Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Số 3(28) - Tháng 5/2015

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỘ MÀU NƯỚC THẢI
DỆT NHUỘM BẰNG HỆ QUANG XÚC TÁC TiO2
PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN(*)

TĨM TẮT
Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2
dạng bột trong quy mơ phòng thí nghiệm đã được thực hiện. Trước tiên, chúng tơi tiến
hành khảo sát các thơng số ảnh hưởng đến q trình xử lý độ màu bằng hệ quang xúc tác
dạng bột, từ đó đưa ra điều kiện tối ưu hóa nhằm ứng dụng vào xử lý nước thải dệt nhuộm
thực tế bằng việc thêm các tác nhân bổ trợ như O2 và H2O2. Kết quả thu được cho thấy
việc thêm O2, H2O2 có thể tăng hiệu suất xử lý nước thải và hệ xúc tác TiO2 cho thấy có độ
bền rất cao, hoạt tính xử lý methylen xanh gần như khơng giảm sau 4 lần sử dụng liên tiếp.
Khi kết hợp hệ xúc tác TiO2 với O2/H2O2 để xử lý một số nguồn nước thải thật với đầu vào
có độ màu tương ứng với đầu ra của chuẩn cột B thì kết quả cho thấy trong thời gian 90
phút, độ màu của nước thải sau khi qua hệ xúc tác đều đạt tiêu chuẩn loại A của QCVN
13: 2008/BTNMT, dưới 50 Pt-Co. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng hệ TiO2 kết
hợp O2/H2O2 vào thực tế là rất cao.
Từ khóa: TiO2, xử lý độ màu, nước thải dệt nhuộm, methylene xanh, xúc tác quang hóa
ABSTRACT
Research is carried out in lab-scale for optimizing the decolorization of textile
wastewater under powdered TiO2 photocatalytic system. Study was conducted to evaluate
the parameters that can effect on the textile wastewater decolorization process over TiO2
powdered photocatalyst. The optimum condition is obtained and the addition of O2, H2O2
can improve the treatment efficiency. TiO2 system also showed very high stable and recycle
ability, the methylene blue treatment output remains unchanged after 4 consecutive uses.
When the combination of TiO2 system and O2/H2O2 was applied to real wastewater sources
that have input color corresponding to standard output of column B, the results showed

that after a period of 90 minutes running through the catalytic system, all the wastewater
sources had color indexes of 50 in Pt/Co scale (standard type A). It proved a very
promising opportunity for full-scale application of the TiO2 system with O2/H2O2 catalysts.
Keyword: TiO2, decolorization, textile wastewater, methylene blue, photocatalytic
1. PHẦN MỞ ĐẦU (*)
Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp
nước thải phát sinh từ tất cả các cơng đoạn
hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi,
nhuộm in và hồn tất. Theo phân tích của
các chun gia, trung bình, một nhà máy
dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng
(*)

kể, trong đó, lượng nước được sử dụng
trong các cơng đoạn sản xuất chiếm 72,3%,
chủ yếu là trong cơng đoạn nhuộm và hồn
tất sản phẩm [1]. Xét hai yếu tố là lượng
nước thải và thành phần các chất ơ nhiễm
trong nước thải, ngành dệt nhuộm được
đánh giá là ơ nhiễm nhất trong số các
ngành cơng nghiệp [2-4]. Trong số các chất

TS, Trường Đại học Sài Gòn

39


ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm,
thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất,
đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan –

loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến
nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần [1].
Thông thường, các chất màu có trong thuốc
nhuộm không bám dính hết vào sợi vải
trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng
còn lại một lượng dư nhất định tồn tại
trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư
sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50%
tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban
đầu [1,3,5]. Xử lý độ màu nước thải dệt
nhuộm có rất nhiều phương pháp bao gồm
cả sinh học và hóa lý, trong đó các phương
pháp hóa lý thường được áp dụng là các
quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs –
Advanced Oxidation Processes) [4-10].
AOPs được xem là những công nghệ nổi
bật trong xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm
trong nước thải nhờ không gây ô nhiễm thứ
cấp như các phương pháp khác. Trong số
các AOPs thì quá trình xúc tác quang đang
được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi
trường. Đặc điểm nổi bật của quá trình xúc
tác quang là các chất hữu cơ có thể đạt đến
mức vô cơ hóa hoàn toàn, không phát sinh
ra bùn bã thải, chí phí đầu tư và vận hành
thấp, thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và
áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn
UV nhân tạo hoặc thiên nhiên và không
cần dùng thêm bất cứ loại hóa chất oxy hóa
nào [9,10]. Đối với quá trình quang xúc tác

trên nền TiO2 thì ngoài các ưu điểm giống
như các AOPs khác, xúc tác TiO2 là một
loại hóa chất phổ biến, không độc, bền hóa
học với quá trình quang xúc tác, ít bị ảnh
hưởng bởi pH và có thể tái sử dụng [10].
Trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh
hưởng đến khả năng xử độ màu nước thải
dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2
trong qui mô phòng thí nghiệm được khảo

sát. Ngoài ra, nghiên cứu cũng tiến hành thí
nghiệm nâng cao hiệu suất xử lý khi thêm
O2 và H2O2 vào hệ.
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất – dụng cụ
Xúc tác titanium dioxide (TiO2) dạng
bột và methylene xanh (MB) sử dụng trong
quá trình nghiên cứu được mua từ hãng
Merck - Đức. Trong khi đó, congo đỏ và
orange cam có xuất xứ từ Trung Quốc.
Mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng
hệ quang xúc tác TiO2 dạng bột được đem
đi ly tâm tách TiO2 bằng máy ly tâm Beoco
U320R và đo mật độ quang để xác định độ
màu bằng máy đo quang DR3000.
2.2. Nguồn nước thải dệt nhuộm
Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu của
nước thải dệt nhuộm của quá trình quang
xúc tác TiO2 được thực hiện trên nguồn
nước thải giả định và nguồn nước thải thật.

Đầu tiên nghiên cứu thực hiện trên nguồn
nước thải giả định được pha chế từ thuốc
nhuộm methylen xanh C16H18N3ClS (M =
373.9g/mol), để chọn các điều kiện tối ưu
cho các thí nghiệm chạy ứng dụng trên các
loại nước thải giả định khác được pha chế
từ dung dịch orange cam C16H10N2Na2O7S2
(M = 452,3g/mol) và congo đỏ
C32H22N6Na2O6S2 (M= 696,6g/mol) và
nước thải thật. Yêu cầu độ màu đầu vào
trước khi xử lý của nước thải dệt nhuộm
trong nghiên cứu này là phải lớn hơn
150Pt-Co (yêu cầu loại B của QCVN
13:2008/BTNMT).
2.3. Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm được thực hiện trên
ba hệ là hệ có chiếu UV, Vis và hệ tối. Đối
với hệ UV, mô hình thí nghiệm gồm thùng
xốp hình chữ nhật với kích thước 70x50cm
và đèn UV (loại UV – A dài 60 cm, bước
sóng từ 320 - 380nm, công suất 15W). Đối
với hệ VIS, mô hình thí nghiệm gồm thùng
40


xốp hình chữ nhật với kích thước 50x40cm
và đèn Vis (dài 40 cm, bước sóng từ 400 700nm, công suất 15W). Mỗi đèn được bố
trí cố định ngay phía trên becher đựng dung
dịch thải nhằm cung cấp photon cho quá
trình quang xúc tác. Ngoài ra, mỗi thùng

