Nghiên cứu khả năng làm suy giảm tạp chất hữu cơ trong dung dịch bằng phương pháp oxi hóa điện hóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG.
BÁO CÁO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
Nghiên cứu khả năng làm suy giảm tạp chất
hữu cơ trong dung dịch bằng phương pháp
oxi hóa điện hóa
GVHD: NCS. Chu Thị Thu Hiền
SVTH : Triệu Thị Nhạn
NỘI DUNG
Mở đầu
1
Tổng quan
2
Thực nghiệm
3
Kết quả và thảo luận
4
Kết luận và kiến nghị
5
MỞ ĐẦU
•
Các ngành công nghiệp phát triển tiêu thụ và thải bỏ lượng nước
lớn chứa hàm lượng hợp chất hữu cơ vượt tiêu chuẩn, trong đó
có ngành dệt nhuộm.
•
Có nhiều PP xử lý nước được áp dụng mà không mang lại hiệu
quả khi xử lý hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Trong khi đó pp
điện hóa với nhiều ưu điểm phù hợp để xử lý.
•

Đề tài lựa chọn : “Nghiên cứu khả năng làm suy giảm tạp chất
hữu cơ trong dung dịch bằng phương pháp oxi hóa điện hóa”

Tính câp thiết của đề tài
MỞ ĐẦU
Mục
tiêu
- Chế tạo được điện cực anot trơ.
- Nghiên cứu khả năng làm suy giảm phenol
trong dung dịch và tạp chất hữu cơ trong nước
thải ngành Dệt nhuộm bằng điện cực đã chế tạo.
- Phương pháp lý thuyết
- Phương pháp thực nghiệm.
Phương
pháp
nghiên cứu
Nội dung
nghiên
cứu
- Chế tạo điện cực theo quy trình sẵn có.
-
Nghiên cứu khả năng làm suy giảm phenol
trong dung dịch bằng phương pháp oxi hóa điện
hóa.
-
Khảo sát khả năng làm suy giảm tạp chất hữu
cơ trong nước thải ngành Dệt nhuộm
TỔNG QUAN
Nguồn gốc ô nhiễm nước:
•

Nước thải sinh hoạt
•
Nước thải công nghiệp
•
Nước thải là nước mưa
Thành phần, tính chất:
•
Tính chất vật lý
•
Thành phần hóa học
•
Thành phần sinh học
Nước thải Dệt nhuộm:
•
Chứa thành phần chất hữu
cơ cao.
•
pH vượt quá tiêu chuẩn
cho phép: pH = 9-12.
•
Chứa nhiều cặn lơ lửng.

Nguồn gốc gây ô nhiễm nước, thành phần và tính
chất nước thải
TỔNG QUAN

Tác hại của hợp chất hữu cơ trong nước.
- Hợp chất hữu cơ với tính chất độc hại cao, khó phân hủy đang ảnh
hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và sự phát triển của các
loài động thực vật.

-
Phenol là hợp chất hữu cơ có tính rất độc, gây bỏng nặng khi rơi
vào da, có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và có thể gây
nhiễm độc cấp tính, mãn tính cho con người
TỔNG QUAN

Các phương pháp xử lý nước thải.
- PP cơ học
- PP hóa học và hóa lý
- PP sinh học
- PP điện hóa: + Oxi hóa điện hóa.
+ Kết tủa điện hóa.
+ Keo tụ điện hóa.
+ Tuyển nổi điện hóa.
TỔNG QUAN

Điện cực anot trơ
•
Vật liệu điện cực: Vật liệu
điện cực quyết định tốc độ
phản ứng, hiệu suất, chất
lượng sản phẩm điện phân.
•
Một số loại vật liệu điện
cực:
+ Graphit.
+ Đồng và hợp kim đồng.
+ Titan và hợp kim titan.
+ Thép không gỉ.
•

