Nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm rhodamine b bằng phương pháp fenton oxalat với phức sắt oxalat được chiết từ bùn đỏ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC


TRẦN THỊ KIM THÙY

NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY THUỐC NHỘM
RHODAMINE B BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
OXALAT VỚI PHỨC SẮT OXALAT ĐƯỢC CHIẾT TƯ
BÙN ĐỎ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA HỌC

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC


NGHIÊN CỨU PHÂN HỦY THUỐC NHỘM
RHODAMINE B BẰNG PHƯƠNG PHÁP FENTON
OXALAT VỚI PHỨC SẮT OXALAT ĐƯỢC CHIẾT TƯ
BÙN ĐỎ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Lớp

G áo

ướ g dẫ

: TRẦN THỊ KIM THÙY
: 11CHP
: TS. BÙI XUÂN VỮNG

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2015


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Họ và tên: TRẦN THỊ KIM THÙY
2. Lớp: 11CHP
3. Tên đề tài: Nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm Rhodamine B bằng phương
pháp Fenton oxalat với phức sắt oxalat được chiết từ bùn đỏ.
4. Nguyên liệu, dụng cụ,thiết bị
* Nguyên liệu:
- Bùn đỏ lấy từ nhà máy Alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng
- Rhodamine B tinh khiết (PA) (Trung Quốc)
- FeCl3.6H2O (Trung Quốc)

- H2C2O4.2H2O (Trung Quốc)
- HCl đậm đặc (Trung Quốc)
- H2O2 30% (Trung Quốc)
- NH4OH (Trung Quốc)
- KMnO4 (Trung Quốc)
- Propan-2-ol (Trung Quốc)
* Dụng cụ:
- Cốc có mỏ các loại.
- Bình tam giác.
- Pipet, buret, bình định mức.
- Đũa, phễu thủy tinh.
- Ống COD.
* Thiết bị:
- Máy quang phổ UV-Vis Lambda 5, Perkin Elmer, USA


- Cân phân tích Precisa (Đức) với độ chính xác 0.001g
- Máy đo pH Branson (Anh)
- Tủ sấy, máy khuấy từ, bếp cách thủy.
5. Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu quá trình chiết sắt bằng hỗn hợp axit oxalic
và axit clohidric từ bùn đỏ để sử dụng cho quá trình quang Fenton bằng hệ Fe(C2O4)33/H2O2/ ánh sáng mặt trời góp phần xử lý thuốc nhuộm Rhodamine B.
6. Giáo viên hướng dẫn: TS. BÙI XUÂN VỮNG
7. Ngày giao đề tài: 25/8/2014
8. Ngày hoàn thành đề tài: 8/5/2015.
Chủ nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn

(ký, ghi họ tên)

(ký, ghi họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày…..tháng……năm………
Kết quả điểm đánh giá……….
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(ký, ghi họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Khóa luận tốt nghiệp là q trình áp dụng các kiến thức lý thuyết trên giảng
đường vào thực tiễn. Qua đó giúp chúng ta hiểu hơn bản chất kiến thức được học. Thời
gian làm khóa luận tốt nghiệp đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và những kinh
nghiệm quý báu, đến nay em đã hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành tới:
- Thầy Bùi Xuân Vững đã tận tình giúp đỡ em để em có thể hồn thành bài khóa
luận của mình một cách tốt nhất.
- Các thầy cơ trong khoa hóa học - trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã tận tình
dạy dỗ và truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập và
rèn luyện tại trường.
- Các bạn cùng em nghiên cứu suốt quá trình làm khóa luận.
- Gia đình, người thân và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt
thời gian học tập cũng như trong thời gian tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Mặc dù đã cố gắng hồn thành khóa luận trong phạm vi và khả năng cho phép
nhưng chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
thơng cảm và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn.
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015.
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kim Thùy

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1
2. Mục địch nghiên cứu ...................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 3
4.1. Nghiên cứu lý thuyết ................................................................................... 3
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm ............................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 3
6. Kết cấu luận văn ............................................................................................ 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ..................................................................................... 5
1. 1. Tổng quan về Rhodamine B ....................................................................... 5
1.1.1. Công thức cấu tạo ....................................................................................... 5
1.1.2. Tính chất vật lý ........................................................................................... 5
1.1.3. Tính chất sinh học....................................................................................... 6
1.1.4. Tính chất hóa học ....................................................................................... 6
1.1.5. Các thuốc nhuộm Rhodamine khác ............................................................ 7
1.1.6. Ứng dụng .................................................................................................... 7
1.1.7. Thành phần và tác hại của nước thải do thuốc nhuộm Rhodamine B ......... 8
1.1.7.1. Thành phần nước thải do thuốc nhuộm Rhodamine B ............................ 8
1.1.7.2. Tác hại của việc ô nhiễm thuốc nhuộm Rhodamine B ............................ 9
1.2. Phương pháp Fenton trong xử lý nước thải dệt nhuộm ............................. 10
1.2.1. Giới thiệu về phương pháp Fenton ........................................................... 10
1.2.2. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO và bản chất của quá trình Fenton .... 10
1.2.3. Quá trình quang Fenton ............................................................................ 11
1.2.4. Quá trình Fenton sử dụng hệ Fe (C2O4)33-/H2O2/ánh sáng mặt trời ......... 13
1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ Fenton Fe (C2O4)33-/H2O/ánh sáng mặt trời13
1.2.5.1. Ảnh hưởng của độ pH ........................................................................... 13
1.2.5.2. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 và tỉ lệ Fe2+: H2O2 ................................ 14