được dán giấy bạc chắn sáng để đảm bảo
điều kiện thí nghiệm. Trên mỗi nắp thùng
tiến hành khoét hai lỗ: một lỗ để cách
khuấy, còn lỗ còn lại để rút mẫu và quan sát
cánh khuấy có hoạt động bình thường hay
không để kịp thời điều chỉnh. Dung dịch
phản ứng được đặt trong becher 250ml và
được khuấy trộn liên tục bằng cách khuấy
trong quá trình phản ứng. Hệ thống cánh
khuấy gồm hai cánh khuấy tự tạo bằng ống
hút gắn vào motor. Hệ thống sục khí O2
bằng cách sử dụng máy đẩy khí để thổi O2
vào đáy becher. Đối với hệ tối thì mô hình

thí nghiệm được bố trí tương tự như hai hệ
trên nhưng khác là không có chiếu sáng. Mô
hình thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ
quang xúc tác TiO2 trong ba điều kiện chiếu
UV, Vis và tối được trình bày ở hình 1.
2.4. Phương pháp thực hiện
Mỗi lần chạy mô hình được tiến hành
cùng một lúc trên ba hệ UV, Vis và tối
nhằm giảm bớt sai số từ mỗi lần pha dung
dịch. Dung dịch nước thải và TiO2 cần
dùng được cho vào 3 becher 250 ml, khuấy
đều. Đặt 3 becher vào ba mô hình tương
ứng cho ba hệ UV, Vis và tối. Trong quá
trình chạy mô hình với thời gian 90 phút
liên tục, định kỳ sau 30 phút là lấy 10ml
mẫu đem đi ly tâm tách TiO2 với tốc độ

4300 vòng/5 phút trước khi đo quang để
tính toán hiệu suất phản ứng.

Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lý nước thải của ba hệ UV, Vis và tối
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
đến hoạt tính quang xúc tác
3.1.1. Khả năng tự phân hủy của
methylen xanh dưới bức xạ UV, Vis
Khảo sát khả năng tự phân hủy của

methylen xanh bằng bức xạ UV khi không
có xúc tác trong điều kiện khuấy từ liên tục
để có thể xác định chính xác hoạt tính thực
sự của quá trình quang xúc tác. Kết quả đo
độ hấp thu quang, nồng độ của MB trước
và sau khi xử lý được thể hiện ở bảng 1.

41


Bảng 1. Hiệu suất chuyển hóa MB sau 90 phút không có xúc tác
Thời gian
UV
Vis

0
90 phút
0
90 phút

Độ hấp thu
quang của MB
0.8092
0.7412
0.8123
0.8062

Khi khuấy từ và chiếu sáng bức xạ UV
liên tục trong 90 phút thì hàm lượng MB
phân hủy là 8,8%, dưới bức xạ Vis chỉ
0,9%. Như vậy bức xạ UV có khả năng
phân hủy MB, còn bức xạ Vis có thể xem
như không ảnh hưởng. Chính vì thế, trong
các thí nghiệm với xúc tác tiếp theo, hiệu
suất phản ứng sẽ được trừ đi phần tham gia
của đèn UV để có được hoạt tính chuyển
hóa xúc tác chính xác.
3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ MB
Để xác định mức độ ảnh hưởng do
nồng độ ban đầu của các dung dịch lên

Nồng độ của MB

Hiệu suất

9.95x10-6
9.12x10-6
9.99x10-6
9.91x10-6

0.5%
8.8%
0.1%
0.9%

hiệu suất phân hủy các chất hữu cơ, đã tiến
hành khảo sát với 3 mẫu dung dịch tự tổng
hợp methylen xanh có nồng độ thay đổi là
10-5M, 2x10-5M, 3x10-5M, 5x10-5M, 7x105
M, hàm lượng xúc tác TiO2 tối ưu là 0.5g
TiO2/250ml. Sự thay đổi hiệu suất phân
hủy quang hóa của các dung dịch phản ứng
khi có sự thay đổi nồng độ dung dich được
biểu diễn ở hình 2. Kết quả cho thấy khi
tăng nồng độ dung dịch nước thải thì hiệu
suất xử lý ở hệ UV giảm 3% và hệ Vis thì
giảm 12%, điều này cho thấy TiO2 có khả
năng xử lý tốt MB ở nồng độ thấp.

