TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
KHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỘ MÀU
NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM BẰNG TiO2

Mã số: CS2013-31

Xác nhận của khoa/bộ môn
quản lí về chuyên môn

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)

(ký, họ tên)

ThS. Nguyễn Thị Tuyết Nam

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10/2014


Tóm tắt

TÓM TẮT
Đề tài tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa khả năng xử lý độ màu nước thải dệt
nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2 dạng bột. Trước tiên, chúng tôi tiến hành khảo
sát các thông số ảnh hưởng đến quá 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



Mục lục

MỤC LỤC
TÓM TẮT .............................................................................................................. i
ABSTRACT .......................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................iii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................ 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ DỆT NHUỘM ............................................................. 1
1.1.1. Nước thải dệt nhuộm ............................................................................. 1
1.1.2. Sơ lược về thuốc nhuộm ........................................................................ 1
1.1.3. Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuộc nhuộm ................... 4
1.1.4. Các phương pháp xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm ............................ 6
1.2. CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO AOPs ................................. 7
1.2.1. Gốc tự do hydroxyl ............................................................................... 8
1.2.2. Các quá trình tạo ra gốc hydroxyl •OH .................................................. 9
1.2.3. Phân loại các quá trình oxy hóa nâng cao ............................................ 10
1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC TiO2 ................... 11
1.3.1. Tổng quan về chất bán dẫn TiO2 ......................................................... 11
1.3.1.1. Tính chất vật lý ............................................................................ 11
1.3.1.2. Tính chất hóa học ......................................................................... 13
1.3.2. Đặc điểm TiO2 sử dụng cho quá trình quang xúc tác bán dẫn .............. 14
1.3.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình quang xúc tác trên TiO2 ........................... 15
1.3.3.1. Nguyên lý quá trình quang hóa xúc tác trên TiO2 ......................... 15
1.3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang xúc tác TiO2 ............... 19

3.1.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác .............................................. 36
3.1.4. Khả năng tái sử dụng của xúc tác TiO2 ................................................ 38
3.2. NÂNG CAO HIỆU SUẤT XỬ LÝ CỦA TiO2 ........................................ 38
3.2.1 Hiệu suất xử lý của TiO2 ...................................................................... 38
3.2.2. Nâng cao hiệu suất xử ly khi thêm oxy vào hệ .................................... 39
3.2.3. Nâng cao hiệu suất xử ly khi thêm H2O2 vào hệ .................................. 40
3.2.4. Nâng cao hiệu suất xử ly khi thêm O2 và H2O2 vào hệ ......................... 42
3.3. MỞ RỘNG KHẢO SÁT .......................................................................... 43
3.3.1. Tiến hành thí nghiệm trên nước thải tổng hợp khác ............................. 43
3.3.2. Tiến hành thí nghiệm với nước thải thực tế ......................................... 44
iv


Mục lục

3.3.3. So sánh hiệu suất xử lý hệ UV/TiO2 và UV/CeO2 ............................... 45
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 47
4.1. KẾT LUẬN .............................................................................................. 47
4.2. KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 49

v


Danh mục
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Λ

Bước sóng ánh sáng


Điện tử vùng dẫn

Eg

Năng lượng vùng cấm

H

Hằng số Planck

+

h

Lỗ trống trong vùng hóa trị

K

Hằng số hấp phụ

K

Hằng số tốc độ phản ứng

K’

Hằng số tốc độ biểu kiến của quá trình quang hóa

MB


Danh mục

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm ............ 5
Bảng 1.2: Khả năng oxi hóa của một số tác nhân oxi hóa ....................................... 8
Bảng 1.3: Cơ chế tạo gốc •OH của các quá trình oxy hóa nâng caoError! Bookmark
not defined.
Bảng 1.4: Phân loại các quá trình oxy hóa nâng caoError! Bookmark not defined.
Bảng 1.5: Một số tính chất vật lý của TiO2 dạng anatase và rutile ........................ 12
Bảng 2.1: Các dụng cụ cần dùng trong thí nghiệm................................................ 30
Bảng 2.2: Qui trình dựng đường chuẩn của methylen xanh, orange acid, congo đỏ ..
............................................................................................................. 32
Bảng 2.3: Bước sóng hấp thu tối ưu của các mẫu nước thải .................................. 32
Bảng 3.1: Hiệu suất chuyển hóa MB sau 1 giờ 30 phút không có xúc tác ............. 35
Bảng 3.2: So sánh hiệu suất xử lý của hệ xúc tác UV/TiO2 và UV/CeO2 .............. 46

ix


Danh mục

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1:

Cấu trúc Rutile ................................................................................ 12

Hình 1.2:

Cấu trúc Anatase ............................................................................ 13


Đồ thị đường chuẩn acid orange ....................................................... 34

Hình 2.6:

Đồ thị đuờng chuẩn độ màu Pt-Co .................................................... 34

Hình 3.1:

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến hiệu xuất xử lý ...
......................................................................................................... 36

Hình 3.2:

Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý theo khối lượng ở nồng độ 3x10-5M...
......................................................................................................... 37

Hình 3.3:

Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý theo khối lượng ở nồng độ 2x10-5M...
......................................................................................................... 37

Hình 3.4:

Đồ thị thể hiện khả năng tái sử dụng của xúc tác TiO2 ...................... 38

Hình 3.5:

Đồ thị biểu diễn hiệu suất xử lý theo khối lượng ở nồng độ 3x10-5M
......................................................................................................... 39

khỏe con người và cả hệ sinh thái.
Môi trường chất lượng nước được xem là nguồn sống đang bị tác đông mạnh
mẽ do sự phát triển kinh tế không bền vững, đặc biệt do các chất độc hại do nền
công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công nghiệp cao su, hóa chất, công
nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dược, luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là
ngành dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ và chiếm kim ngạch xuất khẩu lớn của
Việt Nam. Ngành dệt nhuộm đã phát triển từ rất lâu trên thế giới nhưng nó chỉ mới
hình thành và phát triển hơn 100 năm nay ở nước ta. Ngành dệt may thu hút nhiều
lao động góp phần giải quyết việc làm và phù hợp với những nước đang phát triển
không có nền công nghiệp nặng phát triển mạnh như nước ta. Hầu hết các nhà máy
xí nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đã có hệ thống xử lý nước thải tuy nhiên nước thải
sau khi xử lý thì độ màu vẫn chưa đạt QCVN 13: 2008/BTNMT loại A dưới 50 PtCo đối với nhà máy xây dựng cũ và dưới 20 Pt-Co đối với nhà máy mới. Nguyên
nhân do trong thành phần thuốc nhuộm chứa một số hợp chất hữu cơ bền khó phân
hủy sinh học POPs nên hiệu quả xử lý không triệt để.
Hiện nay, trên thế giới quá trình quang xúc tác trên TiO2 là phương pháp đang
được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi. Ngoài việc giống với các quá trình AOPs
khác, TiO2 có ưu điểm là một loại hóa chất phổ biến, không độc, bền hóa học, quá
trình quang xúc tác ít bị ảnh hưởng bởi pH và các muối vô cơ khác. Và điều đặc biệt
là quá trình quang hóa xúc tác trên TiO2 mở ra một triển vọng mới là tận dụng
nguồn bức xạ vô tận sẵn có của mặt trời do sử dụng bức xạ UV-A. Để xác định rõ
khả năng xử lý độ màu của nước thải dệt nhuộm bằng phản ứng quang hóa với chất
xúc tác TiO2, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý
độ màu nước thải dệt nhuộm bằng TiO2”.

xi


Chương 1: Tổng quan

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN



Chương 1: Tổng quan

các nối đôi liên hợp với hệ điện tử

không cố định như: >C = C <, > C = N -, -N =

N -, -NO2 …
Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: -NH2, -COOH, SO3H, -OH…đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch
chuyển năng lượng của hệ điện tử.
 Khái quát về một số loại thuốc nhuộm
Thuốc nhuộm rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi sử dụng. Có 2
cách phân biệt thuốc nhuộm cơ bản:
-

Theo cấu tạo hóa học: Thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc
nhuộm polymetyn, thuốc nhuộm inđigoit, thuốc nhuộm lưu huỳnh, thuốc
nhuộm arylmetan.