1.2.5.3. Ảnh hưởng của ion oxalat ..................................................................... 14
1.2.6. Ưu điểm của phương pháp Fenton Fe (C2O4)33-/H2O/ánh sáng mặt trời .. 14
1.2.7. Ứng dụng phương pháp Fenton .............................................................. 15
1.2.7.1. Ứng dụng phương pháp Fenton xử lý nước thải nhuộm ....................... 15
1.2.7.2. Phương pháp xử lý nước bề mặt nhiễm thuốc trừ sâu bằng Fenton ...... 15
1.2.7.3. Ứng dụng Fenton trong quá trình xử lý nước rỉ của bãi chôn lấp ......... 16


1.3. Một số nghiên cứu về xử lý Rhodamine B………………………………16
1.3.1. Phân hủy rhodamine B bằng vật liệu tổng hợp nano Fe-C/TiO2 dưới tác
dụng của tia UV trong dung dịch hóa hơi .......................................................... 16
1.3.2. Phân hủy rhodamine B bằng phương pháp quang Fenton dị thể sử dụng hỗn
hợp xúc tác đồng bentonit và hidropeoxit………………………………...........17
1.4. Phương pháp xác định chỉ số COD………………………………………18
1.4.1. Phương pháp xác định chỉ số COD ……………………………………..18
1.4.2. Nguyên tắc ………………………………………………………………18
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxi hoá ……………………………18
1.5. Tổng quan về bùn đỏ ................................................................................. 19
1.5.1. Giới thiệu về bùn đỏ và tác hại của bùn đỏ .............................................. 19
1.5.1.1. Giới thiệu về bùn đỏ .............................................................................. 19
1.5.1.2. Tác hại của bùn đỏ ................................................................................ 19
1.5.2. Tình hình khai thác bauxite ở Việt Nam .................................................. 20
1.5.3. Một số nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ trong nước và trên thế giới……….21
1.5.3.1. Xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải …………………………..21
1.5.3.2. Sản xuất gạch, đất sét nung từ bùn đỏ…………………………………….21
1.5.3.3. Lĩnh vực luyện kim ……………………………………………………22
1.5.3.4. Sản xuất xi măng Portland…………………………………………….22
1.5.3.5. Dùng làm chất tạo màu………………………………………….…….22
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .......................................................................................................................... 23

2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất. ................................................................ 23
2.1.1. Nguyên liệu và hóa chất ........................................................................... 23
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị nghiên cứu ................................................................. 23
2.1.2.1. Dụng cụ.................................................................................................. 23
2.1.2.2. Thiết bị ................................................................................................... 23
2.2. Tiến hành thực nghiệm .............................................................................. 23
2.2.1. Xử lý bùn đỏ và chuẩn bị hóa chất ........................................................... 23
2.2.1.1. Xử lý bùn đỏ ........................................................................................... 23
2.2.1.2. Chuẩn bị hóa chất.................................................................................. 24
2.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt ............................ 25
2.2.2.1. Xây dựng đường chuẩn Fe (C2O4)33- ..................................................... 25
2.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến q trình chiết Fe
(C2O4)33- .............................................................................................................. 25
2.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit clohidric đến quá trình chiết Fe
(C2O4)33- .............................................................................................................. 25


2.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- ..... 26
2.2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- .... 26
2.2.2.6. Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- . 26
2.2.3. Xử lý rhodamine B bằng hệ Fe(C2O4)33-/H2O2/ánh sáng mặt trời với Fe
(C2O4)33- được chiết ra từ bùn đỏ ........................................................................ 27
2.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ FeIII(C2O4)33- đến quá trình xử lý
rhodamine B ....................................................................................................... 27
2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến quá trình xử lý rhodamine B .. 28
2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình xử lý rhodamine B ................... 28
2.2.3.4. Xác định hiệu suất chuyển hóa COD khi phân hủy rhodamine B bằng
hệ Fe (C2O4)33-/H2O2/ánh sáng mặt trời ............................................................. 28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 31
3.1. Một số đặc trưng cấu trúc của bùn đỏ ban đầu .......................................... 31

