BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
PHAN THỊ THƯƠNG HOÀI NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY
THUỐC NHUỘM INDANTHREN RED FBB
BẰNG TÁC NHÂN Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2
/VIS
Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60 44 27


Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của ñề tài
Chất thải ngành dệt nhuộm gây ảnh hưởng nghiêm trọng ñến môi
trường. Hằng năm, khoảng 15% tổng sản phẩm thuốc nhuộm

trên thế giới
ñược thải ra môi trường [12]. Thuốc nhuộm có cấu trúc bền vững nên khó
bị phân hủy bởi phương pháp sinh học [19] và phương pháp truyền thống.
Gần ñây, trên thế giới xuất hiện phương pháp mới, nổi bật ñể xử lí
nước thải dệt nhuộm là phương pháp oxi hóa nâng cao (advanced
oxidation processes-AOPs). AOPs là những phương pháp tạo ra một
lượng lớn các gốc hydroxyl có hoạt tính cao, có khả năng oxi hóa hầu hết
chất ô nhiễm hữu cơ thành CO
2
, H
2
O, ion vô cơ hoặc các hợp chất dễ
phân hủy sinh học [12]. Các công trình nghiên cứu [24], [32], [41], [42]
cho thấy, trong các phương pháp AOPs, quá trình Fenton (Fe
2+
/H
2
O
2
) và

bằng phương pháp quang-Fenton, chúng tôi chọn ñề tài “Nghiên cứu quá
trình phân h
ủy thuốc nhuộm Indanthren Red FBB bằng tác nhân
Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2
/Vis” với mong muốn góp phần vào xử lí nước thải ở
nước ta.
2
2. Mục ñích nghiên cứu
Tìm các ñiều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy Indanthren Red FBB
(IRF) bởi các hệ tác nhân Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2

O
2
/Vis; Fe
2+
/H
2
O
2
; Fe
2+
/H
2
O
2
/UV; UV/H
2
O
2
.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lí thuyết
Phân tích, tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu cơ sở khoa học của ñề tài.
Nghiên cứu tài liệu liên quan và trao ñổi với giáo viên hướng dẫn.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
COD của dung dịch ñược xác ñịnh bằng phương pháp bicromat.
Độ chuyển hoá của IRF ñược xác ñịnh bằng phương pháp quang phổ
hấp thụ phân tử UV – VIS.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Tìm ñược các ñiều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy IRF bởi các hệ
tác nhân Fe

Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị.
3
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Nước thải dệt nhuộm
1.1.1. Sơ lược về thuốc nhuộm và ñộc tính của thuốc nhuộm
1.1.2. Indanthren Red FBB (IRF)
1.1.3. Ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
1.1.4. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm
1.1.5. Nguồn phát sinh và ñặc tính nước thải công nghiệp dệt nhuộm
1.2. Các phương pháp xử lí nước thải dệt nhuộm hiện nay
1.2.1. Phương pháp xử lí cơ học
1.2.2. Phương pháp hóa lý
1.2.2.1. Phương pháp keo tụ
1.2.2.2. Phương pháp hấp phụ
1.2.2.3. Phương pháp lọc
1.2.3. Phương pháp sinh học
1.2.4. Phương pháp ñiện hóa
1.2.5. Phương pháp hóa học
1.2.5.1. Khử hóa học
1.2.5.2. Oxi hóa hóa học
1.3. Phương pháp Fenton
1.3.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình Fenton
1.3.2. Phương thức phản ứng của gốc hydroxyl HO
•
1.3.3. Cơ chế tạo thành gốc HO
•
và ñộng học các phản ứng Fenton
1.3.4. Quá trình quang Fenton (Fenton/UV) [13], [40], [45]

