiện đề tại tại khoa Quản Lý Tài Nguyên
Rừng và Môi Trƣờng – Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam, tôi luôn nhận đƣợc sự
quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Trƣớc hết tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban chủ nhiệm khoa
cùng các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đõ và truyền đạt những kiến
thức chuyên ngành, tạo động lực cho tôi trong suốt thời gian, rèn luyện và hồn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Đặc biệt tơi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến giảng viên hƣớng dẫn thầy
TS.Vũ Huy Định và ThS.Đặng Thế Anh là ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp
đỡ tơi trong q trình thực tập và viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp của mình.
Tơi xin gửi lời cám ơn chân thành tới các giảng viên, cán bộ trung tâm
Phân tích mơi trƣờng và Ứng dụng địa không gian đã giúp đỡ tôi, chia sẻ nhiều
kinh nghiệm q báu để tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp của mình.
Cuối cùng tơi xin cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã ln động viên, chia
sẻ, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực hiện đề
tài tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày tháng năm 2017
Sinh viên thực hiện
Trần Thị Yến


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AR 23: Acid Red 23
CC: Corn Core
C – Fe(III): hệ xúc tác – lõi ngô biến tính bằng muối sắt (III)
DB 199: Direct Blue 199
DR 239: Direct Red 239
DR 224: Direct Red 224
RY 160: Reactive Yellow 160

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trƣờng
là chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nƣớc trên thế giới. Một trong những
vấn đề đặt ra cho các nƣớc đang phát triển, trong đó có Việt Nam là cải thiện
mơi trƣờng ô nhiễm từ các chất độc hại do nền cơng nghiệp tạo ra. Điển hình
nhƣ các ngành hóa chất, thực phẩm… đặc biệt là ngành dệt nhuộc đang phát
triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam.
Công nghiệp dệt nhuộm ra đời và phát triển không ngừng nhằm đáp ứng
nhu cầu ngày càng đa dạng của con ngƣời. Công nghiệp dệt nhuộm là một trong
những ngành sản xuất quan trọng trong chiến lƣợc phát triển kinh tế xã hội của
Việt Nam, góp phần tăng tỷ trọng xuất khẩu, giải quyết công ăn việc làm cho
lƣợng lớn lao động hiện nay. Tuy nhiên, cùng với lợi ích kinh tế đặt đƣợc, tình
trạng ơ nhiễm mơi trƣờng do nƣớc thải của các nhà máy dệt nhuộm gây ra. Nƣớc
thải dệt nhuộm đƣợc thải vào môi trƣờng, ảnh hƣởng xấu đến mỹ quan môi
trƣờng, gây ô nhiễm môi trƣờng đất và nƣớc, ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời
và cuộc sống của ngƣời dân sống quanh đó. Phẩm màu nhuộm là các hợp chất
hữu cơ có khối lƣợng phân tử khá lớn, chứa các vịng thơm và có màu. Chúng
rất đa dạng về màu sắc, khả năng bắt màu tốt trên các vật liệu. Ngƣời ta thƣờng
sử dụng các loại phẩm màu tổng hợp và các chất phụ trơ để tạo màu bền. Phần
thuốc dƣ không đƣợc gắn vào vật liệu là nguyên nhân gây ra ô nhiễm. Đã có rất
nhiều phƣơng pháp xử lý ơ nhiễm phẩm màu. Trong đó, phƣơng pháp oxy hóa
nâng cao đã thể hiện đƣợc rất nhiều ƣu điểm riêng nhƣ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn
có, quy trình đơn giản, khơng đƣa vào môi trƣờng những chất độc hại đang đƣợc
sử dụng phổ biến và rộng rãi hiện nay.
Hiện nay, có rất nhiều nguyên liệu rẻ tiền dẽ kiếm nhƣ mùn cƣa, vỏ lạc,
lõi ngô, vỏ dừa, rơm… đƣợc sử dụng để loại bỏ các chất độc hại trong môi
trƣờng nƣớc. Lỗi ngô là một trong những phụ phẩm nông nghiệp đang là vật liệu
đƣợc chế tạo các vật liệu để xử lý ô nhiễm môi trƣờng. Xử lý phẩm màu hữu cơ

bằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao với hiệu ứng Fenton là một trong những
1


hƣớng nghiên cứu mới đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trong và ngoài nƣớc
quan tâm nghiên cứu.
Đề tài: “ Nghiên cứu xử lý nước thải chứa phẩm màu hữu cơ bằng lõi
ngơ biến tính ” nhằm tìm kiếm vật liệu rẻ tiền nhƣ các sản phẩm phụ nông
nghiệp – sau khi biến tính, có khả năng xúc tác dị thể cho quá trình Fenton xử lý
các hữu cơ khó phân hủy.

2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về nƣớc thải dệt nhuộm

1.1.1 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, nhộm và hồn tất. Trong đó lƣợng nƣớc thải chủ
yếu do q trình giặt sau mỗi cơng 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 là từ các cơng đoạn nhuộm và hồn tất sản phẩm. Ngƣời ta có
thể tính sơ lƣợc nhu cầu sử dụng nƣớc cho 1 m2 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 hai 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 [1], [2].
1.1.2 Đặc tính của nước thải dệt nhuộm
1.1.2.1. Ơ nhiễm chất hữu cơ
Mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ và vơ 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 cơng 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,
nên hàm lƣợng BOD rất cao.
Nhu cầu oxi hóa học: nƣớc thải có những chất khó phân giải sinh học mà
chỉ loại bỏ đƣợc một phần nhờ hấp thụ lên bùn hoạt tính hoặc oxy hóa học.
Những nơi có các xơ sợi tổng hợp thì COD càng cao.
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


1.1.2.2. Tính độc
 Nƣớc thải dệt nhuộm phải nói đến nhiệt độ, nƣớc thải trực tiếp ra cống
rãnh không qua xử lý.
 Nƣớc thải có nhiệt độ cao khơng đƣợc phép thải trực tiếp ra môi trƣờng,
giới hạn theo tiêu chuẩn thải cột B (TCVN 1995) là 400. 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 35 0C, trên nhiệt độ này ảnh hƣởng đến hiệu quả làm sạch của nƣớc thải
của vi sinh vật bị ức chế.
 Độ pH: nƣớc thải đo đƣợc pH từ 9 -12, tính kiềm cao nếu khơng đƣợc
trung hòa sẽ làm tổn hại hệ thống vi sinh. Con cá cũng không thể tồn tại đƣợc
môi trƣờng này.