3.1.1. Thành phần hóa học quan trọng của bùn đỏ ............................................. 30
3.1.2. Ảnh SEM của bùn đỏ và bã bùn đỏ .......................................................... 31
3.2. Khảo sát quá trình chiết sắt từ bùn đỏ ....................................................... 32
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn Fe (C2O4)33- ........................................................ 32
3.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết phức Fe (C 2O4)33- từ
bùn đỏ ................................................................................................................. 33
3.2.2.1. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết Fe
(C2O4)33- .............................................................................................................. 33
3.2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng thể tích axit clohidric đến q trình chiết Fe
(C2O4)33- .............................................................................................................. 34
3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- .... 36
3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- ..... 37
3.2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- . 38
3.3. Xử lý Rhodamine B bằng hệ Fe(C2O4)33- /H2O2/ánh sáng mặt trời với Fe
(C2O4)33- được chiết ra từ bùn đỏ. ..................................................................... 40
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ Fe(C2O4)33- đến quá trình xử lý rhodamine
B.......................................................................................................................... 40
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ H2O2 đến quá trình xử lý rhodamine B ..... 42
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng pH đến quá trình xử lý rhodamine B ....................... 44
3.4.2. Xác định hiệu suất chuyển hóa COD khi phân hủy rhodamine B bằng hệ
[Fe (C2O4)33-] /H2O2/ánh sáng mặt trời ............................................................... 47
3.4.2.1. Kết quả lập đường chuẩn COD ............................................................. 47
3.4.2.2. Kết quả xác định hiệu suất chuyển hóa COD khi phân hủy rhodamine
B bằng hệ Fe (C2O4)33 /H2O2/ánh sáng mặt trời ................................................ 48


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 49
1. Kết luận ........................................................................................................ 49
2. Kiến nghị ...................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 50

MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của Rhodamine B ............................................................ 5
Hình 1.2. Cơng thức cấu tạo chung của Rhodamine ..................................................... 7
Hình 3.1. Ảnh SEM của bùn đỏ ban đầu .................................................................... 31
Hình 3.2. Ảnh SEM của bã bùn đỏ ............................................................................. 32
Hình 3.3. Đường chuẩn Fe (C2O4)33- ........................................................................... 32
Hình 3.4. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết ........... 34
Hình 3.5. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng thể tích axit clohidric đến q trình chiết Fe
(C2O4)33-....................................................................................................................... 35
Hình 3.6. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- . 36
Hình 3.7. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- .. 38
Hình 3.8. Đồ thị thể hiện ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết Fe (C2O4)33-39
Hình 3.9. Bùn đỏ ban đầu............................................................................................ 40
Hình 3.10. Bùn đỏ sau khi chiết sắt ............................................................................ 40
Hình 3.11. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của nồng độ phức Fe (C2O4)33- đến hiệu suất xử
lý rhodamine B ............................................................................................................ 42
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý
rhodamine B ................................................................................................................ 43
Hình 3.13. Đồ thị biễu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý rhodamine B ..... 45
Hình 3.14. Dung dịch rhodamine B trước khi xử lý bằng phương pháp Fenton oxalat
……….………………………………………………………………………………46
Hình 3.15. Dung dịch rhodamine B sau khi xử lý bằng phương pháp Fenton
oxalat………………………………………………………………………………...47
Hình 3.16. Sơ đồ đường chuẩn COD………………………………………………..48


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của bùn đỏ ................................................................. 31

Bảng 3.2. Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Fe (C2O4)33- .................. 32
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thể tích axit oxalic đến quá trình chiết Fe
(C2O4)33-....................................................................................................................... 33
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thể tích axit clohidric đến q trình chiết Fe
(C2O4)33-....................................................................................................................... 35
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian đun đến quá trình chiết Fe (C2O4)33- ..
.....................................................................................................................................36
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đun đến quá trình Fe (C2O4)33- ........ 37
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm đến quá trình chiết Fe (C2O4)33..................................................................................................................................... 38
Bảng 3.8. Ảnh hưởng của nồng độ phức Fe (C2O4)33- đến giá trị mật độ quang ............ 41
Bảng 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ phức Fe (C2O4)33- đến hiệu suất xử lý rhodamine B
..................................................................................................................................... 41
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến giá trị mật độ quang .......................... 43
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ H2O2 đến hiệu suất xử lý rhodamine B ................. 43
Bảng 3.12. Ảnh hưởng pH đến giá trị mật độ quang .................................................. 44
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý rhodamine B .............................. 45
Bảng 3.14. Kết quả lập đường chuẩn K2Cr2O7…………………………………………………………...47
Bảng 3.15. Bảng kết quả xác định hiệu suất chuyển hóa COD .……………………48