1.4. Ứng dụng phương pháp Fenton
1.4.1. Ứng dụng phương pháp Fenton trong xử lí nước thải dệt nhuộm
1.4.2. Ứng dụng khác của phương pháp Fenton
1.5. Tình hình nghiên cứu, áp dụng các quá trình Fenton ở Việt Nam
1.6. Kết luận tổng quan
Chương 2
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
2.1. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
2.1.1. Sơ ñồ và nguyên tắc hoạt ñộng hệ thống thí nghiệm
2.1.2. Các bước tiến hành thực nghiệm
2.1.3. Xác ñịnh hiệu suất COD bằng phương pháp bicromat
2.1.3.1. Định nghĩa
2.1.3.2. Nguyên tắc phương pháp xác ñịnh COD
2.1.3.3. Thuốc thử
2.1.3.4. Qui trình phân tích mẫu
3mL mẫu ñã oxi hóa
bằng các tác nhân
1.0mL dung dịch

dư ở bước sóng 439 nm
5
Hiệu suất xử lí COD ñược tính theo công thức sau:
H% = ((COD)
o
– (COD)
t
) ×100%/(COD)
o
COD
0
: giá trị COD của mẫu ban ñầu chưa phản ứng Fenton.
COD
t
: giá trị COD của mẫu sau khi ñã phản ứng tại các thời ñiểm t.
2.1.4. Xác ñịnh hiệu suất chuyển hoá IRF bằng phương pháp ño quang
Hiệu suất chuyển hóa IRF H
ch
(%) tính theo công thức:

D
0
: mật ñộ quang tương ứng với nồng ñộ IRF ban ñầu.
D
t
: mật ñộ quang tương ứng với nồng ñộ IRF ở thời ñiểm t.
2.2. Nội dung các nghiên cứu thực nghiệm
2.2.1. Phân hủy IRF bằng hệ tác nhân UV/H
2
O

O
2
/UV
2.2.3.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ H
2
O
2
ban ñầu ñến sự phân hủy IRF
2.2.3.2. Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ Fe
2+
ban ñầu ñến sự phân hủy IRF
2.2.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH ban ñầu ñến sự phân hủy IRF
2.2.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt ñộ ban ñầu ñến sự phân hủy IRF
2.2.4. Phân hủy IRF bằng hệ tác nhân Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2
/Vis
2.2.4.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng ñộ H
2
O
2
ban ñầu ñến sự phân hủy IRF

ban ñầu ñến sự
phân huỷ IRF bằng hệ UV/H
2
O
2

0 3 6 9 12 15 18 21 24
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
[H
2
0
2
]ppm
20
40
60

O
2
]ppm
20
40
60
80
100
120

Hình 3.2: Ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ban ñầu ñến hiệu suất COD (%)
của hệ tác nhân UV/H
2
O
2

7
Nhận xét: Kết quả hình 3.1 và hình 3.2 cho thấy

việc tăng nồng ñộ H
2
O
2

ban ñầu làm tốc ñộ phân hủy IRF tăng lên. Khi nồng ñộ H
2

12
15
18
21
24
27
30
33
36
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
pH
2
3
4
5
6

Hình 3.3: Ảnh hưởng pH ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của hệ
UV/H
2
O
2

0 3 6 9 12 15 18 21
24
0
3
6
9

O
2

0 3 6 9 12 15 18 21 24
15
20
25
30
35
40
45
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
Nhiet do (
0
C)
30
40
50
60
70

Hình 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất chuyển hoá IRF (%) của
hệ tác nhân UV/H
2
O
2

0 3 6 9 12 15 18 21 24
18

C thì hiệu suất chuyển hóa giảm nhẹ.
Vì vậy, chúng tôi chọn nhiệt ñộ phòng 30
o
C là ñiều kiện tối ưu.
3.1.4. Kết luận cho phần nghiên cứu phân hủy IRF bằng hệ tác nhân
UV/H
2
O
2

Điều kiện tối ưu khi phân hủy IRF nồng ñộ 50 ppm bằng hệ
UV/H
2
O
2
ở nhiệt ñộ phòng là H
2
O
2
80 ppm, pH = 5. Ở ñiều kiện này hiệu
suất chuyển hóa ñạt 35.1%, hiệu suất COD ñạt 29.6% sau 21 phút xử lí.
9
(a) (b)
Hình 3.7: Dung dịch mẫu IRF trước (a) và sau (b) xử lí bằng hệ UV/H
2
O
2

