Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU XỬ LÝ CHẤT MÀU HỮU CƠ CỦA DUNG DỊCH NHUỘM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HOÁ" ppt

NGHIấN CU X Lí CHT MU HU C
CA DUNG DCH NHUM BNG PHNG PHP
KEO T IN HO
A STUDY ON THE DECOLOURIZATION OF DYE-CONTAINING
SOLUTIONS BY ELECTROCOAGULATION


Lấ T HI
Trng i hc S phm, i hc Nng


TểM TT
nh hng ca vt liu anụt, pH dung dch, mt dũng v nng thuc nhum (Ryndye -
W - Red - 3M v Ryndye - W - Violet FFBN) n quỏ trỡnh kh mu ca dung dch nhum ó
c nghiờn cu bng phng phỏp keo t in húa. Kt qu nghiờn cu cho thy mu ca
dung dch nhum c x lý hiu qu ti mt dũng 1A/dm2, pH = 7,0 v nng cht
mu 100ppm vi anụt hũa tan Al, Fe. Hiu sut tỏch mu ca dch mu cao hn hiu sut
tỏch mu ca dch mu tớm.
ABSTRACT
The effects of sacrificial anodes, initial pH, current density and concentration of dyes (Ryndye-
W-Red-3M and Ryndye - W - Violet FFBN) on the decolourization of dye-containing solutions
have been studied by means of electrocoagulation. The experimental results showed that the
colour of dyes in the aqueous phase was effectively removed when iron and aluminium were
used as sacrificial anodes. The anode current density was 1A/dm
2
and solution pH was 7,0.
The yield of decolourization of Ryndye-W-Red-3M was higher than that of Ryndye - W - Violet
FFBN.

1. Mở đầu
Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp và kinh tế đất nớc, nền công nghiệp dệt
nớc ta có những bớc phát triển nhảy vọt về chất và lợng. Chúng ta đã xây dựng nhiều nhà
máy dệt-nhuộm với trang thiết bị hiện đại để tạo ra nhiều loại mặt hàng đáp ứng nhu cầu cho
ngành may mặc của đất nớc.
Tuy nhiên, sự phát triển của ngành dệt-nhuộm đã làm nảy sinh vấn đề môi trờng từ
nớc thải của các nhà máy này. Tính trung bình có tới 30% lợng thuốc nhuộm cha đợc sử
dụng trong dung dịch nhuộm đi vào nớc thải gây cản trở quá trình hấp thụ oxi và bức xạ mặt
trời, gây bất lợi cho hô hấp và sinh trởng của các quần thể vi sinh vật và các loài sống trong
nớc.
Vì vậy, xử lý màu của nớc thải nhuộm là vấn đề cần thiết và cấp bách đối với môi
trờng. Có nhiều phơng pháp xử lý màu của nớc thải nhuộm nh hấp phụ, keo tụ sinh học,
oxi hóa hóa học, keo tụ hóa học, keo tụ điện hóa [1, 2, 3, 4]. Trong các phơng pháp đó, keo
tụ điện hóa là một phơng pháp có nhiều u điểm nh không phải đa thêm hóa chất vào nớc
thải, thiết bị đơn giản và dễ thực hiện
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu quá trình xử lý chất màu hữu cơ của dung
dịch nhuộm bằng phơng pháp keo tụ điện hóa.


2. Phơng pháp thực nghiệm
Điện cực anôt đợc sử dụng trong quá trình keo tụ điện hóa là nhôm mác A7 và thép
CT3. Bề mặt điện cực đợc gia công bằng phẳng, đánh bóng cơ học bằng giấy nhám SiC
(1200), tẩy dầu mỡ trong axeton và tẩy gỉ trong dung dịch HCl 15% có thêm chất ức chế
Urotropin. Sau khi tẩy gỉ bề mặt kim loại đợc trung hòa trong dung dịch kiềm yếu
(Na
2
CO
3
10g/l) và rửa lại bằng nớc cất nhiều lần.
Các chất màu hữu cơ đợc dùng trong dung dịch nhuộm có tên thơng mại là Ryndye-