 Một số chất độc khác:
Kim loại nặng: đồng, crom, niken, coban, kẽm, chì, thủy ngân mặc dù
hàm lƣợng nhỏ, nhƣng nếu không đƣợc xử lý cũng sẽ gây độc cho vi sinh sống
trong nƣớc.
Các halogen hữu cơ (AOX) độc hại phát sinh từ q trình tẩy trắng vải
sợi bơng sử dụng natri hipoclorit và natri cloprit từ thuốc nhuộm và chất màu.
Clo dƣ là chất độc với vi sinh vật.
Màu của nƣớc thải rất đậm do không đƣợc tận dụng hết và gắn màu vào
các xơ sợi gây ra. Làm cản trở sự hấp thụ oxy và bức xạ mặt trời, khơng có lợi
cho sự hơ hấp và sinh trƣởng của quần thể vi sinh trong nƣớc. Ảnh hƣởng xấu
đến khả năng phân giải của vi sinh.
1.1.3 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 ơ
nhiễm do chất trợ và hóa chất dệt nhuộm có thể đƣợc giải quyết bằng các
phƣơng pháp truyền thống, trong khi đó, ơ nhiễm do thuốc nhuộm trở thành vấn
đề chủ yếu đối với nƣớc thải dệt nhuộm. Thuốc nhuộm sử dụng hiện nay là các

4


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
 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 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 [13].
Bảng 1.1: Tổn thất thuốc nhuộm khi nhuộm các loại xơ sợi
STT

Loại thuốc nhuộm

Loại xơ sợi

Tổn thất vào dịng thải (%)

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

Hồn ngun

Xenlulo

5 ÷ 20

Các thuốc nhuộm thƣờng có trong nƣớc thải nhuộm ở nồng độ 10 ÷
50mg/L. Tuy nhiên, nồng độ của chúng trong nƣớc sơng tiếp nhận thì nhỏ hơn
nhiều. Ngƣời ta đã đƣa ra giá trị điển hình trung bình là 1 mg/L đối với một
thuốc nhuộm đơn trong dịng sơng [13]. Đây chỉ là giá trị trung bình hàng năm,
rất thấp so thực tế. Tùy theo mức độ sản xuất ngành dệt có những trƣờng hợp
nồng độ thuốc nhuộm có trong nƣớc sông của Anh [13] nhƣ ở bảng 1.2.

5


Bảng 1.2 : Nồng độ thuốc nhuộm trong nƣớc sông là kết quả của
thuốc nhuộm thải loại bởi công nghiệp dệt nhuộm
Đặc điểm quá trình

Mức độ

Nồng độ thuốc nhuộm
trong nƣớc sơng (mg/L)

Nhuộm tận trích sợi bơng

Trung bình

5,3

Xấu nhất

1555

Nhuộm tận trích sợi len

Trung bình

1,2

bằng thuốc nhuộm axit

Xấu nhất

364

bằng thuốc nhuộm hoạt tính

(Kết quả này khơng tính lượng thuốc nhuộm bị bùn hấp phụ trong hệ
thống xử lý)
Với nồng độ nhƣ vậy, nƣớc thải dệt nhuộm sẽ có màu thƣờng rất đậm,
làm cản trở khả năng xuyên qua ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hịa tan oxy
trong nƣớc. Ngồi 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 ổn định đó là khi vào dịng nƣớc chúng khơng dễ
dàng đƣợc phân hủy bởi vi sinh và các phƣơng pháp thông thƣờng, nhất là thuốc
nhuộm hoạt tính.
Nƣớc thải dệt nhuộm rất đa dạng và phức tạp. Từ các loại hóa chất sử

dụng: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất ngậm, chất tạo mơi
trƣờng tinh bột, men, chất oxy hóa... nhiều loại hóa chất này hịa tan dƣới dạng
ion và các chất kim loại nặng tăng thêm tính độc hại khơng những tức thời trƣớc
mắt mà còn về lâu dài sau này. Công nghệ dệt nhuộm sử dụng một lƣợng lớn
nƣớc phục vụ cho các công đoạn sản xuất đồng thời xả ra lƣợng nƣớc tƣơng
ứng, bình quân khoảng 12 – 300 m3/tấn vải. Trong đó có hai nguồn ơ nhiễm
chính là công đoạn dệt nhuộm và nấu vải.
 Nƣớc thải nhuộm: nƣớc thải không ổn định và đa dạng, thay đổi ngay
trong từng nhà máy khi nhuộm, thậm chí ngay cả khi cùng một loại vải với
6


thuốc nhuộm khác, mơi trƣờng nhuộm có thể axit, bazo, trung tính. Hiệu quả
hấp thụ khoảng 60 – 70%, 30 – 40% phẩm nhuộm thừa còn lại ở dạng nguyên
thủy, chất điện ly…đó là nguyển nhân gây độ màu cao.
 Nƣớc thải tẩy dệt: có pH dao động từ 9 – 12 hàm lƣợng chất hữu cơ cao
(COD = 1000 – 3000 mg/l). Độ màu của nƣớc thải khá lớn ở những giai đoạn
tẩy ban đầu và có thể đến 10000 Pt – Co, hàm lƣợng cặng lơ lửng có thể đạt đến
200 mg/l.
Nhóm chất độc hại cho vi sinh vật và cá:
 NaOH và Na2CO3 đƣợc sử dụng với số lƣợng lớn có thể để nấu vải sợi
bơng và xử lý trƣớc vải sợi pha.
 Axit vô cơ H2SO4 dùng để giặt và trung hòa xút.
 Các chất khử vơ cơ dùng trong nhuộm hồn ngun.
 NaS2 dùng khử thuốc nhuộm lƣu hóa.
 Dung mơi hữu cơ clo hóa
Nhóm chất khó phân giải vi sinh:
 Các chất giặt vịng thơm, mạch etylenoxit dài hoặc có cấu trúc mà mạch
nhánh ankyl.
 Các polimer tổng hợp bao gồm các chất hồ hoàn tất, các chất hồ sọi dọc