Hình 2. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến hiệu suất xử lý
3.1.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất
xúc tác
Trong quá trình quang xúc tác dị thể,
hàm lượng chất xúc tối thiểu là đại lượng

cần được xác định. Để nghiên cứu ảnh
hưởng của hàm lượng xúc tác đối với quá
trình quang phân hủy các hợp chất hữu cơ,
phản ứng quang hóa được thực hiện với

42


dung dịch giả định methylene xanh nồng
độ 3.10-5M (tương ứng độ màu là 198 PtCo), với các hàm lượng xúc tác thay đổi

0,5g, 0,25g và 0,125g TiO2/250ml ở ba hệ
UV, Vis và tối.

Hình 3. Hiệu suất xử lý độ màu theo khối lượng chất xúc tác
Hiệu suất xử lý giảm theo khối lượng
của xúc tác nhưng không nhiều ở cả 3 hệ
(tối, Vis và UV). Điều này có thể do tâm
hoạt động trên bề mặt TiO2 và khả năng
truyền sáng vào dung dịch vì khi tăng hàm
lượng xúc tác là làm tăng tâm hoạt động
tham gia phản ứng nhưng cũng gián tiếp
làm giảm khả năng truyền sáng đến dung
dịch từ đó thể tích vùng phản ứng bị giảm
đi. Ngoài ra, theo nghiên cứu thì khối
lượng 2g TiO2/l là khối lượng tối ưu [11], do
đó không có hiện tượng TiO2 kết tụ lại và
điều này làm cho một phần bề mặt TiO2
không thể hấp thụ ánh sáng cũng như hấp
phụ các chất hữu cơ dẫn đến hiệu suất phản
ứng cũng giảm.

3.1.4. Khả năng tái sử dụng của
xúc tác TiO2
Tái sử dụng lại xúc tác là một trong

yếu tố nổi bật nhằm nâng cao tính khả thi
của việc áp dụng quá trình quang xúc tác
TiO2. Để nghiên cứu khả năng tái sử dụng
của xúc tác ta tiến hành thí nghiệm với
0,5gTiO2/250ml nước thải methylene xanh
ở nồng độ 3.10-5M. Thực nghiệm cho thấy
không có sự suy giảm nào về hoạt tính của
TiO2 ở cả 3 hệ xúc tác tối, Vis và UV.
Theo một vài công trình nghiên cứu của
Al-Sayyed và Mills cũng cho biết không có
sự suy giảm hoạt tính sau 10 chu trình liên
tiếp được sử dụng trong phản ứng phân
hủy 4-Clorophenol. Đây là một triển vọng
có thể tái sử dụng lại xúc tác để giảm hóa
chất và chi phí xử lý.

43


Hình 4. Khả năng tái sử dụng của chất xúc tác TiO2

độ 3.10-5M nhưng có thêm oxy vào hệ
thống sục khí, hệ chạy liên tục trong 30
phút sau đó lấy mẫu đi quang trắc. Ảnh
hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý thực
nghiệm chạy mô hình được biểu diễn ở
hình 5.

3.2. Nâng cao hiệu suất xử lý của
hoạt tính quang xúc tác

3.2.1. Nâng cao hiệu suất xử lý khi
thêm oxy vào hệ
Nhằm khảo sát ảnh hưởng của oxy,
thí nghiệm vẫn giữ điều kiện khảo sát
0,125gTiO2/250ml, methylene xanh ở nồng

Hình 5. Ảnh hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý methylene xanh
Dựa vào biểu đồ ở hình 5 ta thấy hiệu
suất xử lý khi sục thêm oxy vào dung dịch
trong quá trình thực hiện thí nghiệm ở cả
hai hệ đèn Vis và UV thì hiệu suất đều

tăng, ở hệ đèn Vis hiệu suất tăng 3,02% và
ở hệ đèn UV tăng 3,97%. Như đã trình bày
ở phần trên thì việc sục oxy vào hệ đã ảnh
hưởng đến tốc độ và hiệu quả của quá trình
44