W-Red-3M (màu đỏ) có bớc sóng đặc trng = 500nm và Ryndye - W - Violet FFBN (màu
tím) có bớc sóng đặc trng = 560nm.
Dung dịch nghiên cứu đợc chuẩn bị bằng cách hòa tan một lợng NaCl vào 200ml
nớc cất. Sau đó hòa tan thuốc nhuộm hữu cơ vào dung dịch NaCl, pH dung dịch đợc điều
chỉnh bằng dung dịch HCl và NaOH. Dung dịch điện phân đợc lấy ra theo thời gian điện
phân và phân tích trên máy đo quang để tính hiệu suất quá trình keo tụ [5, 6].

3. Kết quả và thảo luận
3.1. ảnh hởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt nhôm
3.1.1. ả
nh hởng của pH

ảnh hởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ điện hóa dung dịch thuốc nhuộm
màu đỏ và màu tím có thành phần và điều kiện điện phân nh sau:
- Nồng độ NaCl 1000ppm
- Nồng độ chất màu 100ppm
- Khoảng cách anôt và catôt: 20mm
- Mật độ dòng i = 0,5A/dm
2

- Thời gian điện phân t = 10 phút
Kết quả của ảnh hởng pH đến hiệu suất keo tụ đợc trình bày ở bảng 1.

Bảng 1: ả
nh hởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ


pH
Hiệu suất (Y%)
4 5 6 7 8 9 10

Màu đỏ 40,25

57,54

73,87

87,75

78,45

50,65 41,50
Màu tím 35,50

48,61

67,38

75,18

70,35

40,58 34,23

Kết quả thu đợc cho thấy hiệu suất quá trình keo tụ cho dịch màu đỏ và màu tím đạt
giá trị cao nhất tại pH = 7. Trong môi trờng axit và kiềm hiệu suất quá trình keo tụ giảm.
Nguyên nhân là do trong môi trờng axit nhôm bị hòa tan và tồn tại dới dạng ion Al
3+

và Al(OH)
2

+
. Cơ chế keo tụ trong môi trờng axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép [3,6]. Do vậy,
để keo tụ các hạt keo màu theo cơ chế này thì phải cần một lợng rất lớn ion Al
3+
và Al(OH)
2
+
.
Trong vùng pH từ 6 đến 8, cấu tử gây keo tụ thờng tồn trại dới dạng polime nh
Al
13
O
4
(OH)
24
7+
hoặc kết tủa Al(OH)
3
[1,6]. Các phức polime và kết tủa hydroxyt nhôm gây
keo tụ cho hệ kreo theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa. Việc kết hợp các
cơ chế này đã làm cho quá trình keo tụ chất màu xảy ra dễ dàng và đạt hiệu suất cao.
Trong môi trờng kiềm (pH = 9 và 10), kết tủa Al(OH)
3
bị hòa tan và tồn tại dới dạng
ion Al(OH)
4
-
hoặc AlO
2
-

. Nồng độ kết tủa Al(OH)
3
giảm dẫn đến hiệu suất quá trình keo tụ
giảm.
Kết quả ở bảng 1 còn cho thấy hiệu suất keo tụ của dịch màu đỏ lớn hơn dịch màu tím.
Nguyên nhân này có thể do cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu đỏ cồng kềnh
hơn cấu trúc không gian của phân tử thuốc nhuộm màu tím.
3.1.2. ả
nh hởng của mật độ dòng

Mật độ dòng ảnh hởng đến hiệu suất và thời gian tách loại chất màu.
Quá trình keo tụ điện hóa đợc tíên hành trong dung dịch có thành phần nh (3.3.1) ở
pH = 7 với các giá trị mật độ dòng từ 0,5 A/dm
2
đến 2 A/dm
2
.
Kết quả của ảnh hởng mật độ dòng đến hiệu suất keo tụ đợc trình bày ở bảng 2 và 3.