nhƣ PVA, poliacrylat.
 Phần lớn các chất nhũ hóa, các chất làm mềm, chất tạo phức.
 Tạp chất dầu khoáng, silicon từ dầu kéo sợi đƣợc tách ra.
 Thuốc nhuộm và chất tẩy trắng quang học.
Các chất ít độc và có thể phân giải vi sinh
 Xơ sợi và các tạp chất thiên nhiên có trong xơ sợi bị loại bỏ trong các
cơng đoạn xử lý trƣớc.
 Các chất dùng hồ sợi dọc trên cơ sở tinh bột khơng biến tính.
 Các chất giặt với ankyl mạch thẳng – chất tẩy rửa mềm.
 Axit và muối.
7


1.2.

Tổng quan về phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm
Trong vài năm gần đây con ngƣời nhận thức rõ ràng hơn về những tác

động đối với môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời của các loại thuốc nhuộm màu,
do vậy việc phát triển các phƣơng pháp nhằm xử lý tình trạng ơ nhiễm mơi
trƣờng cũng nhƣ chủ động xử lý nƣớc thải là nhu cầu tất yếu và bắt buộc. Có rất
nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng có hiệu quả trong việc loại bỏ màu nhuộm,
đƣợc chia thành ba nhóm lớn là phƣơng pháp hóa lý, phƣơng pháp điện thế và
phƣơng pháp oxi hóa. Trong các phƣơng pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính
trong nƣớc dệt nhuộm thì phƣơng pháp vi sinh là phƣơng pháp kinh tes và sinh
thái nhất. Phƣơng pháp này đƣợc nghĩ đến đầu tiên trong quá trình xử lý nƣớc
thải. Nhƣng với những đặc điểm của nƣớc thải dệt nhuộm, nhất là nƣớc thải
chứa thuốc nhuộm hoạt tính thì một mình phƣơng pháp vi sinh không thể giải
quyết đƣợc triệt để vấn đề, nƣớc thải sau xử lý khơng đảm bảo đƣợc tiêu chuẩn
thải. Vì vậy ngƣời ta phải tiến hành tiền xử lý các chất màu khó hoặc khơng

phân giải sinh học trong nƣớc thải dệt nhuộm bằng phƣơng pháp hóa lý, hóa học
rồi mới xử lý hoàn toàn bằng phƣơng pháp vi sinh. Đối với thuốc nhuộm hoạt
tính, hiện nay trên thế giới và Việt Nam vẫn chƣa có một phƣơng pháp tiền xử lý
thật sự hiệu quả và kinh tế vì đặc tính tan, bền và đa dạng về chủng loại của nó.
Phƣơng pháp oxi đang đƣợc nghiên cứu và tỏ ra có tiềm năng trong giải quyết
vấn đề này.
1.2.1. Phương pháp hóa lý
Các phƣơng pháp đơn thuần có đặc điểm chung là chuyển chất ô nhiễm
từ pha này sang pha khác mà không làm biến đổi bản chất, cấu trúc chất màu.
Do đó, trong xử lý xử lý chất màu thì các phƣơng pháp hóa lý có nhƣợc điểm
chung là khơng xử lý triệt để chuyển chúng thành các chất không gây ô nhiễm
hoặc các chất dễ phân hủy sinh học hơn.
Phương pháp keo tụ:
Keo tụ là hiện tƣợng các hạt keo cùng loại có khả năng hút nhau tạo
thành những tập hợp hạt có kích thƣớc và khối lƣợng lớn hơn có thể lắng xuống
8


do trọng lực trong một thời gian ngắn. Phƣơng pháp này để xử lý chất màu dệt là
phƣơng pháp tách loại bỏ chất màu gây ô nhiễm ra khỏi nƣớc dựa trên hiện
tƣợng keo tụ. Tuy nhiên các hạt cùng pha luôn đẩy nhau cản trở sự hút nhau tạo
các hạt và lắng xuống. Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc
thải dệt nhuộm đối với các thuốc nhuộm phân tán và không tan. Đây là phƣơng
pháp khả thi về mặt kinh tế, tuy nhiên nó không xử lý đƣợc tất cả các loại thuốc
nhuộm. Bên cạnh đó phƣơng pháp này cũng tạo ra lƣợng bùn thải lớn và khơng
làm giảm tổng chất rắn hịa tan nên gây khó khăn cho tuần hồn nƣớc.
Phương pháp hấp phụ:
Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải
khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng nhƣ xử lý cục bộ khi
trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó[2]. Những chất này

khơng phân huỷ bằng con đƣờng sinh học và thƣờng có độc tính cao. Nếu các
chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lƣợng chất hấp phụ khơng lớn
thì việc áp dụng phƣơng pháp này là hợp lý hơn cả.
Trong trƣờng hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:
• Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt hạt hấp phụ.
• Thực hiện q trình hấp phụ;
• Di chuyển chất ơ nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán
trong). Ngƣời ta thƣờng dùng than hoạt tính, các chất tổng hợp hoặc một số chất
thải của sản xuất nhƣ xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các chất hấp phụ bằng khống sản
nhƣ đất sét, silicagen…Để loại những chất ơ nhiễm nhƣ: chất hoạt động bề mặt,
chất màu tổng hợp, dung mơi clo hố, dẫn xuất phenol và hydroxyl…
Các chất đƣợc hấp phụ đƣợc sử dụng trong xử lý nƣớc thải dệt nhuộm:
 Cacbon hoạt tính: chất hấp phụ phổ biến và rộng rãi.
 Các chất hấp phụ vô cơ khác: đất sét; than bùn; một số khoáng…
 Chất hấp phụ chế tọa có khả năng hấp phụ tốt các thuốc nhuộm tan, kể
cả than hoạt tính.