3.2. Kết quả sự phân hủy IRF bằng hệ phản ứng Fenton (Fe
2+

60
80
100
120

Hình 3.8: Ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ñến hiệu suất chuyển hóa IRF
(%) của hệ tác nhân Fenton
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
[H
2
0
2
]ppm
20
40
60
80

phân huỷ IRF bằng hệ tác nhân Fenton
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat chuyen hoa COD (%)
thoi gian (phut)
[Fe
2+
]ppm
5
6.5
8.5
10
13
15

Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe
2+
ñến hiệu suất chuyển hóa
IRF (%)của hệ tác nhân Fenton
0 3 6 9 12 15 18 21 24
0
10

2+
là 15 ppm.
Hàm l
ượng Fe
2+
phù hợp là 8.5 ppm, khi ñó hiệu suất COD là 61.1%.
3.2.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH ñến sự phân huỷ IRF bằng
hệ tác nhân Fenton
11
0 3 6 9 12 15 18 21 24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
pH
1
2
3
4
5

Hình 3.12: Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của hệ

bằng hệ tác nhân Fenton
0 3 6 9 12 15 18 21 24
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
nhiet do (
0
C)
30
40
50
60
70

Hình 3.14: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%)
12
0 3 6 9 12 15 18 21 24
20
25
30
35
40
45
50

2
O
2
ở nhiệt ñộ phòng là H
2
O
2
80 ppm, Fe
2+
8.5 ppm, pH = 3. Hiệu
suất chuyển hóa ñạt 79%, hiệu suất COD ñạt 61.1% sau 21 phút xử lí.
3.3. Kết quả sự phân hủy IRF bằng hệ phản ứng Fenton/UV
3.3.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ban ñầu ñến sự
phân huỷ IRF bằng hệ tác nhân Fenton/UV
0 3 6 9 12 15 18 21 24
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85

50
60
70
80
90
100
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
[H
2
O
2
]ppm
20
40
60
80
100
120

Hình 3.17: Ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ñến hiệu suất COD (%)
Nhận xét: Kết quả trên hình 3.16 và hình 3.17 cho thấy, nồng ñộ H
2
O
2


8.5
10
13
15

Hình 3.18: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe
2+
ñến hiệu suất chuyển hóa IRF
(%) của hệ tác nhân Fenton/UV
0 3 6 9 12 15 18 21 24
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
[Fe
2+
]ppm
5
6.5
8.5
10
13
15


80
90
100
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
pH
1
2
3
4
5

Hình 3.20: Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của
hệ tác nhân Fenton/UV
0 3 6 9 12 15 18 21 24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
pH
1
2

C)
30
40
50
60
70

Hình 3.22: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%)
của hệ tác nhân Fenton/UV
0 3 6 9 12 15 18 21 24
30
40
50
60
70
80
90
100
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
nhiet do (
0
C)
30
40
50
60
70

Hình 3.23: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hiệu suất COD (%) của hệ tác


Hình 3.24: Dung dịch mẫu IRF sau khi xử lí bằng hệ tác nhân Fenton/UV
3.4. Kết quả sự phân hủy IRF bằng hệ phản ứng Fenton/mặt trời
3.4.1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ban ñầu ñến sự
phân huỷ IRF bằng hệ tác nhân Fenton/mặt trời

0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
[H
2
O
2
]ppm
20
40

20
40
60
80
100
120

Hình 3.26: Ảnh hưởng của nồng ñộ H
2
O
2
ñến hiệu suất COD (%) của hệ
tác nhân Fenton/mặt trời
Nhận xét: Kết quả trên hình 3.25 và hình 3.26 chỉ ra rằng khi tăng nồng
ñộ H
2
O
2
sự phân hủy màu tăng nhanh. Hiệu suất chuyển hóa tăng từ 34%
ñến 97% tương ứng với ñộ giảm COD tăng từ 28.5% ñến 82.7% ở phút 21
khi tăng nồng ñộ H
2
O
2
từ 20–120 ppm. Vì vậy, chúng tôi chọn nồng ñộ
tối ưu của H
2
O
2
là 80 ppm. Ở ñiều kiện này, hiệu suất chuyển hóa IRF là

ñến hiệu suất chuyển hóa IRF
(%) c
ủa hệ tác nhân Fenton/mặt trời
18
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
[Fe
3+
]ppm
20
40
60
80
100
120

