NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BiFeO3, ỨNG DỤNG XỬ LÝ METYL DA CAM TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN NHẬT LAN CHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BiFeO3,
ỨNG DỤNG XỬ LÝ METYL DA CAM TRONG
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Hà Nội - 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN NHẬT LAN CHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU BiFeO3,
ỨNG DỤNG XỬ LÝ METYL DA CAM TRONG
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật môi trường
Mã ngành: 52510406

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

Hà Nội - 2015

TS. Đào Ngọc Nhiệm
ThS. Nguyễn Bích Ngọc

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian qua, để hoàn thành được khóa luận của mình một cách tốt
nhất, cùng với sự cố gắng của bản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình và tạo
điều kiện hết mức từ Viện Khoa học vật liệu cùng với các cán bộ của Viện cũng
như giảng viên hướng dẫn trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội.
Em xin cảm ơn ban lãnh đạo và các cán bộ tại Viện Khoa học Vật liệu đã tạo
điều kiện và nhiệt tình giúp đỡ để em có cơ hội được thực hiện khóa luận của mình,
tiếp cận với ngành khoa học vật liệu và trau dồi thêm được những kiến thức thực tế,
mới mẻ về chuyên ngành cho bản thân. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS.
Đào Ngọc Nhiệm đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt thời gian em tiến
hành làm khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em cũng xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Môi trường, trường Đại học
Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức cốt lõi
quý báu cho em trong những năm em rèn luyện học tập tại trường. Với vốn kiến
thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên
cứu khóa luận mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững
chắc và tự tin. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Nguyễn Bích Ngọc người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo sát sao để em có thể hoàn thành tốt và đúng
hạn báo cáo đồ án của mình.
Tuy nhiên với kiến thức, năng lực và kinh nghiệm còn hạn hẹp, em không
tránh khỏi có thể mắc phải những thiếu sót nên em rất mong nhận được ý kiến đóng
góp, nhận xét từ phía các Thầy Cô trong hội đồng bảo vệ đồ án khoa Môi Trường –
trường Đại học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội để em có thể hoàn thiện bài báo
cáo này. Đó cũng là vốn kiến thức quý giá giúp em hoàn thiện kiến thức của bản
thân.
Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô khoa Môi trường, trường Đại học Tài
Nguyên và Môi Trường Hà Nội và các Cô, Chú, Anh, Chị trong Viện Khoa học vật
Liệu luôn dồi dào sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt.
Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tên em là Nguyễn Nhật Lan Chi, sinh viên lớp ĐH1KM, chuyên ngành
Công nghệ kỹ thuật môi trường, khóa 2011-2015, trường Đại học Tài nguyên
và Môi trường Hà Nội. Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu tổng
hợp vật liệu BiFeO3, ứng dụng xử lý metyl da cam trong nước thải dệt
nhuộm” là công trình nghiên cứu của riêng em, dưới sự hướng dẫn khoa học
của TS. Đào Ngọc Nhiệm, số liệu nghiên cứu thu được từ thực nghiệm và
không sao chép. Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước nhà trường về lời
cam đoan này.

Hà Nội, tháng 6 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Nhật Lan Chi


MỤC LỤC
Mục lục .......................................................................................................... 1
Danh mục thuật ngữ, ký hiệu viết tắt .............................................................. 3
Danh mục hình ............................................................................................... 4
Danh mục bảng .............................................................................................. 5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 6
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN......................................................................... 8
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu ............................................................... 8
1.1.1. Tổng quan về vật liệu ................................................................... 8
1.1.2. Tình hình nghiên cứu vật liệu BiFeO3 trong nước và trên thế giới ... 10
1.2. Các phương pháp tổng hợp vật liệu .................................................. 11