9


 Sinh khối đƣợc sử dụng để khử chất màu nƣớc thải dệt nhuộm bằng cơ
chất hấp phụ và trao đổi ion.
Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ bằng vật liệu:
• Tách các chất hữu cơ nhƣ phenol, alkylbenzen-sulphonic acid, thuốc
nhuộm, các hợp chất thơm từ nƣớc thải bằng than hoạt tính;
• Có thể dùng than hoạt tính khử thuỷ ngân;
• Có thể dùng để tách các chất nhuộm khó phân huỷ;
Hấp phụ là phƣơng pháp đƣợc nghĩ đến nhiều trong xử lý thuốc nhuộm
hoạt tính. Nhƣợc điểm phƣơng pháp này nằm trong chính bản chất của nó là giữ
lại chất hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ mà khơng có khả năng chuyển hóa.,

thời gian xử lý dài và không triệt để.
1.2.2. Phương pháp điện thế
Phƣơng pháp này dựa trên cơ sở q trình oxi hóa/khử xảy ra trên các
điện cực. Ở anode, nƣớc và các ion clorua bị oxi hóa dẫn đến sự hình thành O2;
O3; Cl2 và các gốc là tác nhân oxi hóa các chất hữu cơ trong dung dịch. Q
trình khử điện hóa các hợp chất hữu cơ nhƣ thuốc nhuộm, kết hợp với phản ứng
oxi hóa điện hóa và q trình tuyển nổi, keo tụ điện hóa với cực nhơm hoặc sắt
là cơng nghệ xử lý hiệu quả độ màu, kim loại nặng, chất rắn lơ lửng. Đây là
phƣơng pháp đƣợc chứng minh hiệu quả đối với việc xử lý độ màu, chất rắn lơ
lửng của nƣớc thải dệt nhuộm. Tuy nhiên phƣơng pháp này có giá thành cao do
tiêu tốn năng lƣợng và kim loại làm điện cực.
1.2.3. Phương pháp oxi hóa
Để làm sạch nƣớc thải có thể dùng các chất oxy hóa nhƣ clo ở dạng khí
và hóa lỏng, clodioxit, canxiclorat, natri hypoclorit, kali pemanganat, kali
bicromat, oxy khơng khí, ozon...[2].
Trong q trình oxy hóa, các chất độc hại trong nƣớc thải đƣợc chuyển
thành các chất ít độc hơn và tách ra khỏi nƣớc thải. Quá trình này tiêu tốn một
lƣợng lớn tác nhân hóa học, do đó q trình oxy hóa học chỉ đƣợc dùng trong
những trƣờng hợp khi các tạp chất gây nhiễm bẩn trong nƣớc thải không thể tách
bằng những phƣơng pháp khác.
10


- Oxy hóa bằng clo:
Clo và các chất có chứa clo hoạt tính là chất oxy hóa thơng dụng nhất.
Ngƣời ta sử dụng chúng để tách H2S, hydrosunfit, các hợp chất chứa
metylsunfit, phenol, xyanua ra khỏi nƣớc thải.
Khi clo tác dụng với nƣớc thải xảy ra phản ứng
Cl2 + H2O → HClO + HCl
HClO → H+ + ClOTổng clo, HClO và ClO- đƣợc gọi là clo tự do hay clo hoạt tính.

Các nguồn cung cấp clo hoạt tính cịn có hypoclorit, clorat, dioxyt clo…
Lƣợng clo hoạt tính cần thiết cho một đơn vị thể tích nƣớc thải là:
10g/m3 đối với nƣớc thải sau xử lý cơ học, 5 g/m3 sau xử lý sinh học hồn tồn.
- Phƣơng pháp ozon hóa:
Ozon tác động mạnh mẽ với các chất khoáng và chất hữu cơ, oxy hóa
bằng ozo cho phép đồng thời khử màu, khử mùi, tiệt trùng của nƣớc. Sau quá
trình ozon hóa số lƣợng vi khuẩn bị tiêu diệt đến hơn 99%, ozon cịn oxy hóa
các hợp chất nitơ, photpho...
Phƣơng pháp oxi hóa nâng cao
Trong xử lý nƣớc thải, nó đƣợc đặt tên là oxy hóa nâng cao (AOPsAdvanced Oxidation Processes). Giải pháp này đòi hỏi tạo ra một chất trung
gian có hoạt tính cao, có khả năng oxy hóa hiệu quả các chất hữu cơ khó phân
hủy sinh học, trong xứ lý nƣớc thải đó là các gốc hydroxyl tự do (OH•). Trong
việc áp dụng giải pháp này (AOPs), quá trình Fenton và các quá trình kiểu
Fenton (Fenton – Like processes) đƣợc cho là giải pháp có hiệu quả cao và tính
ứng dụng lớn trong xử lý các phẩm mẫu hữu cơ bền, khó phân hủy bằng phƣơng
pháp khác. Cơng trình nghiên cứu này đƣợc J.H. Fenton cơng bố vào năm 1894
trong tạp chí hội hóa học ở Mỹ[2]. Q trình này dùng tác nhân là tổ hợp H2O2
và muối sắt Fe2+ làm tác nhân oxy hóa, thực tế đã chứng minh hiệu quả xử lý và
kinh tế của phƣơng pháp này khá cao. Nhƣợc điểm của của nó là phải duy trì
đƣợc mơi trƣờng pH thấp, tốn hóa chất, sản phẩm sau khi xử lý có thể bị khống
hóa hồn tồn, khơng tận dụng đƣợc ngun liệu cho q trình xử lý sinh hóa
11


tiếp theo. Vì vậy, trong các trƣờng hợp chỉ nên áp dụng quá trình Fenton để
phân hủy từng phần, chuyển các chất khó phân hủy sinh học thành có khả năng
phân hủy sinh học rồi tiếp tục dùng các quá trình xử lý sinh học tiếp sau.
Hiện nay phƣơng pháp xử lý oxy hóa nâng cao đang đƣợc chú ý nhiều
trong thời gian gần đây, do nhiều đƣợc điểm ƣu việt của nó. Vật liệu có thể chế
tạo từ nguồn thiên nhiên hoặc các phụ phẩm nơng, cơng nghiệp có sẵn, quy trình