Hình 3.28: Ảnh hưởng của nồng ñộ Fe
3+
ñến hiệu suất COD (%) của hệ
tác nhân Fenton/mặt trời
Nhận xét: Kết quả trên hình 3.27 và hình 3.28 cho thấy ñộ chuyển hóa

C
2
O
4
]pmm
0
15
45
65
100
150

Hình 3.29:
Ảnh hưởng của nồng ñộ axit oxalic ñến hiệu suất chuyển hóa
IRF (%) của hệ tác nhân Fenton/mặt trời
19
0 3 6 9 12 15 18 21 24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
[H

50
60
70
80
90
100
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
pH
1
2
3
4
5
6

Hình 3.31: Ảnh hưởng của pH ñến hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của hệ
tác nhân Fenton/mặt trời
20
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat COD (%)

truyền thống khác.
3.4.5. Kết luận cho phần nghiên cứu phân hủy IRF bằng hệ tác nhân
IRF bằng hệ tác nhân Fenton/mặt trời
Điều kiện tối ưu khi phân hủy IRF nồng ñộ 50 ppm bằng hệ
Fenton/mặt trời là H
2
O
2
80 ppm, H
2
C
2
O
4
45 ppm, Fe
3+
8.5 ppm, pH = 5.
Hiệu suất chuyển hóa 99.8%, hiệu suất COD ñạt 84.8% sau 21 phút xử lí.

Hình 3.33: Dung dịch mẫu IRF sau khi xử lí bằng Fenton/mặt trời
21
3.5. So sánh hiệu quả phân hủy IRF bởi 4 hệ tác nhân
3.5.1. So sánh hiệu quả phân hủy IRF bởi 4 hệ ở các ñiều kiện tối ưu
Bảng 3.31: Điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy IRF bởi các tác nhân
Hệ tác nhân
Yếu tố
UV/H
2
O
2


0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
hieu suat chuyen hoa (%)
thoi gian (phut)
He UV/H
2
O
2
He Fenton
He Fenton/UV
He He Fenton/mat troi

Hình 3.3: Hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của các hệ ở ñiều kiện tối ưu
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60

thoi gian (phut)
He UV/H
2
O
2
He Fenton
He Fenton/UV
He Fenton/mat troi

Hình 3.36: Hiệu suất chuyển hóa IRF (%) của các hệ tác nhân ở cùng
ñiều kiện
0 3 6 9 12 15 18 21 24
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hieu suat COD (%)
thoi gian (phut)
He UV/H
2
O
2
He Fenton
He Fenton/UV
He Fenton/mat troi

2
O
2
.
Hiệu suất phân hủy của hệ Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2
/Vis xấp xỉ hệ Fe
2+
/UV/H
2
O
2
. 23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2
ở nhiệt ñộ
30
o
C là H
2
O
2
80 ppm, pH = 5. Hiệu suất chuyển hóa ñạt 35.1%, hiệu suất
COD ñạt 29.6 % sau 21 phút xử lí.
(2) Hệ Fenton (Fe
2+
/H
2
O
2
): Đã khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu
tố Fe
2+
, H
2
O
2
, pH, nhiệt ñộ ñến sự phân hủy IRF trong nước bằng hệ phản
ứng Fenton. Sự phân hủy ñạt hiệu suất cao trong khoảng pH từ 3 ñến 4.
Điều kiện tối ưu khi phân hủy dung dịch IRF 50 ppm bằng hệ Fenton ở
nhiệt ñộ 30
o
C là H
2

2+
6.5 ppm, pH = 3, hiệu suất chuyển hóa ñạt 100%, hiệu
suất COD ñạt 86.3% sau 21 phút xử lí.
(4) Hệ Fe
3+
/C
2
O
4
2-
/H
2
O
2
/Vis: Đã khảo sát sự ảnh hưởng của các
y
ếu tố Fe
3+
, H
2
O
2
, H
2
C
2
O
4
, pH ñến sự phân hủy IRF trong nước bằng hệ
phản ứng Fenton/mặt trời dưới chiếu xạ mặt trời. Sự phân hủy ñạt hiệu