-

Theo cách thức sử dụng: thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính, thuốc
nhuộm bazơ – cation.

Để hiểu rõ hơn về thuốc nhuộm chúng tôi xin trình một vài loại thuốc nhuộm cơ
bản:
 Thuốc nhuộm azo: trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm
azo (-N=N-). Và phân tử thuốc nhuộm có một nhóm azo là monaazo, có hai
nhóm azo là diazo và có nhiều nhóm azo là tri và polyazo. Thuốc nhuộm azo

nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit. Xét
về cấu tạo hóa học có tới 79% là thuốc nhuộm azo, 10% antraquimon, 5% là
triarylmetan và 6% là các loại khác.
Chúng tôi giới thiệu về những loại thuốc nhuộm sử dụng trong bài báo cáo:
 Methylen Xanh
Công thức phân tử: C16H18N3ClS (M= 373.9g/mol)

Methylen xanh là chất được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhất là
trong sinh học và hóa học.
Tinh thể methylen xanh có màu xanh lá cây thẫm có ánh đồng đỏ hoặc bột nhỏ
màu xanh lá cây thẫm. Khó tan trong nước lạnh và rượu etylic, khi đun nóng thì tan
dễ hơn. Ở nhiệt độ phòng, nó tồn tại ở dạng rắn không mùi, màu xanh đen, khi hòa
tan vào nước hình thành dung dịch màu xanh lam, methylen xanh hấp thụ cực đại ở
bước sóng 660nm.
Methylen xanh là một phẩm nhuộm mang màu trong đó cường độ màu tỷ lệ với
nồng độ của chất này trong dung dịch. Trong nghiên cứu này, methylen xanh được
chọn như một hợp chất gây ô nhiễm nguồn nước để khảo sát khả năng quang hóa
xúc tác chính.
 Congo đỏ
Công thức phân tử: C32H22N6Na2O6S2 (M= 696,6g/mol)
3


Chương 1: Tổng quan

Congo đỏ là thuốc nhuộm diazo. Congo đỏ tan trong nước và tốt hơn trong các
dung môi hữu cơ như ethanol… Thay đổi màu sắc theo pH, ở pH dưới 3 dung dịch
congo đỏ có màu xanh và ở pH trên 5.2 dung dịch có màu đỏ. Bước sóng hấp thu
cực đại là 498nm.
 Orange cam

nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1kg hàng dệt cần 50 300lít nước tùy chủng loại
vật liệu và máy móc thiết bị. Hầu hết lượng nước này cỡ 88,4% sẽ thải ra ngoài,
11,6% lượng nước bay hơi trong quá trình gia công.
Bảng 1.1. Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm
Sản xuất vải sợi bông

Sản xuất vải sợi pha (tổng

Sản xuất vải, sợi len và pha

hợp/bông, visco)

(tổng hợp/len)

Giũ hồ

Giũ hồ

Giặt

Giặt

Giặt

Cacbon hóa (với len 100%)

Làm bóng

Làm bóng


Chương 1: Tổng quan

loại vải, từng loại màu thường khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải của từng công
đoạn tương ứng [6].
1.1.4. Các phương pháp xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm
Xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm có rất nhiều phương pháp bao gồm cả sinh
học và hóa lý. Phương pháp sinh học là nhờ các vi sinh vật và phương pháp hóa lý
là sử dụng các hóa chất và tính chất vật lý nhằm oxy hóa các chất hữu có khó phân
hủy trong nước thải. Chúng tôi xin đi sâu hơn vào phần xử lý nước thải bằng
phương pháp oxy hóa nâng cao thuộc phương pháp hóa lý.
Quá trình oxy hóa dựa vào gốc tự do hoạt động hydroxyl được tạo ra ngay trong
quá trình xử lý nhờ các chất oxy hóa như H2O2, O3, NaOCl … phản ứng.
 Clo hóa
Clo hóa để xử lý độ màu nước thải thường sử dụng muối NaOCl. Muối NaOCl
là chất thường được sử dụng để tẩy trắng, có sẵn với số lượng lớn và khá rẻ tiền.
Sodium hypochlorite là một tác nhân oxy hóa mạnh mẽ và dễ dàng phá vỡ hầu hết
các phân tử nhuộm màu để phân đoạn nhỏ hơn. Lý do chính không sử dụng sodium
hypochlorite là có thể phản ứng với hợp chất trong nước thải tạo các hợp chất clo
hữu cơ, là chất độc có khả năng gây ung thư. Các hợp chất chloroanilines,
chlorobenzamines, chlorophenols, chloronitrobenzenes, acid chloroacetic và một số
hợp chất trên danh sách các chất gây ô nhiễm ưu tiên của EPA Hoa Kỳ.Trong
những năm gần đây, nhấn mạnh vào việc loại bỏ các hợp chất clo từ các dòng nước
thải được chú ý nhiều.
 Hydrogen peroxide [23]
H2O2  2OH