xử lý khá đơn giản và trong quá trình xử lý khơng đƣa thêm vào mơi trƣờng
những tác nhân độc hại.
Trong bài luận văn này, tôi áp dụng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao dùng
hiệu ứng Fenton dị thể với nguyên liệu sử dụng là lõi ngô biến tính để xử lý
phẩm màu trong nƣớc thải dệt nhuộm. Tổng quan về phƣơng pháp nhƣ sau:
Khả năng oxy hóa của H2O2 khi có mặt của ion Fe2+ (phản ứng Fenton)
đã đƣợc nghiên cứu năm 1894 khi J.H.Fenton thực hiện q trình oxy hóa axit
tartaric bằng hydroperpxit với sự có mặt của Fe2+. Bốn mƣơi năm sau, Haber và
Weiss đã xác định gốc hydroxyl là tác nhân oxy hóa đƣợc hình thành từ phản
ứng và phản ứng đƣợc gọi chung là Fenton:
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + OH●
Ion Fe3+ hình thành có thể tiếp tục phản ứng với hydropeoxit để hình
thành ion Fe2+ theo phản ứng:
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2● +H+
Về mặt động học, phản ứng thứ hai không nhanh bằng phản ứng thứ
nhất, đặc biệt là trong môi trƣờng axit. Hạn chế này là do sự hình thành hợp chất
phức hydropeoxit của ion Fe(III), Fe(OOH)2+ trong mơi trƣờng axit mạnh. trong
mơi trƣờng trung tính hoặc axit yếu, ion Fe(III) có xu hƣớng hình thành
hydropeoxit. Trong nghiên cứu về sự phân hủy hydropeoxitkhi có mặt muối sắt,
Haber và Weiss [6] đã chỉ ra rằng khi hydroperoxit tƣơng đối dƣ so với sắt,
chúng bị phân hủy tạo ra phân tử oxy nhiều hơn so với sự hình thành ion Fe(III).
Hệ phản ứng Fenton đƣợc duy trì bởi hai phản ứng trung gian giúp duy trì phản
ứng dây chuyền trong môi trƣờng axit:


OH + H2O2 → H2O + HO2
12


HO2 + H2O → OH + H2O2

Tuy nhiên, một số nghiên cứu đã cho thấy có thể xảy ra phản ứng trung
gian khác, hình thành ion FeO2+ nhƣ phản ứng:
H2O2 + Fe2+ → FeO2+ + H2O
Các phản ứng phụ này chiếm ƣu thế ít hay nhiều phụ thuộc vào điều kiện
mơi trƣờng. Tổng kết cơ chế chính của hệ thống Fenton cùng các phản ứng liên
quan đƣợc liệt kê tại bảng sau:
Bảng 1.3: Các phản ứng chính ảnh hƣởng đến hệ phản ứng Fenton
và các hằng số nhiệt động tƣơng ứng
K(mol-1.l.s-1)

Phản ứng


Khơi mào
H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + OH

 Xúc tác: Hình thành Fe(II)
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+
Fe3+ + HO2 → Fe2+ + O2 + H+
Fe3+ + O2- → Fe2+ + O2
 Phát triển mạch

OH + H2O2 → H2O + HO2
HO2 → H+ + O2RH + OH→ R + H2O

55
3,1.10-1
2.104
5.107
3,3.107

1,6.105
107 - 109
108 – 1010

ArH + OH→ ArHOH
 Ức chế
Fe2+ + OH → Fe3+ + OH
Fe2+ + HO2 + H+ → Fe3+ + H2O2
Fe2+ + O2- + 2H+ → Fe3+ + H2O2
O2- + HO2  + H+ → H2O2 + O2
HO2 + HO2 → H2O2 + O2
O2- + HO → OH- + O2
O2- + HO + H2O → H2O2 + O2 + OH
HO + HO→ H2O2
2 OH → H2O2

13

4,3.108
1,2.106
1,0.107
9,7.107
8,3.105
7,1.109
1,0.1010
9,7.107
5,3.109


Tuy nhiên, hoạt tính của các gốc hydroxyl đối với các hợp chất hữu cơ

chỉ bắt đầu đƣợc công nhận từ năm 1930, sau khi cơ chế phản ứng của nó đƣợc
làm sáng tỏ. Hiện nay, chất hoạt động của hệ Fenton (Fe2+, H2O2) đƣợc sử dụng
để xử lý nƣớc thải chứa các hợp chất hữu cơ độc hại, bền và không phân hủy
sinh học (nƣớc thải nông nghiệp và công nghiệp, các hợp chất phenol, hợp chất
màu, nƣớc rác...).
Hiệu quả của hệ phản ứng Fenton phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: pH,
nồng độ Fe2+, nồng độ H2O2, nồng độ các chất ô nhiễm ban đầu và nhiệt độ phản
ứng. Tuy nhiên, pH và nồng độ của các chất hoạt hóa hệ phản ứng Fenton (Fe2+
và H2O2) là các yếu tố quan trọng nhất.
a. Ảnh hƣởng của pH:
Hiệu ứng Fenton và các phƣơng pháp liên quan (Fenton quang hóa,
Fenton điện hóa) làm việc tối ƣu trong khoảng pH = 3. Khi giá trị pH lớn hơn 4,
các ion sắt có xu hƣớng kết tủa hydroxit. Khi pH dƣới 2,5, hiệu quả của phản
ứng giảm vì ba cơ chế:
+ Hình thành các hợp chất của sắt
+ Tăng tốc phản ứng tiêu thụ HO• bằng H2O2
+ Ức chế phản ứng tái sinh tạo Fe2+
b. Ảnh hƣởng của nồng độ chất xúc tác:
Ảnh hƣởng của nồng độ xúc tác đã đƣợc chỉ ra trong nhiều nghiên cứu
cho thấy với nồng độ cao, đặc biệt là ion Fe3+, làm giảm hiệu quả của q trình
khống hóa do phản ứng phụ giữa •OH và H2O2. Các nghiên cứu của Guivarch
đã chỉ ra rằng nồng độ sắt thấp thúc đẩy sự phân hủy azobenzen, axit salicylic và
xanh malachit, bằng q trình khống hóa nhờ phƣơng pháp Fenton điện hóa.
c. Ảnh hƣởng của tỷ lệ [H2O2]/[Fe2+]:
Tỷ lệ [H2O2]/[Fe2+] là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của q
trình khống hóa các hợp chất hữu cơ trong phản ứng Fenton. Edelahi đã chỉ ra
rằng hiệu quả xử lý diuron bằng phƣơng pháp Fenton tăng khi tỷ lệ
[H2O2]/[Fe2+] và nồng độ chất xúc tác tăng. Tuy nhiên, khi nồng độ H2O2 và Fe2+
14