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
COD

: Nhu cầu oxi hóa học

UV

: Vùng ánh sáng tử ngoại

Máy quang phổ UV-VIS : Máy đo quang ở vùng ánh sáng tử ngoại và khả kiến

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển của thế giới, nhu cầu của con người ngày càng
cao. Kinh tế phát triển kéo theo thì các hoạt động cơng nghiệp cũng phát triển, vì vậy ơ
nhiễm mơi trường là điều khó tránh khỏi. Ngun nhân chính là do nước thải từ q
trình hoạt động công nghiệp chưa qua xử lý hay xử lý không triệt để đã thải trực tiếp
vào môi trường làm thay đổi tính chất của mơi trường ảnh hưởng đến chính sức khỏe
của con người và các sinh vật sống. Một trong những vấn đề đó chính là nước thải do
thuốc nhuộm gây ra đang rất được quan tâm bởi tính độc hại cũng như cấu tạo rất phức
tạp của nó gây khó khăn cho cơng tác xử lý. Vì vậy, vấn đề xử lý nguồn nước ô nhiễm
do thuốc nhuộm là hết sức cần thiết.
Rhodamine B là một loại thuốc nhuộm cực độc và được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp như dệt may, thực phẩm ... Đặc biệt Rhodamine B là một chất hữu cơ
mang màu khó phân hủy sinh học, và tan tốt trong nước. Khi được thải vào mơi trường
nước, nó sẽ làm cản trở khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời, giảm nồng độ hồ
tan oxy trong nước gây ơ nhiễm mơi trường. Rhodamine B là chất độc đối với các loài
sinh vật, thực vật trong nước. Khi nó đi vào cơ thể có thể chuyển hóa thành amin thơm
tương ứng có phần độc hại hơn loại Rhodamine B thường, gây ung thư và phát triển
khối u dạ dày [16].
Chính vì vậy đã có nhiều công nghệ tiên tiến được áp dụng để xử lý vấn đề trên
như lọc màng, oxi hóa…. Tuy nhiên những phương pháp xử lý này đạt hiệu quả không
cao và vẫn gây ra ô nhiễm thứ cấp, làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Nên
việc tái chế tận dụng chất thải khơng những đem lại các lợi ích kinh tế, xã hội mà cịn
có ý nghĩa quan trọng trong bảo vệ mơi trường.Trước thực trạng đó, người ta đã nghiên
cứu một loại vật liệu mới có khả năng xử lý màu, thân thiện với môi trường, giá thành
rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam đó là bùn đỏ. Bùn thải khi khô dễ phát tán bụi vào
không khí gây ơ nhiễm, tiếp xúc thường xun với bụi này gây ra các bệnh về da, mắt.

1


Nước thải từ bùn tiếp xúc với da gây tác hại như ăn da, gây mất độ nhờn làm da khơ
ráp, sần sùi, chai cứng, nứt nẻ, đau rát, có thể sưng tấy, loét mủ ở vết rách vết xước trên
da. Đặc biệt, khả năng gây ô nhiễm nguồn nước ngầm là rất cao khi lưu giữ bùn với
khối lượng lớn trong thời gian dài. trong thành phần của bùn đỏ chứa một lượng sắt
nhất định, dựa vào điều này có thể nghiên cứu chiết sắt bằng axit oxalic tồn tại dưới
dạng

phức

sắt(III)oxalate

và

được

sử

dụng

cho

q

trình

fenton

hệ

Fe(III)Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để xử lý ơ nhiễm mơi trường, tiết kiệm được hóa
chất, tận dụng năng lượng mặt trời, giá thành rẻ phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đặc
biệt chưa có một cơng trình nghiên cứu nào đề cập đến việc sử dụng quá trình chiết sắt
từ bùn đỏ sử dụng cho quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để xử
lý thuốc nhuộm Rhodamine B.
Chính những lý do trên chúng tôi đã chon đề tài: ”Ng
uộm R odam e B bằ g p ươ g p áp Fe o oxala

ứu p â

ủy

uố

ớ p ứ sắ oxala đượ

ế ừ bù đỏ” để làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt từ bùn đỏ thải ra từ nhà
máy alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy Rhodamine B bằng hệ
Fe(C2O4)33-/H2O2/ ánh sáng mặt trời với Fe(C2O4)33- từ việc chiết Fe3+ từ bùn đỏ bằng
axit oxalic.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Bùn đỏ từ nhà máy alumin Tân Rai tỉnh Lâm Đồng và
thuốc nhuộm Rhodamine B
- Phạm vi nghiên cứu:

Sử dụng quá trình Fenton hệ Fe(III)-Oxalat/H2O2/ánh sáng mặt trời để xử lý
thuốc nhuộm Rhodamine B.
Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt với các thơng số thể tích
H2C2O4, thời gian đun, nhiệt độ đun, thời gian ngâm.
2


Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Fenton với các thông số như pH,
nồng độ phức sắt, nồng độ H2O2.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Ng

ứu lý

uyế

- Nghiên cứu giáo trình và tài liệu tham khảo có liên quan đến đề tài.
- Trao đổi với giáo viên hướng dẫn.
- Nghiên cứu tính chất và tác hại của Rhodamine B.
- Các phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm.
- Nghiên cứu tính chất, ứng dụng và các phương pháp xử lý bùn đỏ.
- Phân tích và tổng hợp lý thuyết tìm ra hướng nghiên cứu phù hợp cho đề tài
4.2. Ng

ứu

g

m

- Tìm bước song hấp phụ cực đại của Rhodamine B bằng cách đo mật độ quang
trên máy quang phổ UV-VIS.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết sắt từ bùn .
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy Rhodamine B bằng hệ
Fe(C2O4)33-/H2O2/ ánh sáng mặt trời với Fe(C2O4)33- từ việc chiết Fe3+ từ bùn đỏ bằng
axit oxalic.
- Xử lý tính tốn các số liệu thu được.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu quá trình chiết sắt bằng hỗn hợp axit oxalic và axit clohidric sử
dụng cho quá trình quang Fenton bằng hệ Fe(C2O4)33-/H2O2/ ánh sáng mặt trời góp
phần tìm ra hướng xử lý nước thải hiệu quả mà tận dụng được năng lượng mặt trời.
- Tìm hướng tận dụng bùn đỏ thải ra sau khi khai thác quặng bauxite.