quang xúc tác TiO2. Oxy đã góp phần ngăn
chặn sự tái hợp giữa e- và lỗ trống tạo
thành tác nhân oxy hóa là anion peroxyt.
Khi đó, O2 và O2•- đều có thể tạo thành gốc
•
OH bổ sung theo các phản ứng [11,12]:
TiO2 (e-) + O2 → TiO2 + O2•(1)
•2 O2 + 2H2O → H2O2 + 2OH + O2 (2)
TiO2 (e-) + H2O2 → TiO2 + OH- + •OH
(3)
3.2.2. Nâng cao hiệu suất xử lý

khi thêm H2O2 vào hệ
TiO2 kết hợp với H2O2 và lượng O2 hòa
tan trong nước tạo nên các phản ứng tạo
thành OH, các gốc tự do •OH phản ứng

với hầu hết các hợp chất hữu cơ hấp phụ
trên bề mặt TiO2 và có thể oxy hóa chúng
đến sản phẩm cuối cùng. Để xác định mức
độ ảnh hưởng H2O2 đến hiệu suất phản
ứng, thí nghiệm với 0.125g TiO2/250ml ở
nồng độ 3x10-5M được tiến hành khảo sát
với H2O2 30% ở thể tích là 0 ml; 0,5 ml; 1
ml; 1,5 ml; 2 ml; 3 ml và 4 ml, hệ đèn UV
chạy trong 30 phút. Kết quả khảo sát cho
thấy H2O2 không có khả năng xứ lý
methylene xanh khi không có xúc tác TiO2.
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến
hoạt tính quang xúc tác của TiO2 được biểu
diễn trong hình 6.

Hình 6. Hiệu suất xử lý theo thể tích H2O2 trong 30 phút


OH + H2  H + H2O
(7)


OH + HO2  H2O + O2
(8)
Lượng H2O2 nhiều nên cũng sẽ tạo

được nhiều gốc OH (phản ứng 4). Các gốc

OH có thể tự phản ứng với nhau tạo H2O2
và khi đó gốc OH dư sẽ phản ứng H2O2
tạo thành gốc và lúc này gốc OH sẽ phản
ứng với gốc mới tạo thành H2O và O2.
Ngoài ra, trong nước cũng có H2, lúc này
gốc OH phản ứng với H2 sinh ra H và
H2O. Do đó, gốc OH giảm dẫn đến hiệu
suất phản ứng giảm.
Với 1ml H2O2 thêm vào thì hiệu suất

Kết quả ở hình 6 cho thấy khi tăng thể
tích H2O2 từ 0,5 ml lên 1 ml thì hiệu suất
cũng tăng tử 60% đến 80% nhưng khi tăng
thể tích H2O2 lên nhiều hơn 2 ml thì hiệu
suất xử lý của hệ xúc tác giảm dần. Như
vậy, khi tăng quá nhiều H2O2 sẽ làm giảm
hiệu suất xử lý của quá trình quang xúc tác.
Điều này có thể giải thích là do lượng
H2O2 thêm vào dung dịch nhiều tạo nên
các phản ứng [12,13]:
H2O2  2 OH
(4)


OH + H2O2  HO2
(5)



OH + OH  H2O2
(6)
45


xử lý độ màu tăng cao nhất, do đó 1 ml
H2O2 là thể tích tối ưu. Vì vậy, trong các
nghiên cứu sau, thể tích H2O2 là 1 ml được
chọn để tiến hành thí nghiệm.
3.2.3. Nâng cao hiệu suất xử lý
khi thêm O2 và H2O2 vào hệ
Để nâng cao hiệu suất, O2 và H2O2
được thêm vào hệ tạo thành một hệ xúc tác
mới. Hệ xúc tác O2, H2O2 và TiO2 khảo sát
với methylene xanh 3x10-5M, khối lượng
xúc tác 0,125g TiO2/250ml, nồng độ 1x105
M và 1 ml H2O2 trong khoảng thời gian là
30 phút ở cả hai hệ Vis và UV, sau đó lấy
mẫu phân tích. Thực nghiệm cho ta có thể

so sánh hiệu suất theo hình 7.
Dựa vào biểu đồ trên ta có thể nhận xét
H2O2 nâng hiệu suất phản ứng của hệ
quang xúc tác cao hơn nhiều so với O2,
hiệu suất từ 48% lên 81%.
Hệ xúc tác H2O2, O2 và 0,125g
TiO2/250ml nước thải ở nồng độ 3x10-5M
với thời gian 30 phút có hiệu suất đạt 87%,
cao hơn tất cả các điều kiện ở cùng thời
gian khối lượng xúc tác và lượng khí O2

cung cấp vào hệ. Do đó điều kiện tối ưu để
xử lý độ màu nước thải là 1 ml H2O2, O2 và
0,125g TiO2/250ml.