quá cao dẫn đến việc tiêu thụ gốc •OH, kéo theo giảm sự phân hủy các hợp chất
hữu cơ nhờ phƣơng pháp Fenton.
Phƣơng pháp Fenton có nhƣợc điểm lớn là các cacboxylic trung gian
không thể phân hủy do các axit cacboxylic và dicacboxylic (L) có thể tạo phức
bền với sắt và ngăn cản phản ứng với Hydropeoxit, dẫn đến quá trình tái sinh
xúc tác bị ngừng lại trƣớc khi quá trình khống hóa hồn tồn đƣợc diễn ra.
Fe2+ + nL→ [FeLn]x+
1.3.

H2O2

Kết thúc chu kỳ tái sinh xúc tác

Vật liệu biến tính lõi ngơ (Corn Core - CC)

1.3.1. Đặc điểm cấu tạo
Lõi ngơ (CC) về mặt hình thái thì ở phía ngồi đƣợc bao bọc bởi một lớp
trấu ngơ (chaff), phần lõi (pith) ở trung tâm xốp mềm và vòng gỗ (woody ring)
cứng đƣợc hình thành ở giữa.

Hình 1.1: Cấu tạo lõi ngô
Thành phần chủ yếu của lõi ngô là xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin,
nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy. Lõi ngơ đƣợc nghiên cứu cho thấy có khả
năng tách các amoni hòa tan trong nƣớc nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành
phần gồm các polyme nhờ xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein
[10].

15

Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisacarit các mắt xích

α-glucozơ

[C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit tạo nên các vi sợi
xenlulozơ. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 đến 150.000u
vi sợi xenlulozơ có một lớp hemixenlulozơ áo quanh gắn nó gắn kết với các vi
sợi khác [12]. Các mạch xenlulozơ đƣợc liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và
liên kết Van Der Walls. Do thiếu chuỗi bên hoặc chuỗi nhánh, xenlulozơ là một
polyme bán tinh thể, chứa cả pha tinh thể và pha vơ định hình. Liên kết hydro
giữa các chuỗi xenlulozơ và lực Van Der Walls giữa các phân tử glucozơ dẫn
đến sự hình thành vùng tinh thể liên kết chặt chẽ với nhau. Ngƣợc lại, trong
vùng vơ định hình, xenlulozơ liên kết khơng chặt chẽ với nhau nên dễ bị tấn
công.
Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemicenlulozơ là polisacarit giống
xenlulozơ, nhƣng số lƣợng mắt xích nhỏ hơn. Hemicenlulozơ thƣờng bao gồm
nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl [11].
Lignin: Lignin là loại polymer đƣợc tạo bởi các mắt xích phenylpropan.
Lignin giữ vai trị là chất kết nối giữa hemixenlulozơ và xenlulozơ [11].
1.3.1. Ứng dụng của lõi ngô – CC
Lõi ngô đƣợc nhiều ngƣời Việt Nam sử dụng là chất đốt thay củi trong
gia đình. Ngồi ra cịn đƣợc sử dụng để trồng nấm sò hoặc nấm mộc nhĩ đen
đem lại hiệu quả kinh tế cao đối với vùng có khí hậu ơn hịa, nhiệt độ khá ổn
định trong những tháng hè thu và đông nên thuận lợi cho nấm phát triển. Theo
Thông tấn xã Việt Nam (TTXVN), tỉnh Hà Giang (2014) đã xây dựng chƣơng
trình đầu tƣ, hỗ trợ chuyển giao cơng nghệ sản xuất nấm ăn từ lõi ngô cho 60 xã
do Sở Nông Nghiệp và Phát Triển Nông thôn làm chủ đầu tƣ.
Lõi ngô khi nghiền nhỏ trở thành một loại bột tƣơng đối mịn và dễ hút
ẩm. Chính nhờ đặc tính này lõi ngơ trở thành một trong những loại ngun liệu

hữu ích trong q trình sản xuất thuốc trừ sâu, phân bón, mỹ phẩm…
Ngày nay, ngƣời ta đã phát hiện ra rất nhiều cơng dụng của lõi ngơ: có
thể đƣợc chế tạo làm thức ăn cho gia súc, có thể lên men lõi ngô để thu đƣợc
ancol etylic hoặc acid lactic [10], ngƣời ta cịn phối trộn lõi ngơ với bê tơng để
trở thành bê tơng lõi ngơ có đặc tính rất nhẹ. Đặc biệt, đã có nhiều cơng trình
nghiên cứu chế tạo biến tính từ lõi ngơ. Lõi ngô cũng đƣợc ứng dụng hiệu quả
16


trong việc chế tạo vật liệu trong xử lý môi trƣờng với giá thành rẻ, quy trình chế
tạo vật liệu đơn giản, không đƣa thêm vào nƣớc thải tác nhân độc hại nên việc
nghiên cứu và đƣa ra quy trình hồn chỉnh nhằm tận dụng những nguồn ngun
liệu sẵn có ở Việt Nam trong việc xử lý môi trƣờng là rất có ý nghĩa.
CHƢƠNG II: MỤC TIÊU – ĐỐI TƢỢNG – NỘI DUNG – PHƢƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.