6. Kết cấu luận văn: gồm 3 phần
A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục đích nghiên cứu

3


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Nội dung nghiên cứu
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
B. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
Chương 2: THỰC NGHIỆM
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1. 1. Tổng quan về Rhodamine B
1.1.1. Công thức cấu tạo [9]
Rhodamine B là một hợp chất hóa học, là một thành phần của phẩm màu cơng
nghiệp.
Cơng thức phân tử là C28H31ClN2O3.
Phân tử khối là 479.02g/mol.
Công thức cấu tạo của rhodamine B:

Hình 1.1. Cơng thức cấu tạo của rhodamine B
Tên goi :
[9-(2-carboxyphenyl)-6-diethylamino-3-xanthenylidene]diethylammonium
chloride.
Tên gọi khác: R.59, Rhodamine 590, R6G, C.I. Pigment Red 81, C.I Pigment
Red 169, Basic Yellow, C.I. 435160.
1.1.2. Tính chất vật lý [9]
Rhodamine B là những tinh thể màu tối có ánh xanh hay ở dạng bột màu nâu đỏ.
Nhiệt độ nóng chảy khoảng từ 2100 C đến 2110C.
Rhodamine B là một thuốc nhuộm lưỡng tính, độc hại, tan tốt trong methanol,
ethanol, nước (khoảng 50g/l). Độ hồ tan trong 100 gam dung mơi: nước 0.78 gam
(260C), rượu etylic 1.74 gam.

5

Dung dịch Rhodamine B trong H2O và trong ethanol có màu đỏ, ánh xanh, phát
quang mạnh. Dung dịch Rhodamine B/Ethanol lỗng, phát quang trong vùng bước
sóng 550nm đến 650nm.
- pH từ 1,5-2,5.
1.1.3. Tính chất sinh học
Rhodamine B gây độc cấp và mãn tính.
Qua tiếp xúc, nó gây dị ứng hoặc làm mẩn ngứa da, mắt,... Qua đường hơ hấp, nó
gây ho, ngứa cổ, khó thở, đau ngực.
Qua đường tiêu hóa, nó gây nơn mửa, có hại cho gan và thận. Nếu tích tụ dần
trong cơ thể nó gây nhiều tác hại đối với gan, thận, hệ sinh sản, hệ thần kinh cũng như
có thể gây ung thư [17].
Thực nghiệm trên chuột cho thấy Rhodamine B gây ung thư với liều lượng
89,5mg/kg qua đường uống hoặc tiêm vào tĩnh mạch, khi Rhodamine B đi vào cơ
thể có thể chuyển hóa thành amin thơm tương ứng có phần độc hại hơn loại
Rhodamine B thường, gây ung thư và phát triển khối u dạ dầy, tại đây Rhodamine B và
dẫn xuất của nó sẽ tác động mạnh mẽ đến các quá trình sinh hóa của tế bào gây ung
thư gan, vì gan là cơ quan tạng đầu tiên lọc chất Rhodamine B. Một số thực nghiệm
khác cho thấy Rhodamine B tác động phá vỡ cấu trúc ADN và nhiễm sắc thể khi đưa
vào ni cấy tế bào [16].
1.1.4. Tính chất hóa học [16]
Nó dễ tan trong nước (1,2g/100ml), ethanol và cellosolve cho dung dịch màu đỏ
xanh và phát huỳnh quang màu vàng đậm.
Nó tan ít trong chloroform, acetone và HCl 1M (0,11g/100ml).
Trong dung dịch benzene và ether, Rhodamine B tồn tại ở dạng lacton không màu
và phát huỳnh quang màu xanh nhạt.
Trong dung mơi phân cực như alcohol, acetone hoặc nước, vịng lacton mở để
hình thành cấu trúc (R±) có màu tím đậm (λmax = 553nm; ε = 1,1.105). Đặc tính quang
phổ của dung dịch Choride (RH±Cl-), ở λmax = 556nm; ε = 1,1.105 cho RH+ (ở pH = 1 –
6

3, có màu tím phát huỳnh quang màu vàng) và tại λmax = 494nm; ε = 1,5.104 cho RH22+
(ở pH = -1 – 0, có màu cam).
Định tính các kim loại Hg(II), Cu (II), Fe(III), Cr(III) vì tạo nhóm mang màu
Me-O.
1.1.5. Các thuốc nhuộm Rhodamine khác [16]
Công thức cấu tạo chung:

X1

O

X2

C

+

C2H5

N

C2H5
X3

Cl

COOC2H5

Hình 1.2. Cơng thức cấu tạo chung của Rhodamine
Rhodamine 6G: X1 = NH(C2H5), X2 = X3 = CH3.
Là chất bột màu hồng hơi xanh sáng, tan trong nước (5,4g/100ml) cho dung dịch
màu đỏ tươi và phát huỳnh quang màu xanh.
Rhodamine 3GO: X1 = NH2, X2 = CH3, X3 = H, dạng bột màu hồng sáng.
Rhodamine 4G: X1 = NH(C2H5), X2 = X3 = H.
Rhodamine 3C: X1 = N(C2H5)2, X3 = X2 = H, ethylester của Rhodamine B là chất
bột màu đỏ tím, tan trong nước cho dung dịch màu đỏ tím và phát huỳnh quang màu đỏ
nâu.
1.1.6. Ứng dụng [15]
Rhodamine B thường được sử dụng để xác định tốc độ và hướng của dòng chảy
vận chuyển.
Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cơng nghệ sinh học như kính hiển vi
huỳnh quang, quang phổ huỳnh quang.