Hình 7. So sánh hiệu xử lý ở các hệ xúc tác khác nhau
nước tổng hợp từ thuốc nhuộm acid orange
và congo đỏ thực hiện thí nghiệm ở nồng độ
1x10-5M với điều kiện tối ưu như khi thí
nghiệm trên mẫu nước thải tự tổng hợp bởi
thuốc nhuộm methylen xanh là 1ml H2O2,
O2 và 0,125g TiO2/250ml. Để có thể kiểm
chứng độ chính xác lại quá trình chạy mẫu
thì chúng tôi tiến hành chạy thêm ba điều
kiện là 0,125g TiO2/250ml; 0,125g
TiO2/250ml kết hợp thêm O2 vào hệ và

3.3. Mở rộng khảo sát
Ứng dụng vào thực tế là một điều khá
khó khăn đối với các nghiên cứu khoa học,
nhằm đưa nghiên cứu thực tế hơn chúng tôi
chọn một những điểm tối ưu của đề tài để
chạy ứng dụng với một vài loại nước thải
tổng hợp và trên nước thải thật.
3.3.1. Tiến hành thí nghiệm trên
nước thải tổng hợp khác
Như trình bày ở phần trên, đối với
46


0,125g TiO2/250ml kết hợp 1ml H2O2 thời

gian tiến hành thí nghiệm là 30 phút. Hình 8

và 9 thể hiện hiệu suất xử lý ở 4 điều kiện.

Hình 8. Khả năng xử lý thuốc nhuộm congo đỏ

Hình 9. Khả năng xử lý thuốc nhuộm acid orange
Dựa vào kết quả có thể thấy các nguồn
nước thải khác nhau dù ở cùng nồng độ sẽ
có ảnh hưởng khác nhau lên hiệu suất phản
ứng do phụ thuộc vào cấu tạo hóa học, khối
lượng phân tử của hợp chất màu. Xét về
cấu tạo hóa học thì acid orange là thuốc

nhuộm monoazo còn congo đỏ là diazo,
congo đỏ có cấu tạo phức tạp và khối
lượng phân tử lớn hơn so với acid orange,
dẫn đến xúc tác oxy hóa thuốc nhuộm
congo đỏ sẽ khó hơn so với acid orange.
Do đó hiệu suất xử lý của acid orange cao
47


hơn so với congo đỏ, hiệu suất xử lý ở điều
kiện tối ưu thì thuốc nhuộm congo đỏ là
67,22% còn acid orange với hiệu suất là
70,92% .
Trong 30 phút với hiệu suất của hai
mẫu nước thải tự tổng hợp đều xấp xỉ 70%,
để có thể xử lý độ màu đạt tiêu chuẩn loại

A của QCVN 13: 2008/BTNMT ta tiến
hành khảo sát ở điều kiện tối ưu và tăng
thời gian xử lý.
3.3.2. Tiến hành thí nghiệm với

nước thải thực tế
Tiến hành khảo sát bốn hệ quang xúc
tác với cả hai loại đèn UV và Vis, trong
quá trình chạy mô hình thì cứ 30 phút lấy
mẫu đem ly tâm tách TiO2 sau đó trắc
quang theo đường chuẩn đo độ màu đơn vị
Pt-Co.
Sau 90 phút, ở hệ đèn UV ở tất cả bốn
điều kiện thì độ màu của nước thải đều đạt
tiêu chuẩn loại A. Kết quả xử lý nước thải
thật sau 90 phút được thể hiện trong hình 10.