Mục tiêu nghiên cứu

a. Mục tiêu tổng qt
Tìm kiếm, điều chế vật liệu có khả năng xúc tác cho q trình oxy hóa
nâng cao xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nƣớc thải.
b. Mục tiêu cụ thể
 Biến tính lõi ngô, một sản phẩm phụ nông nghiệp, bằng muối sắt FeCl3
thành hệ xúc tác dị thể C – Fe(III)
 Tìm ra các điều kiện thích hợp nhƣ nhiệt độ, pH, hàm lƣợng chất oxy
hóa, hàm lƣợng vật liệu biến tính khi triển khai kỹ thuật Fenton cho các sản
phẩm màu phổ biến
 Đánh giá khả năng áp dụng các điều kiện tìm đƣợc của quá trình
Fenton/C – Fe(III) xử lý các mẫu nƣớc thải dệt nhuộm

2.2.

Mục đích nghiên cứu

a. Lõi ngô: phụ phẩm nông nghiệp
Phụ phẩm lõi ngô: đƣợc lấy từ Tiền Hải – Thái Bình
Lõi ngơ khi mang về phịng thí nghiệm đƣợc phơi khơ cho vào tủ sấy
1000C hút hết nƣớc, sau đo băm nhỏ để biến tính vật liệu. Vật liệu sau khi biến
tính bằng muối sắt (III), đƣợc ki hiệu là C – Fe(III).

17


a

b

c

d

Hình 2.1: Hình ảnh lõi ngơ trƣớc (a,b,c) và sau khi biến tính (d)
b. Phẩm màu:
Các phẩm màu đƣợc mua tại công ty TNHH Thƣơng Mại Tân Hồng Phát
– số 92 Cửa Bắc, Quán Thánh, Ba Đình, Hà Nội
Bảng 2.1: Các đặc tính của phẩm màu
STT

Tên thƣơng mại

Tên

CTCT

viết tắt

Khối lƣợng
phân tử

1

Reactive Yellow 160

RY 160 C25H22ClN9Na2O32S3 818,13

2

Direct Blue 199

DB 199 -

3

Direct Red 239

DR 239 C31H19ClN7Na5O19S6 1136,32

4

Direct Red 224

DR 224 C41H34N10Na4O18S4

1174,99

5

Acid Red 23

AR 23

509,42

C18H13N3Na2O8S2

18

-


Hình 2.2 sau miêu tả các hình ảnh cơng thức cấu tạo của các phẩm màu
đƣợc sử dụng:

RY 160

DB 199

AR 23

DR 224

DR 239

Hình 2.2: Các cơng thức cấu tạo của các phẩm màu
c. Nƣớc thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc – Hà Đông
 Địa điểm: Làng nghề Vạn Phúc – Hà Đơng
2.3.

Nội dung nghiên cứu
 Nghiên cứu biến tính lõi ngô bằng muối sắt ở nhiệt độ cao.
 Khảo sát các điều kiện ảnh hƣởng đến quá trình Fenton/C – Fe(III), cụ

thể các yếu tố đƣợc khảo sát là: nhiệt độ, pH, H2O2, hàm lƣợng vật liệu xúc tác.
 Nghiên cứu áp dụng quá trình Fenton/CC – Fe(III) cho các mẫu nƣớc
thải dệt nhuộm, ở điều kiện tƣơng tự các mẫu phẩm màu.
2.4.

Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
Bảng 2.2: Tên hóa chất, thiết bị, dụng cụ

Hóa chất
 Lõi ngơ 100g
 Nƣớc cất

Thiết bị
 Tủ sấy
 Lị nung
19

Dụng cụ

 Cốc, đũa, phễu thủy
tinh









H2SO4 đặc 98%
H2O2 25%
Phẩm màu: RY 160,
DB199, DR 239, DR
224, AR 23
K2Cr2O7/ H2SO4
Ag2SO4/ H2SO4
Ferroin
Dung dịch muối Fe2+

 Máy DR-500
 Cân phân tích




Buret
Giấy lọc

2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.5.1. Phương pháp biến tính lõi ngơ
Theo nghiên cứu của N.K. Daud, B.H. Hameed trƣờng Đại Học Khoa
Học, Malaysia 2009 chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, đã nghiên cứu xử lý chất
hữu cơ khó phân hủy trong phẩm màu bằng phƣơng pháp oxy hóa nâng cao hiệu
ứng Fenton bằng xúc tác vỏ trấu biến tính. Nghiên cứu đƣợc tiến hành nhƣ sau:
giã nhỏ 10g vật liệu khô cho vào 20ml nƣớc cất và cho 1g muối FeCl3.6H2O
khuấy trong 2 giờ, sau đó cơ cạn cho vào sấy ở 1050C tới khi hết nƣớc đem vật
liệu cạo cho vào chén nung nung ở 5000C trong 4 giờ đƣợc vật liệu xúc tác.
Phƣơng pháp biến tính lõi ngô đƣợc tiến hành tƣơng tự nhƣ đối với vỏ
trấu. Lõi ngô mang về đƣợc phơi khô giã nhỏ rồi tiến hành biến tính vật liệu xúc
tác.
2.5.2. Phương pháp khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình Fenton
khi sử dụng lõi ngơ biến tính
Nghiên cứu đƣợc tiến hành khảo sát các yếu tố nhiệt độ, pH, H2O2, hàm
lƣợng vật liệu để tìm ra điều kiện thích hợp trong xử lý chất hữu cơ khó phân
hủy trong nƣớc thải dệt nhuộm, đối tƣợng đƣợc thử nghiệm là phẩm nhuộm RY
160.
Nghiên cứu đƣợc tiến hành khảo sát một yếu tố khi cố định các yếu tố
còn lại.
Tiến hành:

20


 Pha dung dịch phẩm màu: Cân chính xác 0,1(g) phẩm màu cho vào
1000ml nƣớc cất, lắc đều đến hòa tan hết phẩm màu. Chuẩn độ dung dịch về pH
cần khảo sát.
 Khảo sát khả năng loại bỏ phẩm màu: Hút chính xác 200ml
(100mg/L) dung dịch phẩm màu khi đã chuẩn độ pH. Tiếp theo cho hàm lƣợng

chất xúc tác C – Fe(III) và thêm H2O2 30%. Khi này ta đƣợc dung dịch xúc tác
từ C – Fe(III).
 Khi thêm H2O2 xong khuấy đều trong vòng 120 phút, cứ 30 phút ta lọc
dung dịch đo độ hấp thụ quang. Từ đó tính ra nồng độ phẩm màu và hiệu suất xử
lý phẩm màu theo thời gian.
2.5.3. Phương pháp theo dõi sự thay đổi của nồng độ phẩm màu
a. Phƣơng pháp trắc quang
Phƣơng pháp này dùng để xây dựng đƣợc đƣờng chuẩn của phẩm màu
và qua đó khảo sát đƣợc hiệu suất xử lý phẩm màu của các mẫu vật liệu hấp phụ
ở các điều kiện khác nhau.
Phân tích trắc quang là tên gọi chung của các phƣơng pháp phân tích
quang học dựa trên sự tƣơng tác chọn lọc giữa chất cần xác định với năng lƣợng
bức xạ thuộc vùng tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại.
Các bƣớc tiến hành đo Abs nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chọn bƣớc sóng đặc trƣng
Chuẩn bị dung dịch phẩm màu 50 ppm, quét bƣớc sóng hấp thụ đặc
trƣng từ 320nm – 900nm. Xây dựng đƣờng chuẩn và tìm ra khoảng tuyến tính.
Bƣớc2: Chuẩn bị mẫu phân tích
Sau khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút hút 15 ml dung
dịch lọc qua giấy lọc, dùng 10 ml chuyển vào cuvet đem đo nồng độ hấp thụ
quang của dung dịch.
Chọn max và đo độ hấp thụ quang tại max đó
Bƣớc 3: Tính C sau khi thu đƣợc kết quả Abs
Nồng độ dung dịch đƣợc tính theo công thức sau:
21


(mol/L)

C=

Hiệu suất đƣợc tính theo cơng thức:
H=

b. Phƣơng pháp xác định hiệu suất phẩm màu
Từ kết quả khảo sát tính đƣợc hiệu suất xử lý của các phẩm màu thông
qua nồng độ ban đầu (C0) và nồng độ sau thời gian (t) xử lý (Ct) nhƣ sau:
H%=
2.5.4. Phương pháp xác định cấu trúc bề mặt của vật liệu
Vi cấu trúc và hình thái bề mặt của mẫu vật liệu hấp phụ đƣợc xác định
bằng phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SEM ở các mức độ khác nhau.
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, thường viết tắt
là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao
của bề mặt mẫu vật bằng cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron)
hẹp quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật đƣợc thực hiện thông qua
việc ghi nhận và phân tích các bức xạ phát ra từ tƣơng tác của chùm điện tử với
bề mặt mẫu vật.
2.5.5. Phương pháp đánh giá hiệu suất xử lý COD
a. Xác định nhu cầu oxy hóa học bằng phƣơng pháp Đicromat
Theo TCVN 6491 về xác định nồng độ COD bằng phƣơng pháp
Đcromat đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Đặc điểm chung của phƣơng pháp đicromat là dựa trên phản ứng oxy
hóa của ion đicromat (Cr2O72-) trong môi trƣờng axit.
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O
Thế oxy hóa của hệ Cr2O72-/2Cr3+ cũng phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ
của ion H+, K2CrO4 oxy hóa yếu hơn KMnO4.
Sản phẩm của phản ứng khử Cr2O72- là ion Cr3+ có màu xanh. Ở điểm
cuối của q trình chuẩn độ khơng thể nhận ra đƣợc màu da cam do một giọt

22

dung dịch K2Cr2O7 dƣ, do vậy để xác định điểm cuối của quá trình chuẩn độ ta
phải dùng chất chỉ thị oxy hóa – khử.
Kali dicromat có khả năng oxy hóa đƣợc nhiều chất vơ cơ và hữu cơ:
Fe(II), Mn(III), Ti(III), SO32-, [Fe(CN)6]4-, AsO33-, I-, rƣợu, hidroquinon,
glixerin, axit ascobic, thioure …
Dƣới đây là một vài phản ứng oxy hóa đặc trƣng của dicromat dùng
trong phân tích chuẩn độ.
 Oxy hóa hexaxianoferat (II):
Cr2O72- + 6[Fe(CN)6]4- + 14H+ → 2Cr3+ + 6[Fe(CN)6]3- + 7H2O
 Oxy hóa Fe (II):
Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+→ 2Cr3+ + 6[Fe(CN)6]3- + 7H2O
 Oxy hóa rƣợu metylic
Cr2O72- + CH3OH + 8H+ → 2Cr3+ + CO2 + 6H2O
 Oxy hóa hidroquinon:
Cr2O72- + C6H4(OH)2 + 12H+ → 2Cr3+ + C6H4O2 + 7H2O
Pha

dung

dịch

chuẩn

muối

Fe2+

0,12M:

Hòa

tan

47,0(g)

(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O trong 100ml nƣớc cất thêm vào 20ml H2SO4 đậm đặc, để
nguội và định mức đến 1000ml.
Pha dung dịch COD để nung: Khi dung ta đã khuấy đủ 120 phút tiến
hành lọc dung dịch, hút chính xác 5 ml dung dịch mẫu cho vào ống nghiệm, tiếp
theo cho 7,5 ml dung dịch Ag2SO4/H2SO4 và 2,5 ml dung dịch K2Cr2O7/H2SO4.
Làm 1 mẫu trắng tƣơng tự nhƣ trên thay 5ml dung dịch mẫu bằng 5ml dung dịch
nƣớc cất. Cho các ống nghiệm vào tủ sấy để ở 1500C nung trong 2 giờ.
Sau 2 giờ đem ra để nguội rồi đổ vào bình tam giác thêm 3 giọt chỉ thị
màu Ferroin. Dung dịch chuẩn là dung dịch muối Fe2+. Dung dịch ban đầu có
màu đỏ cam chuẩn độ từ từ khi dung dịch chuẩn sang màu đỏ nâu thì dừng lại.
Đọc ghi lại kết quả.
Cơng thức tính COD:
COD (mg/L) =
23