Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ phế thải gỉ sắt đóng tàu kết hợp với Chitosan và NC khả năng xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu
23 tháng 11, 2013 bởi
Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ phế thải gỉ sắt đóng tàu kết hợp với Chitosan và NC khả năng xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu
Administrator


Bài báo đưa ra kết quả tổng hợp vật liệu hấp phụ từ phế thải gỉ sắt công nghiệp đóng tàu kết hợp với Chitosan làm vật liệu xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm. Các điều kiện tối ưu cho sự hấp phụ của vật liệu đã được nghiên cứu như: pH, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu, và tải trọng hấp phụ của vật liệu. Đồng thời bài báo cũng đã chỉ ra rằng vật liệu tổng hợp có khả năng giải hấp tốt bằng dung NaCl 1,5M và có khả năng tái sinh cao do đó có thể ứng dụng vào thực tế xử lý nước thải của ngành công nghiệp dệt nhuộm.

Dưới đây là bài báo khoa học “tận dụng phế thải gỉ sắt từ công nghiệp đóng tàu kết hợp với chitosan để tổng hợp vật liệu hấp phụ và nghiên cứu khả năng xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu” của TS. Nguyễn Thị Kim Dung - Khoa Môi trường, Đại học Dân lập Hải Phòng.

Abstract:

The Optimum conditions of adsorption process: pH, time to reach equilibrium adsorption and load adsorption of material were also studied. In addition, the results showed that the material can be de-adsorbed by NaCl 1.5M solution and can be effectively reused. Therefore the application in practice for textile wastewater treatment is prospective

1. Đặt vấn đề

Dệt nhuộm là một ngành lâu đời và quan trọng ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may đang phát triển với tốc độ cao và là một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nền kinh tế quốc dân. Nhưng đi đôi với việc phát triển mạnh mẽ không ngừng của ngành dệt nhuộm, lượng nước thải sinh ra của ngành này ngày một nhiều, chúng trở thành một mối đe doạ lớn đối với môi trường con người. Hơn nữa ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam cũng thải ra lượng khá lớn phế thải gỉ sắt làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy việc “ Tận dụng phế thải gỉ sắt từ công nghiệp đóng tàu kết hợp với Chitosan nhằm tổng hợp vật liệu hấp phụ để xử lý phẩm màu hữu cơ trong nước thải dệt nhuộm.” là hướng nghiên cứu thiết thực với hy vọng vật liệu có thể đưa vào ứng dụng trong một tương lai không xa.

2. Các phương pháp nghiên cứu

2.1 Xác định cấu trúc vật liệu

Xác định cấu trúc vật liệu chitosan kết hợp với gỉ sắt phế liệu bằng ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (TEM) và chụp phổ X-RAY.

2.2. Tổng hợp vật liệu hấp phụ Chitosan kết hợp với gỉ sắt phế liệu

- Hòa tan 50g Chitosan dạng bột vào 1l dung dịch CH3COOH 4% (tạo thành dung dịch Chitosan 50g/l). Khuấy hỗn hợp bằng máy khuấy cơ học đồng thời thêm từ từ 12,5g gỉ sắt phế liệu vào hỗn hợp và khuấy trong 6h tốc độ 200vòng/phút. Nhỏ dần dung dịch NaOH 2M vào hỗn hợp, khuấy liên tục cho đến khi kết tủa hoàn toàn. Vật liệu thu được đem rửa bằng nước cất đến pH=78.

- Vật liệu thu được, được khâu mạch bằng glutaraldehyd 2,5% theo tỷ lệ 5ml/g. Để phản ứng diễn ra trong 48h. Cuối cùng rửa nhiều lần bằng nước cất loại bỏ phần dư glutaraldehyd chưa tham gia phản ứng. Sau đó để khô ở nhiệt độ thường.

- Vật liệu sau khi được phơi khô đem nghiền, rây lấy kích thước <0,5mm. Ngâm vật liệu trong dung dịch HCl 0,1M trong 24h để loại bỏ hết phần sắt trên bề mặt vật liệu. Vật liệu thu được đem lọc, rửa sạch axit, để khô trong điều kiện thường.

2.3. Phương pháp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ của vật liệu.

+ Khảo sát ảnh hưởng nồng độ chitosan đến thời gian phân tán sắt.