7


Rhodamine B còn được sử dụng để tạo màu và nhuộm màu trong cơng nghiệp
sợi, nhuộm màu trong phịng thí nghiệm, để xét nghiệm tế bào do tính bền màu .
Rhodamine B được sử dụng trong sinh học như là một thuốc nhuộm huỳnh
quang. Tận dụng đặc tính phát quang của rhodamine B, người ta dùng chúng để giúp
kiểm soát lượng thuốc bảo vệ thực vật phun lên cây ớt, cây lấy dầu. Rhodamine B có
thể thấm vào ớt nếu dính dầu trong máy ép ớt, phơi ớt trên sàn được sơn cũng có thể
gây lây nhiễm chất nhuộm trên.
Ngồi ra, không chỉ với ớt bột hay các chất gia vị nói chung, chất tạo màu
Rhodamine B có nguy cơ xuất hiện trong hầu hết các sản phẩm lương thực, thực
phẩm đi từ cây trồng có dùng phân bón hóa học.
Rhodamine B còn dùng để xác định RE (VII), In, Tl< bằng phương pháp quang,
làm laser mài có hiệu suất lượng tử cao, kính lọc màu.

1.1.7. Thành phần và tác hại của nước thải do thuốc nhuộm Rhodamine B
1.1.7.1. T à

p ầ

ướ

ả do

uố

uộm R odam e B [2]

Thành phần của nước thải nhuộm rất đa dạng và không ổn định, thay đổi ngay
trong từng nhà máy khi nhuộm các loại vải khác nhau, thậm chí ngay cả khi cùng 1 loại
vải với loại thuốc nhuộm khác nhau.
Mơi trường nhuộm có thể là acid, kiềm hoặc trung tính. Phần lớn hiệu quả hấp
thụ thuốc nhuộm của vải chỉ đạt 60 – 70%, 30-40% các phẩm nhuộm thừa còn lại ở
dạng nguyên thủy hoặc một số đã bị phân hủy ở dạng khác. Đó là nguyên nhân gây ra
độ màu rất cao của nước thải nhuộm.
Nước thải có pH thay đổi từ 2–14, độ màu rất cao đôi khi lên đến 50000 Pt-Co,
hàm lượng COD thay đổi từ 80 – 18000mg/l.Tùy theo từng loại phẩm nhuộm mà ảnh
hưởng đến tính chất nước thải, riêng trường hợp sử dụng sản phẩm phân tán, đối với
một số mẫu nhất định, nước thải sau khi nhuộm có hàm lượng cặn lơ lửng thấp, có độ
màu không đáng kể, đa số cặn lắng không tan được.
Thông thường thì các chất màu có trong thuốc nhuộm khơng bám dính hết vào
sợi vải trong q trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại
8

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. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước
thải dệt nhuộm có độ màu cao, và nồng độ chất ơ nhiễm lớn. Khi đi vào dịng thải
chúng không dễ dàng được phân hủy bởi vi sinh và các phương pháp xử lý thơng
thường.
Ngồi ra trong thành phần nước thải cịn có các chất độc khác như kim lọai nặng
(Crom VI trong nhuộm len), các axit vô cơ (dùng để xuất hiện màu thuốc nhm hồn
ngun tan indigosol), các chất khử vô cơ (natri hydrosunfic dùng trong phẩm nhuộm
hồn ngun), dung mơi hữu cơ clo hóa (như các chất thải trong nhuộm mùng hồn
tất).
1.1.7.2. Tá

ạ ủa

ơ

ễm

uố

uộm R odam e B [2]

Nước thải dệt nhuộm gây ô nhiễm cho nguồn xả chủ yếu do độ đục, độ màu,
lượng chất hữu cơ và pH cao. Độ kiềm cao làm tăng pH của nước gây ăn mịn các cơng
trình thốt nước và hệ thống xử lý nước thải. Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD,
COD của nguồn nước, gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxy hòa tan
trong nước. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho
nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng
xấu tới cảnh quan.
Thuốc nhuộm tồn dư, chưa ăn sâu vào thớ vải làm cho người mặc gây hiện tượng

mẩn ngứa, khó chịu cho da, một số loại thuốc nhuộm có khả năng gây ra dị ứng, kích
ứng da, dẫn tới các bệnh về da như viêm da dị ứng…
Đối với nhóm azo khi các hợp chất này thâm nhập vào cơ thể, chúng có thể bị
phân hủy trong hệ trao đổi chất của cơ thể và sản sinh ra chất aromatic amine. Đây là
chất có thể gây ung thư ở con người.
Mức độ độc hại với cá và các loài thủy sinh: các thử nghiệm trên cá của hơn
3000 thuốc nhuộm được sử dụng thông thường cho thấy có khoảng 37% thuốc nhuộm
gây độc vừa đến độc cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực
độc cho cá và thủy sinh.
9


1.2. Phương pháp Fenton
1.2.1. Giới thiệu về phương pháp Fenton [5]
Fenton là phương pháp sử dụng các hệ phản ứng trong đó gốc tự do OH• được tạo
ra do sự phân ly của H2O2 xúc tác bởi Fe2+ hoặc Fe3+. Quá trình Fenton đã và đang
được ứng dụng rộng rãi và ngày càng phổ biến hơn trên thế giới cũng như ở Việt Nam
để xử lý một số loại nước thải chứa các chất khó phân hủy sinh học mà việc áp dụng
các phương pháp truyền thống thường kém hiệu quả.

Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + OH–

(1.1)

1.2.2. Cơ chế tạo thành gốc hydroxyl HO và bản chất của q trình Fenton
[7]
J.H. Fenton là người đầu tiên đã mơ tả quá trình Fenton. Hệ tác nhân Fenton cổ
điển là hỗn hợp gồm các ion sắt (II) và hydropeoxit H2O2, chúng tác dụng với nhau
sinh ra gốc tự do •OH có tính oxi hóa mạnh theo phản ứng (1.2).
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + HO-

(1.2)

Sau này phản ứng Fenton tiếp tục được nhiều tác giả nghiên cứu, các nghiên cứu
này cho thấy ngoài phản ứng (1.2) là phản ứng chính thì trong q trình Fenton cịn có
xảy ra các phản ứng khác. Tổng hợp lại bao gồm:
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO + HO-

(k=63 M-1.s-1)

(1.3)

Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+

(k=3.1 × 10-3 M-1.s-1)

(1.4)

HO+ Fe2+ → Fe3+ + HO-

(k=3.0 × 108 L.mol-1.s-1)

(1.5)

HO+ H2O2 → H2O + HO2

(k= 3.3 × 107 M−1.s−1)

(1.6)

Fe2+ +HO2→ Fe3+ + HO2-

(1.7)

Fe3+ +HO2 → Fe2+ + O2 + H+

(1.8)

Theo các tác giả trên thì sắt đóng vai trị là chất xúc tác. Gốc tự do •OH sinh ra
có khả năng phản ứng với Fe2+ và H2O2 theo các phản ứng (1.5) và (1.6) nhưng quan
trọng nhất là khả năng phản ứng với nhiều chất hữu cơ (RH) tạo thành các gốc hữu cơ

10


có khả năng phản ứng cao, từ đó sẽ phát triển tiếp tục theo kiểu dây chuỗi:
HO + Fe2+ → HO- + Fe3+

(1.9)

HO+ H2O2 → H2O + HO2
HO

(1.10)

RH → R + H2O

(1.11)

Các gốc R có thể oxi hóa Fe2+, khử Fe3+ hoặc dimer hóa .

Tuy cơ chế hình thành gốc hydroxyl vẫn còn nhiều tranh cãi, nhưng đại đa số đều
nhất trí cao với cơ chế q trình Fenton xảy ra theo các phản ứng (1.3)-(1. 8) nêu trên
và thừa nhận vai trò của gốc hydroxyl tạo ra trong quá trình này.
Quá trình Fenton diễn ra thuận lợi ở nhiệt độ khoảng 5 – 20 0C, nếu nhiệt độ quá
cao H2O2 dễ bị phân hủy. pH thích hợp cho quá trình khơng q 4 vì ở pH cao Fe 3+ sẽ
kết tủa làm ảnh hưởng đến quá trình phân ly tạo thành HO [8].
1.2.3. Quá trình quang Fenton [29]
Quá trình Fenton cổ điển chỉ có hiệu quả khi thực hiện ở pH thấp. Do đó để khắc
phục nhược điểm trên đã có nhiều nghiên cứu cho thấy với sự có mặt của ánh sáng
thuộc vùng tử ngoại (UV) và lân cận tử ngoại với khả kiến (UV-VIS) thì hiệu quả của
quá trình Fenton đều được nâng cao rõ rệt và nhờ đó có thể khống hóa dễ dàng các
chất ơ nhiễm hữu cơ, thậm chí cả những chất hữu cơ khó phân hủy như các loại thuốc
trừ sâu hay các chất diệt cỏ. Quá trình này được gọi là quá trình quang Fenton, thực
chất là quá trình Fenton được nâng cao nhờ bức xạ của các photon ánh sáng.
* Bản chất quá trình quang Fenton
Phản ứng Fenton là phản ứng phân hủy H2O2 dưới tác dụng xúc tác của Fe2+ theo
phản ứng (1.3).
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + •OH + HOGốc •OH tạo ra có thể tác dụng với các chất ơ nhiễm hữu cơ trong nước để phân
hủy, khống hóa chúng, hoặc cũng có thể tác dụng lại với ion Fe2+ để tạo Fe3+ theo
phản ứng (1.5).
HO+ Fe2+ → Fe3+ + HO-