1.2.1. Phương pháp đồng tạo phức ....................................................... 12
1.2.2. Phương pháp thủy nhiệt .............................................................. 13
1.2.3. Phương pháp sol-gel ................................................................... 14
1.2.4. Phương pháp đốt cháy gel........................................................... 15
1.3. Ứng dụng của vật liệu BiFeO3.......................................................... 17
1.4. Tổng quan về nước thải dệt nhuộm .................................................. 18
1.4.1. Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm ........................................ 18
1.4.2. Đặc điểm, tính chất của nước thải dệt nhuộm ............................. 18
1.4.3. Một số loại thuốc nhuộm thường dùng ở Việt Nam .................... 19
1.4.4. Giới thiệu về metyl dacam .......................................................... 21
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM ................................................................ 24
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................... 24
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ................................................................. 24
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................... 24
2.1.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................ 24


2.2. Thực nghiệm .................................................................................... 25
2.2.1. Hóa chất và thiết bị ..................................................................... 25
2.2.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu và nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng tới quá trình tổng hợp vật liệu BiFeO3 ............................. 26
2.2.3. Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất vật liệu............................ 27
2.2.4. Bước đầu thử nghiệm ứng dụng vật liệu BiFeO3 để xử lý metyl da
cam trong mẫu nước thải dệt nhuộm ........................................... 31
2.3. Phương pháp xác định metyl da cam: ............................................... 32
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................... 34
3.1. Tổng hợp vật liệu BiFeO3 ................................................................ 34
3.1.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp vật liệu .. 34
3.1.2. Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của vật liệu BiFeO3......... 38
3.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác của vật liệu trong xử lý metyl da cam: 38

3.3. Thử nghiệm khả năng ứng dụng vật liệu để xử lý metyl da cam trong
mẫu nước thải dệt nhuộm: ................................................................ 41
3.3.1. Kết quả thử nghiệm ứng dụng vật liệu để xử lý metyl da cam trong
mẫu nước thải dệt nhuộm ........................................................... 41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 50
PHỤ LỤC .................................................................................................... 52
Phụ lục 1: Đường chuẩn metyl da cam ...................................................... 52
Phụ lục 2: Một số hình ảnh trong quá trình thực hiện khóa luận. ............... 54


DANH MỤC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Abs

Độ hấp thụ quang

BFO

Oxit bitmut sắt (BiFeO3)

MO

Metyl da cam

PVA

Polyvinyl ancol

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

UV-Vis

Tử ngoại - Khả kiến

XRD

Nhiễu xạ tia - X


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc tinh thế của BiFeO3 .......................................................... 8
Hình 2.1. Quy trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu BiFeO3 .......................... 26
Hình 2.2. Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét ..................................................... 28
Hình 2.3. Sơ đồ thiết bị nhiễu xạ tia X.......................................................... 29
Hình 2.4. Phổ hấp thụ UV-Vis của metyl da cam ......................................... 32
Hình 3.1. Giản đồ XRD của mẫu được nung ở các nhiệt độ khác nhau......... 34
Hình 3.2. Giản đồ XRD của các mẫu có tỷ lệ mol kim loại Bi/Fe khác nhau 36
Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối ưu... 37
Hình 3.4. Ảnh SEM của mẫu BiFeO3 tổng hợp ở điều kiện tối ưu ............... 38
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý metyl da cam của BFO theo thời
gian khác nhau .............................................................................. 40
Hình 3.9. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý metyl da cam của BFO trong mẫu
môi trường (f=10) theo thời gian khác nhau.................................. 42
Hình 3.10. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý metyl da cam của BFO trong mẫu

môi trường (f=5) theo thời gian khác nhau ................................... 44
Hình 3.11. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý metyl da cam của BFO trong mẫu
môi trường (f=2) theo thời gian khác nhau ................................... 46
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý metyl da cam của BFO trong mẫu
môi trường theo thời gian khác nhau ............................................ 47


DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.2. Bảng số liệu đánh giá khả năng xử lý metyl da cam của BFO
theo thời gian khác nhau ............................................................... 39
Bảng 3.3. Bảng số liệu đánh giá khả năng xử lý metyl da cam của BFO trong
mẫu môi trường (f=10) theo thời gian khác nhau .......................... 41
Bảng 3.4. Bảng số liệu đánh giá khả năng xử lý metyl da cam của BFO trong
mẫu môi trường (f=5) theo thời gian khác nhau ............................ 43
Bảng 3.5. Bảng số liệu đánh giá khả năng xử lý metyl da cam của BFO trong
mẫu môi trường (f=2) theo thời gian khác nhau ............................ 45


Đồ án tốt nghiệp

6

Khoa Môi trường

MỞ ĐẦU
Trong các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất của con người, nước là
một phần không thể thiếu và vô cùng quan trọng. Việt Nam là một trong
những quốc gia có nguồn tài nguyên nước dồi dào và phong phú nhưng đến
nay đang dần suy giảm và ô nhiễm nghiêm trọng bởi nước thải. Một thực

trạng đáng buồn đã và đang xảy ra hàng ngày hàng giờ đó là nước thải ở hầu
hết các cơ sở sản xuất công nghiệp chỉ được xử lý sơ bộ hay thậm chí thải
trực tiếp ra môi trường. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người,
siết chặt các công tác quản lý môi trường thì việc tìm ra các giải pháp nhằm
loại bỏ các chất độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.
Thuốc nhuộm hiện nay đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều
ngành công nghiệp trọng điểm như dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm... Do tính
tan cao và ổn định với ánh sáng, nhiệt, các tác nhân oxy hóa nên các thuốc
nhuộm là tác nhân độc hại gây ô nhiễm các nguồn nước rất khó loại bỏ.
Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc nhóm chất tạo màu họ azo thường gặp, là
một chất bột tinh thể màu da cam, độc, có tính axit, thường được sử dụng để
nhuộm trực tiếp các loại sợi động vật, các loại sợi có chứa nhóm bazơ như
len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit trong môi trường axit, ngoài ra cũng có thể
nhuộm xơ sợi xenlulozơ với sự có mặt của urê. Mặc dù đem lại những lợi ích
đáng kể trong ngành công nghiệp nhuộm nhưng tác hại của nó cũng không hề
nhỏ khi mà các chất này được thải ra môi trường. Gần đây, các nhà nghiên
cứu đã phát hiện ra tính độc hại và nguy hiểm của chúng đối với môi trường
và con người là đặc biệt nghiêm trọng. Loại thuốc nhuộm này có thể gây ung
thư cho người sử dụng sản phẩm.
Trong số nhiều phương pháp được nghiên cứu để tách loại các phẩm
màu trong môi trường nước, phương pháp phân hủy được lựa chọn và đã
SVTH: Nguyễn Nhật Lan Chi

GVHD : TS. Đào Ngọc Nhiệm, ThS. Nguyễn Bích Ngọc


Đồ án tốt nghiệp

7

Khoa Môi trường

mang lại hiệu quả cao. Có rất nhiều các loại vật liệu phân hủy các phẩm màu
đã được nghiên cứu, chế tạo và trong các nghiên cứu gần đây cho thấy việc
chế tạo ứng dụng vật liệu quang xúc tác ngày càng được nhiều nhà khoa học
trong và ngoài nước quan tâm do tính chất lý thú quang xúc tác mà nó mang
lại. Vật liệu BiFeO3 là một trong những cật liệu có tính chất đặc trưng này.
Xuất phát từ những lý do trên, em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp
vật liệu BiFeO3, ứng dụng xử lý Metyl da cam trong nước thải dệt nhuộm”.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu BiFeO3.
- Đánh giá khả năng xử lý Metyl da cam trong nước thải dệt nhuộm bằng
vật liệu BiFeO3.

Nội dung nghiên cứu của đề tài:
- Tổng hợp vật liệu BiFeO3.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp vật liệu.
- Khảo sát đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu chế tạo được.
- Bước đầu khảo sát khả năng phân hủy metyl da cam trong môi trường
nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu BiFeO3.

SVTH: Nguyễn Nhật Lan Chi

GVHD : TS. Đào Ngọc Nhiệm, ThS. Nguyễn Bích Ngọc