+ Đánh giá độ phân tán của sắt trên Chitosan

+ Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với Thymol xanh trong điều kiện tĩnh

- Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu

- Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu

- Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu

+ Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu trong điều kiện hấp phụ động

- Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ thủy động đến khả năng hấp phụ của vật liệu

- Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu nước thải đến khả năng hấp phụ của vật liệu

2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với phẩm đen

+ Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối phẩm đen

+ Khảo sát khả năng xử lý phẩm đen trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu

+ Khảo sát khả năng xử lý COD trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu

2.5. Nghiên cứu khả năng giải hấp tái sinh của vật liệu

Cân 2g vật liệu cho vào cột thí nghiệm và cho dung dịch Thymol xanh có nồng độ 5 mg/l chạy qua cột. Xác định nồng độ thymol xanh hấp phụ trên cột. Sau đó dùng dung dịch NaCl 1,5M chảy qua cột để giải hấp tách Thymol xanh.Vật liệu sau khi được giải hấp tiếp tục cho hấp phụ dung dịch Thymol xanh lần 2 để nghiên cứu khả năng tái sinh của vật liệu.

3. Kết quả và thảo luận

3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng nồng độ chitosan đến thời gian phân tán sắt

Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn độ phân tán của sắt

Khi dung dịch chitosan loãng thời gian cần thiết để phân tán sắt ngắn, tuy nhiên, hỗn hợp này không bền chỉ sau khoảng từ 5 - 7h thì hỗn hợp bị tách pha. Khi tăng nồng độ chitosan thì thời gian cần thiết để phân tán sắt cũng tăng, tuy nhiên, hỗn hợp này tương đối bền, sau 36h hỗn hợp mới bị tách pha. Nhưng khi nồng độ chitosan quá cao thì thời gian cần thiết để phân tán sắt khá dài từ 18 - 24h, độ bền của hỗn hợp 44 - 46h. Thử nghiệm với dung dịch chitosan 50g/l thì thời gian cần thiết phân tán sắt là 6h, hỗn hợp tồn tại sau 36h mới bắt đầu bị tách pha. Do đó lựa chọn dung dịch chitosan 50g/l để chế tạo vật liệu.

3.2. Kết quả đánh giá độ phân tán của sắt trên Chitosan

Hình 3.2.: Ảnh TEM của vật liệu

Hình 3.3. Kết quả chụp phổ X-Ray của vật liệu

3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu

3.3.1.Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Khi pH=6 - 7 khả năng hấp phụ của vật liệu là tốt nhất, chọn pH= 6 -7 là khoảng pH tối ưu cho sự hấp phụ của vật liệu.

3.3.2. Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu

Hình 3.5. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ của vật liệu tăng dần theo thời gian, sau thời gian hấp phụ khoảng 4h đạt cân bằng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ cao nhất 92%. Do đó chọn thời gian 4h là thời gian hấp phụ tối ưu của vật liệu.

3.3.3.Kết quả xác định tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Thymol xanh

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nồng độ phẩm màu

Như vậy nồng độ của phẩm màu càng lớn thì tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần và đến nồng độ nào đó thì tải trọng bão hòa không tăng nữa.

Kết quả xác định tải trọng hấp phụ cực đại�

qmax= 55,55 (mg/g)

3.3.4. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu trong điều kiện động

3.3.4.1.Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tốc độ thủy động đến hấp phụ của vật liệu

Hình 3.7: Ảnh hưởng của tốc độ thủy động đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Tốc độ thủy động càng nhỏ hiệu suất hấp phụ phẩm màu càng lớn và hiệu suất hấp phụ giảm dần theo thể tích mẫu chảy qua cột .

3.3.4.2 Kết quả ảnh hưởng của nồng độ phẩm màu đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Hình 3. 8: Ảnh hưởng của nồng độ phẩm màu đến khả năng hấp phụ của vật liệu

Như vậy khi nồng độ dung dịch Thymol xanh càng nhỏ thì hiệu suất hấp phụ của vật liệu càng lớn.

3.4. Khảo sát và đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu đối với phẩm màu đen

3.4.1 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối phẩm đen

Hình:3.9. Ảnh hưởng của nồng độ phẩm màu

Kết quả thực nghiệm chứng tỏ rằng khi nồng độ phẩm màu đen (Co) tăng dần thì tải trọng hấp phụ của vật liệu cũng tăng dần.

qmax= 1/0,037 = 27,03 (mg/g)

Như vậy khả năng hấp phụ phẩm đen trong mẫu nước thải là khá tốt. Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu là 27.03 mg/g

3.5. Nghiên cứu khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu

Bảng 3.1: Kết quả giải hấp vật liệu bằng NaCl 1.5M

NaCl 1.5M

(ml)

Số lần giải hấp

Thymol xanh sau giải hấp

Giải hấp

Abs

mg/l

100

1

0.173

0.697

86.06

200

2

0.068

0.209

95.82

300

3

-

-

100

Kết quả chứng tỏ vật liệu có khả năng giải hấp rất tốt, có thể giải hấp được gần như hoàn toàn phẩm màu hấp phụ trên cột.