11


Mặt khác, sự phân hủy H2O2 cũng có thể xảy ra dưới tác dụng xúc tác của Fe3+
theo phản ứng (1.4)
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+
Phản ứng (1.4) dẫn đến sự tạo thành Fe2+ nên lại tiếp tục xảy ra phản ứng Fenton
(1.3). Tuy nhiên vì hằng số tốc độ phản ứng (1.4) rất thấp so với tốc độ phản ứng (1.3),

nên quá trình phân hủy H2O2 chủ yếu do phản ứng (1.3) thực hiện. Vì thế trong thực tế,
phản ứng (1.3) xảy ra với tốc độ chậm dần sau khi toàn bộ Fe2+ đã sử dụng hết và
chuyển thành Fe3+.
Tuy nhiên các nghiên cứu có liên quan được tiến hành trong khoảng 2 thập kỷ trở
lại đây đều cho thấy tốc độ phản ứng (1.3) và thậm chí cả phản ứng (1.4), nếu được
thực hiện với sự có mặt của ánh sáng thuộc vùng tử ngoại và lân cận tử ngoại với khả
kiến đều được nâng cao rõ rệt.
Bản chất của hiện tượng trên là ở pH thấp (pH < 4), ion Fe3+ phần lớn sẽ nằm
dưới dạng phức [Fe3+(OH)]2+ và chính dạng này hấp thu ánh sáng UV trong miền bước
sóng từ 250nm đến 400 nm rất mạnh (mạnh hơn hẳn so với ion Fe2+). Sự hấp thu bức
xạ của [Fe3+(OH)]2+ trong dung dịch cho phép tạo ra một số gốc hydroxyl •OH như
sau:
Fe3+ + H2O → [Fe3+(OH)-]2+ + H+

(1.12)

[Fe3+(OH)-]2+

(1.13)

hν → Fe2+ + HO

Tiếp theo sau phản ứng (1.13) sẽ là phản ứng Fenton thông thường đã đề cập ở
trên. Như vậy, dưới tác dụng bức xạ của tia UV, ion sắt được chuyển hóa từ trạng thái
Fe3+ sang Fe2+ và sau đó từ Fe2+ sang Fe3+ như q trình Fenton thơng thường nhưng
với tốc độ lớn hơn nhiều nên tạo nhiều gốc hơn. Đây chính là điểm khác biệt cơ bản
giữa q trình quang Fenton với q trình Fenton thơng thường.
Ngồi ra, so với q trình Fenton thơng thường, q trình quang Fenton xảy ra tạo
gốc HO được phát triển rất thuận lợi theo các phương trình sau:
H2O2+ hν → 2HO

(1.14)

H2O2+ Fe2+ + hν → Fe3+ + HO− + HO

(1.15)

12


Đó chính là lợi thế của q trình quang Fenton. Tốc độ của phản ứng quang
Fenton phụ thuộc vào chiều dài bước sóng ánh sáng bức xạ. Bước sóng càng ngắn thì
hiệu quả xử lý càng cao và ngược lại.
1.2.4. Quá trình Fenton sử dụng hệ Fe (C2O4)33-/H2O2/ánh sáng mặt trời [18]
Q trình Fenton Fe (C2O4)33-/H2O2/ánh sáng mặt trời có hiệu quả cao cho việc
phân hủy màu thuốc nhuộm và tận dụng được nguồn bức xạ mặt trời với giá thành xử lí
thấp, thân thiện với mơi trường. Do phức Fe (C2O4)33- hấp thụ ánh sáng mạnh ở bước
sóng λ = 550 nm, tạo gốc OH• với hiệu suất lượng tử cao. Mặt khác khi có mặt của ion
oxalat các kim loại nặng như magie, canxi sẽ tạo phức với ion oxalat, các phức sẽ lôi
kéo các chất rắn lơ lửng và các chất hữu cơ khác lắng xuống đáy làm giảm độ màu của
nước thải.
Cơ chế quá trình xảy ra như sau:
Phức Fe (C2O4)33-hấp thụ ánh sáng tạo gốc OH• theo phản ứng (1.16)
Fe(C2O4)33- + hυ
C2O42-

Fe2+ +2C2O42- + C2O42CO22- + CO2

CO22- + Fe(C2O4)33-

(1.16)
(1.17)

Fe2+ + CO2 + 3C2O4 2-

(1.18)

Tổng hợp ba phản ứng trên ta được phản ứng như sau:
Fe(C2O4)33-

hυ

2Fe2+ +5C2O42- + 2CO2

(1.19)

Fe2+ sẽ được tạo thành và phản ứng với H2O2 có trong dung dịch để tạo gốc OH•
bằng phản ứng Fenton.
Fe2+ + H2O2 + 3C2O42-

Fe(C2O4)33- +OH- + OH•

(1.20)

1.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ Fenton Fe (C2O4)33-/H2O/ánh sáng mặt
trời
1.2.5.1. Ả

ưở g ủa độ pH [11]

Trong phản ứng Fenton độ pH ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ phản ứng và hiệu quả
phân hủy các chất hữu cơ. Nhìn chung, mơi trường axit rất thuận lợi cho q trình tạo
gốc hydroxyl tự do OH• theo phản ứng (1.3), trong khi ở mơi trường pH cao, q trình
kết tủa Fe3+ xảy ra nhanh hơn quá trình khử của phản ứng (1.4), làm giảm nguồn tạo ra
13