(1.3)

H2O2 phản ứng tạo thành OH để khử độ màu của nước thải. H2O2 là một chất
có sẵn, rẻ tiền và dễ dàng hòa tan trong nước. Nó có khả năng xử lý thuốc nhuộm và

Cơ chế phản ứng tạo gốc OH từ hệ O3/H2O2 theo phương trình (1.6).
H2O2 + 3O3  2 OH + 3O2

(1.6)

Phản ứng (1.6) cho thấy, quá trình Peroxone có thể tiến hành trong điều kiện pH
trung tính. Hiệu quả phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ của hệ O3/H2O2 cao hơn
nhiều so với tác dụng oxy hóa của O3 đơn vì có tác nhân OH được sinh ra trong
quá trình phản ứng.
Nhằm hiểu rõ hơn về các phương pháp xử độ màu nước thải dệt đã nêu ở phần
này, chúng tôi xin giới thiệu kĩ hơn về quá trình oxy hóa nâng cao AOPs ở phần 1.2.
1.2. CÁC QUÁ TRÌNH OXY HÓA NÂNG CAO AOPs
Các quá trình oxy hóa nâng cao là những quá trình phân hủy oxy hóa dựa vào
gốc tự do hoạt động hydroxyl •OH được tạo ra ngay trong quá trình xử lý. Gốc
hydroxyl được xem là tác nhân oxy hóa mạnh nhất từ trước đến nay có khả năng
oxy hóa tất cả các hợp chất hữu cơ dù là loại khó phân hủy sinh học nhất, biến
chúng thành các hợp chất vô cơ như: CO2, H2O và các axit vô cơ.
Khả năng oxy hóa của các tác nhân oxy hóa được thể hiện qua thế oxy hóa và
được sắp theo thứ tự trong bảng 1.2. Nhìn vào bảng ta thấy gốc tự do hydroxyl •OH

7


Chương 1: Tổng quan

là tác nhân oxy hóa rất mạnh vì thế oxy hóa của gốc này cao 2,05 lần so với Clo và
1,52 lần so với thế oxy hóa của ozone [8,25].
Bảng 1.2. Khả năng oxy hóa của một số tác nhân oxy hóa[8,25]
STT


Permanganate

1,68

6

Acid hydrobromic

1,59

7

Chlor dioxide

1,57

8

Acid hypochloride

1,49

9

Acid hypoiodide

1,45

10


kiểu chuỗi với những gốc hoạt động mới. Chính vì thế, gốc hydoxyl khi được hình
thành sẽ tạo ra một chuỗi phản ứng trong dung dịch và tạo ra nhiều sản phẩm trung
gian khác nhau, khó đoán được tất cả những sản phẩm oxy hóa trung gian có thể tạo

8


Chương 1: Tổng quan

ra trong quá trình vì gốc hydroxyl phản ứng không chọn lựa. Gốc •OH có thể tác
kích với các chất ô nhiễm theo các kiểu như sau[8,11,25,31]:
Phản ứng cộng với các hợp chất không no dây thẳng hoặc vòng thơm, tạo ra gốc
hydroxylate hoạt động:
•

OH + CH2=CH2 → •CH2 – CH2(OH)

(1.2)

Phản ứng tách hydrogen từ các hợp chất no hoặc không no, tạo thành nước và
gốc mới hoạt động:
•