Để đánh giá khả năng tái sinh của vật liệu, vật liệu sau 3 lần giải hấp được tiến hành hấp phụ lần 2 với Thymol xanh nồng độ 5 mg/l, điều chỉnh về các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ đã được xác định ở trên. Hiệu suất hấp phụ lần 2 đạt 97.49%,

Như vậy vật liệu có khả năng tái sinh tốt.

3.6. Kết quả nghiên cứu với mẫu thực là mẫu nước thải của một xưởng nhuộm quần áo

Kết quả vật liệu có khả năng khử màu và khử COD trong nước thải dệt nhuộm với hiệu suất khá cao. Hiệu suất hấp phụ phẩm đen trong nước thải của vật liệu khá cao > 98% và hiệu suất xử lý COD trong nước thải nhuộm của vật liệu > 90%, tuỳ theo nồng độ phẩm màu trong nước thải.

4. Kết luận

1. Nghiên cứu các điều kiện tổng hợp vật liệu hấp phụ từ phế thải gỉ sắt của ngành công nghiệp đóng tàu kết hợp với chitosan: Dung dịch Chitosan 50g/l thuận lợi cho quá trình phân tán đồng đều gỉ sắt vào chitosan. Sau khi phủ sắt và tạo liên kết ngang, vật liệu có từ tính và bền hơn trong các môi trường khác nhau, dẫn đến vật liệu có khả năng hấp phụ tốt phẩm màu.

- Khảo sát điều kiện hấp phụ tối ưu với thymol xanh của vật liệu

+ Trong điều kiện tĩnh :

- pH tối ưu cho quá trình hấp phụ của vật liệu: 6 -7; Thời gian đạt cân bằng hấp phụ: 4h

- Tải trọng hấp phụ thymol xanh cực đại: qmax = 55 mg/g; phẩm đen: 27,03mg/g.

- Vật liệu có khả năng giải hấp bằng dung dịch NaCl 1.5M với hiệu suất cao đạt 100%

- Vật liệu có khả năng tái sinh tốt, hiệu suất tái sinh lần 2 đạt 97.49%

+ Trong điều kiện động :

Tốc độ thủy động và nồng độ phẩm màu càng nhỏ càng nhỏ thì hiệu suất hấp phụ phẩm màu càng lớn.

2. Bước đầu ứng dụng vật liệu vào xử lý phẩm màu trong nước thải nhuộm

Quá trình xử lý phẩm màu trong nước nước thải bằng vật liệu hấp phụ thường chỉ là một trong những công đoạn của quá trình xử lý nước thải dệt nhuộm và thường là công đoạn cuối. Vật liệu có khả năng khử màu và COD trong nước thải nhuộm khá cao đạt hiệu suất trên 90% ở nồng độ nước thải COD đầu vào thấp.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.

+ Việc tổng hợp vật liệu đã tận dụng được một lượng lớn phế thải của các ngành chế biến thực phẩm và ngành công nghiệp sửa chữa và đóng mới tàu thuỷ. Điều này không những có lợi ích về mặt kinh tế mà còn góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường

+ Vật liệu được tổng hợp từ gỉ sắt phế liệu của ngành công nghiệp đóng tàu kết hợp với chitosan có khả năng ứng dụng vào thực tế để xử lý phẩm màu trong nước thải công nghiệp dệt nhuộm với nồng độ thấp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Văn Cát, Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải, Nhà xuất bản Thống Kê, Hà Nội, 2002.

[2] Lưu Văn Chính, 2001, Tổng hợp và nghiên cứu hoạt tính sinh học của một số dẫn xuất từ Chitin, Luận án Tiến sĩ hoá học, Viện hoá học các hợp chất thiên nhiên.

[3] Nguyễn Đắc Vinh, Nguyễn Văn Nội, Lê Thu Trang, 2007, Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải từ Công ty đệt len Mùa đông, Trường ĐHKHTN Hà Nội.

[4] Zollinger, H. 1991. Color Chemistry: Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments. 496 pp.

[5] Gregory L. Rorrer, Tzu yang Hsien, Synthesis of Porous magnetic chitosan beads for removal of cadmium ionr from waste water, Ind. Eng. Chem. Res, Vol.32,2170 2178, 1993..

Nội dung đính kèm: download

Phòng Quản lý khoa học & Đào tạo sau đại học