Bảng 2: ả
nh hởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu
đỏ

Mật độ dòng (A/dm
2
) 0,5 1,0 2,0
T = 10 phút 87,74
91,54 89,63
T = 15 phút 91,46
98,80 94,50

Bảng 3: ả
nh hởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dung dịch màu tím


Mật độ dòng (A/dm
2
) 0,5 1,0 2,0
T = 10 phút 75,18
81,57 77,42
T = 15 phút 82,36
95,62 89,56
T = 20 phút 90,15
97,84 91,28

Kết quả thu đợc cho thấy ở mật độ dòng thấp thời gian tách loại chất màu tăng và
hiệu suất keo tụ giảm. Khi tăng mật độ dòng, lợng chất keo tụ tạo ra nhiều. Do đó, hiệu suất
quá trình keo tụ tăng và thời gian keo tụ giảm. Với dung dịch nhuộm màu đỏ, ở mật độ dòng 1
A/dm
2
thời gian keo tụ để đạt hiệu suất 98,80% là 15 phút. Trong trờng hợp dịch màu tím,
hiệu suất keo tụ đạt 97,84% với thời gian t = 20 phút (i = 1A/dm
2
).
Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng mật độ dòng thì hiệu suất keo tụ giảm. Nguyên nhân là do
sự thoát oxi trên bề mặt điện cực.
3.1.3. ả
nh hởng của nồng độ chất màu

ảnh hởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có

pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i = 1 A/dm
2
đợc trình bày ở bảng 4.

Bảng 4: ả
nh hởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ


Nồng độ chất màu (ppm)
Hiệu suất keo tụ (Y%)
100 300 400 500
Dịch màu đỏ 98,80 76,15 63,72 52,65
Dịch màu tím 95,62 70,52 58,38 43,71

Kết quả cho thấy khi nồng độ chất màu tăng từ 100 - 500ppm thì hiệu suất keo tụ trong
cùng một thời gian điện phân giảm. Vì khi nồng độ chất màu tăng thì phải cần lợng lớn chất
keo tụ.

3.2. ảnh hởng của các yếu tố đến quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt sắt
3.2.1. ả
nh hởng của pH

Thành phần dung dịch và điều kiện điện phân nh (3.3.1).
Kết quả của ảnh hởng pH đến hiệu suất keo tụ đợc trình bày ở bảng 5.

Bảng 5: ả
nh hởng của pH đến hiệu suất quá trình keo tụ


pH

Hiệu suất (Y%)

4 5 6 7 8 9 10
Màu đỏ 36,18 47,25 56,30 78,54 76,28 74,35 72,15
Màu tím 30,55 41,50 53,82 71,41 69,52 67,28 66,85

Nh vậy, trong môi trờng axit hiệu suất keo tụ cho dung dịch màu đỏ và tím đạt giá
trị thấp. Vì trong môi trờng axit sắt bị hòa tan và tồn tại dới dạng ion Fe
2+
và Fe
3+
. Các ion
này gây keo tụ chất màu theo cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Do đó, để quá trình keo tụ xảy ra
với hiệu suất cao thì phải cần một lợng lớn ion Fe
2+
và Fe
3+
.
Trong môi trờng pH = 7 10, quá trình thủy phân của ion Fe
2+
và Fe
3+
xảy ra mạnh
tạo thành phức chất keo tụ của Fe có điện tích dơng và kết tủa hydroxyt sắt. Các phức và kết
tủa này dễ dàng keo tụ chất màu để tạo thành khối kết tủa. Hiệu suất quá trình keo tụ đạt cao
nhất tại pH = 7 (Y = 78,54% cho dịch màu đỏ và 71,41% cho dịch màu tím). ở môi trờng
kiềm mạnh, hiệu suất keo tụ lại giảm do sự tạo kết tủa hydroxyt trên bề nặt đã hạn chế quá
trình hòa tan anôt sắt.
3.2.2. ả
nh hởng của mật độ dòng

Quá trình keo tụ điện hóa đợc tiến hành trong dung dịch có thành phần nh (3.4.1) ở
pH = 7 tại các giá trị mật độ dòng 0,5 A/dm
2
, 1A/dm
2
và 2A/dm
2
.
Kết quả của ảnh hởng mật độ dòng đợc trình bày ở bảng 6 và 7.