OH + CH3-CO-CH3 → •CH2COCH3 + H2O

(1.3)

Phản ứng trao đổi điện tử tạo ra gốc ion mới hoạt động:
•



Halogen trong phân tử chất ô nhiễm thành acid halogenic

-

Các hợp chất vô cơ tạo thành trạng thái oxi hóa cao hơn như Fe2+ thành Fe3+

Đặc điểm nổi bật của gốc •OH là phản ứng với tất cả các chất khác nhau để oxy
hóa và phân hủy chúng trong khi các tác nhân oxy hóa khác không thể xảy ra với tất
cả mọi chất và không thể xảy ra triệt để.
1.2.2. Các quá trình tạo ra gốc hydroxyl •OH
Do gốc •OH có khả năng oxy hóa rất mạnh, tốc độ phản ứng oxy hóa rất nhanh
và không chọn lựa khi phản ứng với các hợp chất khác nhau nên các quá trình oxy
hóa nâng cao trên cơ sở gốc •OH đã được nghiên cứu và áp dụng trong việc xử lý
trong nước và nước thải. Các phản ứng tạo ra gốc •OH của từng quá trình oxy hóa
nâng cao cụ thể được trình bày trong bảng 1.2.
9


Chương 1: Tổng quan

Bảng 1.3. Phản ứng tạo gốc •OH của các quá trình oxy hóa nâng cao[3,8,16,31]
Tác nhân

STT
1

phản ứng
H2O2 và Fe2+
H2O2/Fe2+

năng lượng cao (tia

electron)

electron)

H2O2
5

và

Fenton

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + •OH

lượng siêu âm
H2O

4

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH- + •OH

Tên quá trình

•
hv
(ion) Fe3+ (ion) + H2O 
OH + Fe2+

photon UV

UV
H2O2/O3và năng
7

lượng

photon

UV
TiO2
8

lượng
UV

và

hv
O3 + H2O 
2•OH + O2

(λ = 253,7nm)
hv
H2O2 + O3 + H2O 
4•OH +

O2 (λ = 253,7nm)

hv
năng TiO2 

Quá trình Fenton

Nhóm các quá trình oxy hóa

-

Quá trình Peroxon

không nhờ tác nhân ánh

-

Quá trình Catazon

sáng (Advanced Non-

-

Quá trình oxy hóa điện hóa

Photochemical Oxidation

-

Quá trình Fenton điện hóa

Protection – ANOPs)

-


-

Quá trình quang Fenton biến thể

AOPs)

-

Quá trình UV/H2O

-

Quá trình quang xúc tác bán dẫn TiO2/UV

1.3. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH QUANG XÚC TÁC TiO2
1.3.1. Tổng quan về chất bán dẫn TiO2
Chất bán dẫn là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất
bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở
nhiệt độ phòng. Gọi là “bán dẫn” có nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào
đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện. Hiện nay, chất bán dẫn điển hình
và sử dụng phổ biến nhất cho quá trình quang xúc tác là TiO2.
1.3.1.1. Tính chất vật lý
TiO2 là chất bột màu trắng tuyết, có trọng lượng riêng từ 4,13 - 4,25 g/cm3;
nóng chảy ở nhiệt độ cao gần 18000C, TiO2 không tan trong nước, không tan trong
các axit như axit sunfuric và acid chlohidric ngay cả khi nung nóng.
Trong tự nhiên, TiO2 tồn tại dưới ba dạng thù hình khác nhau là anatase, rutile
và brookite. Cấu trúc của những oxide này được tạo thành từ các bát diện lệch TiO6,
11



1850

3

Khối lượng riêng (g/cm3)

3,84

4,20

4

Độ cứng Mohs

5,5 – 6,0

6 -7

5

Chỉ số khúc xạ

2,54

2,75

6

Hằng số điện môi




Chương 1: Tổng quan

cũng có kiểu mạng Bravais tứ phương giãn dài với các bát diện TiO62 không đều
đặn và có thể chuyển thành dạng Rutile ở các điều kiện nhiệt độ thích hợp (khoảng
9150C )[2].