Anôt trơ trên cơ sở ôxit
kim loại chuyển tiếp dẫn
điện phủ trên nền titan, loại
điện cực mới có độ bền cơ
học, hóa học cao, độ dẫn
điện ổn định, ứng dụng
nhiều trong thực tế.
Anôt trơ ứng dụng trong modul xử
lý nước
THỰC NGHIỆM

Các phương pháp
nghiên cứu
•
Phương pháp kính hiển vi
điện tử quét SEM: để khảo
sát bề mặt của lớp phủ.
•
Phương pháp nhiễu xạ tia
X: để nghiên cứu cấu trúc
và thành phần pha của lớp
phủ.
•
Phương pháp quét thế
tuần hoàn CV: để đánh
giá gián tiếp độ hoạt hoá
hay diện tích bề mặt thực
của anôt.
•
Phương pháp xác định

nhu cầu oxi hóa học COD:
để xác định hiệu suất
dòng oxi hóa =>hiệu quả
xử lý tạp chất hữu cơ.
THỰC NGHIỆM

Chế tạo điện cực anot hệ Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2
Titan (tấm)
Cắt, gia công
Làm sạch cơ
học bmặt -mài
Tẩy dầu mỡ
Tẩy axit, xử lý
bề mặt
Phủ dd 1
Sấy khô
Nung
Nung ổn định
Sấy khô
Kiểm tra mẫu
Gia công mẫu
Sản phẩm
Phủ dd 2
THỰC NGHIỆM

Khảo sát khả năng oxi hóa phenol:
•
Ảnh hưởng của pH: pH = 3, 7, 12.
•
Ảnh hưởng của nhiệt độ: nhiệt độ phòng (300C),

350C và 450C.
•
Ảnh hưởng của tốc độ quét: 20mV/s; 40; 60;
100mV/s, 150mV/s.
•
Ảnh hưởng của vật liệu điện cực: Ti/PbO2; Ti/SnO2-
Sb2O3; Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2 .
Sơ đồ lắp hệ điện cực

Khảo sát khả năng oxi hóa phenol ở các chế độ tối ưu của nhiệt độ, pH, tốc độ
quét, vật liệu điện cực

Ứng dụng khảo sát khả năng oxi hóa tạp chất hữu cơ trong nước thải Dệt nhuộm

Cài đặt thông số cho qúa trình oxi hóa tạp chất hữu cơ
trong nước thải Dệt nhuộm
THỰC NGHIỆM
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Cấu trúc và hình thái bề mặt mẫu điện cực
Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2
b
c
a
d
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample SnO2-Sb2O3
01-074-1725 (D) - Valentinite - Sb2O3 - Y: 25.62 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 12.46000 - b 4.92000 - c 5.42000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pccn (56) - 4 - 332
00-001-0657 (D) - Tin Oxide - SnO2 - Y: 33.90 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.72000 - b 4.72000 - c 3.17000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/ncm (138) - 2 - 70.6
00-001-1198 (D) - Titanium - Ti - Y: 43.24 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 2.92000 - b 2.92000 - c 4.67000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P63/mmc (194) - 2 - 34.4837
File: Hien NCS mau SnO2-Sb2O3.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 °

Lin (Cps)
0
100
200
300
400
500
600
2-Theta - Scale
20 30 40 50 60 70
d=3.325
d=2.624
d=2.540
d=2.330
d=2.231
d=1.753
d=1.720
d=1.472
d=3.131
d=2.356
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - Sample M8-2PbO2
00-011-0548 (D) - Lead Oxide - beta-PbO2 - Y: 14.98 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Tetragonal - a 4.93000 - b 4.93000 - c 3.37000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P42/mnm (136) -
00-045-1416 (I) - Scrutinyite - PbO2 - Y: 29.31 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 4.97100 - b 5.95600 - c 5.43800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbcn (60) - 4 - 161.00
File: Hien NCS mau M8-2PbO2.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - C
Lin (Cps)
0
100
200
300
400

500
600
700
2-Theta - Scale
20 30 40 50 60 70
d=3.829
d=3.474
d=3.108
d=3.018
d=2.778
d=2.711
d=2.597
d=2.470
d=2.210
d=2.087
d=2.000
d=1.846
d=1.836
d=1.745
d=1.637
d=1.547
d=1.526
d=1.482
d=1.362
d=1.907
Giản đồ nhiễu xạ tia X của
mẫu điện cực sau khi phủ
SnO2-Sb2O3
Giản đồ nhiễu xạ tia X của
mẫu điện cực sau khi phủ

PbO2
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- Ảnh hưởng của pH
pH=3 pH=7
pH=12
Kết luận: pH=7 khả năng oxi hóa phenol là tốt nhất.