Hình 10. Khả năng xử lý độ màu nước thải thật của TiO2 trong 90 phút
Dựa vào kết quả cho thấy, khả năng xử
lý độ màu là rất cao đã đạt tiêu chuẩn loại
A QCVN13:2008/BTNMT dưới 50Pt-Co.
Và ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và
thêm 1ml H2O2 với đèn UV là thấp nhất
với 21Pt- Co và đèn Vis 65 Pt-Co đã gần
đạt tiêu chuẩn loại A cần chạy với thời gian
dài hơn để trong hệ đèn Vis đạt tiêu chuẩn.
Ngoài ra, chúng tôi còn tiến hành khảo
sát ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và thêm
1ml H2O2 với đèn UV với độ màu cao hơn là
1198 Pt-Co thì sau 90 phút độ màu giảm còn

151 Pt-Co gần đạt tiêu chuẩn loại B.

3.3.3. So sánh hiệu suất xử lý hệ
UV/TiO2 và UV/CeO2
Trong quá trình thí nghiệm chúng tôi
có chạy với xúc tác CeO2, là một chất mới
được phát hiện và đang được các nhà khoa
học quan tâm nghiên cứu.
Cerium (IV) oxit, còn được gọi là oxit
ceric, ceria, xeri oxit hoặc xeri dioxide, là
một oxit xeri kim loại đất hiếm, là bột có
màu trắng vàng nhạt và công thức hóa học
CeO 2. Cerium (IV) oxit kết hợp với kim
loại như Ni, Cu, Pd…và oxit kim loại như
ZnO, Al2O3, CuO …, xử lý khí NOx,
metan…, các hợp chất hữu cơ khó phân
48


hủy như các hợp chất trong thuốc nhuộm,
thuốc diệt cỏ…[13]
Để có thể so sánh một cách tương quan
nhất vì hai chất xúc tác có khối lượng phân
tử khác nhau do đó ở cùng một khối lượng
thì số lượng hạt của CeO2 sẽ ít hơn so vơi
TiO2. Do đó ta qui về số mol để có thể so
sánh, lấy khối lượng của TiO2 làm chuẩn từ
đó suy ra số mol và khối lượng thực tế của
CeO2 cần dùng. Sau khi tính toán với

0,125g TiO2 và 0,2693g CeO2 là cùng số
mol. Thí nghiệm tiến hành với hai hệ xúc
tác UV/TiO2 và UV/ CeO2 với 250ml nước
thải tự tổng hợp từ thuốc nhuộm methylen
xanh có nồng độ M3 chạy liên tục trong 90
phút sau đó lấy mẫu trắc quang kiểm tra
nồng độ. Kết quả thể hiện ở bảng 2 cho
thấy hiệu suất xử lý độ màu của TiO2 cao
hơn 65.8% so với CeO2.

Bảng 2. So sánh hiệu suất xử lý của hệ xúc tác UV/TiO2 và UV/CeO2
Hệ xúc tác

Độ hấp thu quang A

Nồng độ

Hiệu suất

UV/TiO2

0.2495

3.87E-06

87.1%

UV/CeO2

0.3822

2.36E-05

21.3%

4. KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả của quá trình khảo sát
khả năng xử lý độ màu của nước thải dệt
nhuộm với hệ quang xúc tác TiO2, một số
kết luận được rút ra như sau:
Bức xạ UV có khả năng phân hủy
thuốc nhuộm MB, nồng độ dung dịch nước
thải ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nhưng
không nhiều, khối lượng xúc tác trong
khoảng nghiên cứu (từ 0,125g đến 0,5g
trong 250 ml dung dịch) ít ảnh hưởng đến
hiệu suất xử lý, khi giảm khối lượng xúc từ
0,5g xuống còn 0,125g (thời gian xử lý
trong 90 phút) thì hiệu suất chỉ giảm
khoảng 5%. TiO2 có khả năng tái sử dụng
cao, hiệu suất xử lý gần như không giảm
sau bốn lần tái sử dụng.
Oxy ảnh hưởng không lớn đến quá
trình quang xúc tác TiO2 để oxy hóa các
chất hữu cơ, trong khi đó, hydrogen