Hình 1.2. Cấu trúc Anatase
Brookite là mạng lưới cation hình thoi với cấu trúc phức tạp hơn, thường hiếm
gặp và có hoạt tính quang hóa rất yếu. Brookite có bề rộng khe năng lượng 3,4eV,
khối lượng riêng 4,1 g/cm3[2].

Hình 1.3. Cấu trúc Brookite
1.3.1.2. Tính chất hóa học
TiO2 bền về mặt hoá học (nhất là dạng đã nung), có tính chất lưỡng tính. TiO2
không tác dụng với nước, dung dịch axit loãng (trừ HF) và kiềm. TiO2 chỉ tác dụng
chậm với dung dịch axit nung nóng và kiềm nóng chảy. TiO2 sẽ bị phân huỷ bởi
H2SO4, HCl và kiềm đặc nóng[1
Với HF:
TiO2 + HF H2TiF6 + 2 H2O

(1.11)
13


Chương 1: Tổng quan

Với kiềm nóng chảy:
TiO2 + 2NaOH  Na2TiO3 + H2O

tác thuận lợi và dễ dàng.

-

Cách sử dụng đơn giản.

 Nhược điểm: chính là đòi hỏi phải có thiết bị tách xúc tác ra khỏi nước nên
khá phiền phức vì các hạt TiO2 có kích thước rất nhỏ khoảng 20 - 30nm. Nhưng
TiO2 có đặc điểm khi vào nước các hạt TiO2 ở kích thước nanomet dễ dàng kết tụ
thành hạt có kích thứơc lớn gấp 10 lần, cỡ 0,3 - 0,6 μm. Vì vậy, khi tách chúng ra
khỏi nước bằng phương pháp lọc, ta có thể chọn màng vi lọc cỡ 0,2μm sẽ rẻ hơn so
với sử dụng màng siêu lọc và đồng thời sẽ thu được dịch sữa TiO2 nồng độ cao để
tái sử dụng. Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng ta có thể thêm
chất điện ly (NaCl), chỉnh pH đến điện tích bằng zero hay đến điểm đẳng nhiệt của
dung dịch sẽ làm cho các hạt TiO2 kết tụ thành khối lớn gấp 100 – 1000 lần so với
kích thước ban đầu. Do đó ta có thể dùng phương pháp lắng đơn giản, rẻ tiền so với
lọc.
Trong quá trình xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa
bậc cao, các chất oxy hóa thường được sử dụng là Chlorine (Cl2), Hydroxy Peroxide
(H2O2), và Ozone (O3), với Cl2 được đánh giá là chất oxy hóa kinh tế nhất. Nhược
điểm của phương pháp oxy hóa bậc cao là chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao và
14


Chương 1: Tổng quan

tạo

một


bền, các hợp chất hữu cơ bền và khó phân hủy sinh học vẫn còn tồn trong nước thải.
Do đó độ màu nước thải khó có thể xử lý đạt tiêu chuẩn của BTNMT nên đề tài
chọn nước thải đầu vào có độ màu đạt tiêu chuẩn loại B và sau khi xử lý nước thải
đầu ra đạt tiêu chuẩn loại A của QCVN 13: 2008/BTNMT.
Trong đề tài này chúng tôi tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá
trình xử lý độ màu hệ quang xúc tác TiO2/UV và Vis trên một đối tượng nước thải
dệt nhuộm tự tổng hợp, từ đó tối ưu hóa điều kiện phản ứng bằng việc thêm O2 và
H2O2 vào hệ trước khi ứng dụng vào xử lý nhiều nguồn nước thải dệt nhuộm khác
nhau.
1.3.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình quang xúc tác trên TiO2
1.3.3.1. Nguyên lý quá trình quang hóa xúc tác trên TiO2[9,33-37]
Chất bán dẫn là các chất rắn có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách
điện. Cấu hình quỹ đạo phân tử của bán dẫn có cấu trúc vùng năng lượng và được
đặc trưng bởi hai vùng năng lượng tách rời: vùng hóa trị năng lượng thấp (VB) gồm
những obitan phân tử liên kết được xếp đủ electron và vùng dẫn năng lượng cao
(CB) gồm những obitan phân tử phản liên kết còn trống electron. Khoảng cách giữa
15