Kết quả khảo sát khả năng oxi hóa phenol của
điện cực đã chế tạo
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết luận: Môi trường pH=7 là tối ưu để oxi hóa phenol.
Giá trị COD và độ chuyển hóa của quá trình xử lý phenol
ảnh hưởng bởi pH
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
t =300C t =350C t =450C
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Kết luận: Nhiệt độ phòng (t =300C) là tối ưu để xử lý phenol.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
150mV/s100mV/s 60mV/s
50mV/s40mV/s
- Ảnh hưởng của tốc độ quét
20mV/s
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Anot hệ Ti/SnO2-
Sb2O3
Anot hệ Ti/SnO2-
Sb2O3/PbO2
Anot hệ Ti/PbO2
Kết luận: anot hệ Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2 là tối ưu cho quá trình xử lý phenol.

- Ảnh hưởng bởi vật liệu điện cực anot trơ
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Chế độ tối ưu để XL
phenol:
•
pH=7
•
Nhiệt độ phòng (300C)
•
Tốc độ quét 50mV/s.
•
Điện cực hệ Ti/SnO2-
Sb2O3/PbO2

Hiệu suất XL phenol của điện
cực ở chế độ tối ưu
V1: Sau 30 phút XL
V2: Sau 60 phút XL
V3: Sau 90 phút XL
V4: Sau 120 phút XL
Phổ CV của
quá trình oxi
hóa phenol ở
chế độ tối ưu
Phổ của quá trình oxi hóa phenol bằng
phương pháp quét thế tĩnh ở chế độ tối ưu
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
V1: Sau 30 phút XL
V2: Sau 60 phút XL

Vcuoi: Sau 90 phút XL
Phổ CV của quá
trình xử lý tạp
chất hữu cơ
trong nước thải
Dệt nhuộm của
điện cực ở chế
độ tối ưu
Phổ của quá trình oxi hóa tạp chất hữu cơ trong nước
thải ngành Dệt nhuộm bằng phương pháp quét thế
tĩnh
Hiệu suất xử lý tạp chất
hữu cơ trong nước thải
nhà máy Dệt nhuộm của
điện cực đã chế tạo
= 51.38 (%)

Kết quả khả năng oxi hóa tạp chất hữu cơ trong nước
thải Dệt nhuộm của điện cực Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận
1. Đã chế tạo được hệ điện cực anot trơ tạo bởi hỗn hợp các oxit kim
loại SnO2-Sb2O3-PbO2 trên nền Titan.
2. Khảo sát được cấu trúc và hình thái bề mặt điện cực chế tạo được.
3. Khảo sát được sự ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, tốc độ quét và vật
liệu điện cực đến khẳ năng oxi hóa phenol trong dung dịch và tìm ra
chế độ tối ưu:nhiệt độ phòng (t =300C), pH=7, tốc độ quét 50mV/s,
anot hệ Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2
4. Ứng dụng hệ điện cực chế tạo được XL nước thải Nhà máy xử lý

nước thải ngành Dệt nhuộm Phố Nối.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kiến nghị
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến qúa trình oxi hóa phenol với độ
lặp lại.
- Khảo sát khả năng xử lý nước của Nhà máy xử lý nước thải Dệt
nhuộm với tất cả các yếu tố ảnh hưởng: pH, nhiệt độ, tốc độ quét, vật
liệu điện cực anot.
Cảm ơn sự lắng nghe
của thầy cô và các bạn!