Bảng 6: ả
nh hởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu đỏ


Mật độ dòng (A/dm
2
) 0,5 1,0 2,0
T = 10 phút 78,54
85,25 80,57
T = 15 phút 86,36
93,70 91,68

Bảng 7: ả
nh hởng của mật độ dòng đến hiệu suất và thời gian keo tụ dịch màu
tím

Mật độ dòng (A/dm
2
) 0,5 1,0 2,0

T = 10 phút 71,41
79,28 77,53
T = 15 phút 79,36
86,72 84,38
T = 20 phút 82,61
90,66 89,27

Cũng giống nh trờng hợp keo tụ với anôt nhôm, ở trờng hợp anôt sắt hiệu suất keo
tụ tăng khi mật độ dòng tăng. Tuy nhiên, ở mật độ dòng 2A/dm
2
thì hiệu suất keo tụ giảm vì
có sự thoát oxi trên bề mặt điện cực.
3.2.3. ả
nh hởng của nồng độ chất màu

ảnh hởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ trong dung dịch có
pH = 7, thời gian keo tụ 15 phút và mật độ dòng i = 1A/dm
2
đợc trình bày ở bảng 8.
Bảng 8. ả
nh hởng của nồng độ chất màu đến hiệu suất quá trình keo tụ


Nồng độ chất màu (ppm)
Hiệu suất keo tụ (Y%)
100 300 400 500
Dịch màu đỏ 93,70 70,15 55,30 40,72
Dịch màu tím 86,72 65,76 43,28 32,63

Kết quả cũng cho thấy khi nồng độ chất màu tăng thì hiệu suất keo tụ giảm vì cần một

lợng chất keo tụ lớn.

4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu quá trình keo tụ chất màu hữu cơ trong dung dịch thuốc nhuộm
bằng phơng pháp hòa tan anôt nhôm và sắt cho phép đa ra những kết luận sau:
1- Quá trình keo tụ điện hóa chất màu bằng anôt Al đạt hiệu suất 98,80% cho dịch
màu đỏ tại pH = 7,0, mật độ dòng 1A/dm
2
trong thời gian 15 phút và hiệu suất 97,84% cho
dịch màu tím ở pH = 7,0; i = 1A/dm
2
trong thời gian điện phân t = 20 phút.
2- Quá trình keo tụ chất màu bằng anôt Fe đạt hiệu suất 93,70% cho dịch màu đỏ có
pH = 7,0 với mật độ dòng i = 1A/dm
2
và thời gian điện phân 15 phút. Hiệu suất keo tụ cho
dịch màu tím đạt 90,66% với dung dịch có pH = 7,0, mật độ dòng i = 1A/dm
2
và thời gian t =
20 phút.
3- Cơ chế keo tụ chất màu hữu cơ bằng phơng pháp hòa tan điện hóa anôt Al, Fe
trong môi trờng axit là cơ chế nén cấu trúc lớp kép. Trong môi trờng trung tính và bazơ quá
trình keo tụ xảy ra theo cơ chế hấp phụ, trung hòa điện tích và quét kết tủa. Cấu trúc không
gian của phân tử chất màu có ảnh hởng đến hiệu suất quá trình keo tụ. Kết quả nghiên cứu
cho thấy hiệu suất tách màu của dung dịch màu đỏ lớn hơn hiệu suất tách màu của dung dịch
màu tím.


TI LIU THAM KHO

[1] Lờ Vn Cỏt, C s húa hc v k thut x lý nc, Nh Xut bn Thanh niờn, H Ni,
1999
[2] D. K. Gardiner, J. Soc, Dyers and Colourists, 94 (1978) 339.
[3] D. R. Jenke, Water Research, 18 (1984) 855.
[4] F. W. Pontius, Water quality and the treatment, 4
th
end McGraw-Hill, New York,
1990.
[5] T Vn Mc, Phõn tớch húa lý, Nh Xut bn Khoa hc v K thut, H Ni, 1995.
[6] B. D.Water, Treatment of Dye wasters, Vol 2, Pitman Publishing Limited, London,
1984.