peroxide ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử
lý của quá trình quang xúc tác. Thể tích
hydrogen peroxide/250ml nước thải tối ưu
là 1ml. Hệ quang xúc tác TiO2 khi sục

thêm oxy và hydrogen peroxide nâng cao
hiệu suất hơn nhiều so với hệ xúc tác
UV/TiO2. Hệ xúc tác thêm H2O2, O2 với
bức xạ UV có hiệu suất đạt 87% còn hệ
xúc tác TiO2/UV đạt hiệu suất 48% trong
30 phút.
Hiệu quả xử lý đối với nhưng loại
thuốc nhuộm có cấu tạo hóa học đơn giản
và khối lượng phân tử nhỏ hiệu quả hơn so
với thuốc nhuộm khác có khối lượng phân
tử lớn.
Khảo sát trên nước thải tự nhiên với
khoảng thời gian 90 phút ở tất cả các hệ
khảo sát với đèn UV độ màu đều đạt tiêu
chuẩn loại A dưới 50Pt-Co.

49


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.
10.
11.

12.

13.

Kamaljit Singh, Sucharita Arora (2011), Removal of Synthetic Textile Dyes From
Wastewaters: A Critical Review on Present Treatment Technologies, environmental
science and technology, 41, 807-878.
Lei Zhang, Jacqueline Manina Cole (2014), TiO2-assisted photoisomerization of azo
dyes using self-assembled monolayers: case study on para-methyl red towards solarcell applications, Applied Material and Interfaces, 6, 3742-3749.
Nguyễn Thị Hường (2011), Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của hai phương pháp
đông tụ điện hóa và oxi hóa bằng hợp chất fenton, Tạp chí khoa học và công nghệ,
Đại học Đà Nẵng, số 6(35), 102-106.
Nguyễn Ngọc Lân, Nguyễn Thanh Thuyết, Lê Minh Đức (2001), Đánh giá hiệu quả
xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp đông tụ điện, Tuyển tập báo cáo toàn
văn Hội nghị chuyên ngành điện hóa và ứng dụng, Đại học Quốc gia Hà Nội,
Nguyễn Đắc Vinh, Nguyễn Văn Nội, Lưu Văn Bôi, Nguyễn Hồng Hạnh (2006),
Nghiên cứu tiền xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc bằng phương pháp
keo tụ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 3, 62-67.
Phan Đình Tuấn, Nguyễn Trần Huyền Anh (2008), Nghiên cứu ứng dụng than tràm
hoạt tính trong xử lý nước thải dệt nhuộm, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công

nghệ, T. 11, S. 8, 13-18.
Nguyễn Thị Xuân Nhân (2010), Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong
nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai giai đoạn, Khóa
luận tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM.
Bùi Thị Vụ (2011), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết
hợp oxy hóa H2O2 sử dụng hoạt hóa tia UV thử nghiệm trên mô hình pilot phòng thí
nghiệm, Đề tài nghiên cứu khoa học của giảng viên trường Đại học dân lập Hải Phòng.
Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R.(1999), Advanced Oxidation Processes
(AOPs) for water furication and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59.
Rein M. (2001), Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects, Proc.
Estonian Acad. Sci. Chem., 50 (2), 59–80.
Yunbing Hea Zumin Qiu, Xiaocheng Liu, Shuxian Yu (2005). Catalytic oxidation of
the dye wastewater with hydrogen peroxide. Chemical Engineering and Processin,
44,1013–1017
Oyama T., Zhang T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N. (2001), Photooxidative
N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO2 dispersions under UV irradiation,
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 140, 163–172.
Mas Rosemal, H. Mas Haris, Kathiresan Sathasivam (2009), The removal of methyl
red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers, American Journal of
applied sciences 6(9), 1690-1700.
* Ngày nhận bài: 19/9/2014. Biên tập xong: 24/4/2015. Duyệt đăng: 04/5/2015.
50