Tài liệu Báo cáo tốt nghiệp nghiên cứu điều chế nano than biến tính bằng h2o2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt maccadia để xử lý màu methylene orange

TR ỜN CT D UM T K OA K OA C QUẢN LÝ BÁO CÁO TỐT N ỆP Ề TÀ : N ÊN CỨU ỨN DỤN NANO T AN MACCADAM A B ẾN TÍN BẰN ỢP VỚ 2O2 KẾT SẮT ÓA TRỊ ZERO Ể XỬ LÝ MÀU METHYLENE ORANGE. Sinh viên thực hiện: Quách Vân An Lớp: D17MTKT Khoá: 2017-2021 Ngành: Khoa học môi trường Giảng viên hướng dẫn: TS. ào Minh Trung ăm 2020 TR ỜN CT D UM T K OA K OA C QUẢN LÝ BÁO CÁO TỐT N ỆP Ề TÀ : N ÊN CỨU ỨN DỤN NANO T AN MACCADAM A B ẾN TÍN BẰN ỢP VỚ 2O2 KẾT SẮT ÓA TRỊ ZERO Ể XỬ LÝ MÀU MET YLENE ORANGE. iáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Lớp: D17MTKT MSSV: 1724403010002 TS Đào Mi Tru Quách Vân An ăm Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. LỜI CAM ĐOAN Tôi xim cam đoan đây là nghiên cứu của riêng tôi. Mọi số liệu, dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu đều được trích dẫn rõ ràng, trung thực. Kết quả của nghiên cứu cũng chưa từng được công bố trong bất cứ nghiên cứu nào khác. TÁC GIẢ Quách Vân An Trang i Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Cha Mẹ đã tạo điều kiện học tập và nuôi dưỡng con trong suốt thời gian qua. Giúp con có thêm sự tự tin và là chỗ dựa vững chắc, để con có thể tiếp tục ngồi trên ghế giảng đường và tiếp thu kiến thức cho đến ngày hôm nay. Để hoàn thành cuốn thực tập này em cũng không quên gửi lời cảm ơn chân thành Ban giám hiệu Trường Đại Học Thủ Dầu Một, Thầy Cô trong Khoa Khoa Học Quản Lý đã truyền thụ những kiến thức bổ ích và tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập. Đặc biệt em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên TS. Đào Minh Trung đã hướng dẫn hết sức tận tình trong thời gian em thực hiện đề tài, để em hoàn thành bài báo cáo được tốt hơn. Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy cô trong trung tâm nghiên cứu thực nghiệm Trường Đại Học Thủ Dầu Một đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện báo cáo tại trường. Cuối cùng xin cảm ơn bạn bè, anh, chị của Tôi đã luôn sát cánh, ủng hộ, động viên, chia sẻ và giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình học tập và làm đề tài. Đồng thời, Tôi xin cảm ơn các tác giả của các tài liệu mà Tôi đã học tập, tham khảo và trích dẫn. Trong quá trình hoàn thành bài báo cáo này, tuy nhiên không thể tránh khỏi những sai sót do những hạn chế về kinh nghiệm và kiến thức. Em rất mong được sự chỉ bảo và đóng góp của quý thầy cô để bài báo cáo được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Bình Dương, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực hiện Quách Vân An Trang ii Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................... iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................ vii DANH MỤC BẢNG .............................................................................viii DANH MỤC HÌNH ................................................................................ ix TÓM TẮT ................................................................................................ x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................... 1 1.1.Tính cần thiết của đề tài ...................................................................... 1 1.2. Mục tiêu đề tài ...................................................................................... 1 1.3. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 2 1.4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 2 1.5. Cách tiếp cận ......................................................................................... 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN................................................................... 3 2.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm: ...................................................... 3 2.1.1. Đặc tính nước thải dệt nhuộm................................................... 3 2.1.2. Tổng quan về các loại thuốc nhuộm ......................................... 4 2.1.2.1. Khái niệm về thuốc nhuộm ................................................. 4 2.1.2.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng ................................... 4 2.1.3. Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm........................................................................................ 5 2.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải ................................ 5 2.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học. .......................... 5 2.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học......................... 6 2.2.3. Phương pháp keo tụ, tạo bông ............................................... 7 2.2.4. Phương pháp oxy hóa nâng cao ........................................... 12 a. Qúa trình fenton...................................................................... 12 b. Các quá trình oxy hóa nâng cao trên cơ sở ozon ................... 14 c. Qúa trình peroxon................................................................... 14 d. Qúa trình catazon ................................................................... 15 2.2.5. Phương pháp hấp phụ .......................................................... 16 Trang iii Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. 2.2.5.1. Hiện tượng hấp phụ ....................................................... 16 2.2.5.2. Giải hấp phụ .................................................................. 17 2.2.5.3. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ ................................. 18 2.2.5.4. Đặc tính của chất hấp phụ ............................................ 20 2.3. Tổng quan về Mắc-ca ........................................................................ 21 2.4. Tổng quan về than hoạt tính............................................................ 22 2.4.1. Khái niệm ................................................................................ 22 2.4.2. Đặc điểm của than hoạt tính ................................................... 22 2.4.3. Cơ chế của than hoạt tính........................................................ 22 2.4.4. Ứng dụng của than hoạt tính ................................................... 23 2.5. Tổng quan về vật liệu Nano ............................................................. 24 2.5.1. Khái niệm ................................................................................ 24 2.5.2. Tính chất chung vật liệu Nano ................................................ 24 2.5.3. Điều chế than kích thước nano ............................................... 25 2.5.3.1. Quá trình than hóa ............................................................ 26 2.5.3.2. Quá trình hoạt hóa............................................................ 26 2.6.Tổng quan về than biến tính kích thước nano .............................. 26 2.6.1. Biến tính bề mặt than hoạt tính ............................................... 26 2.6.2. Các phương pháp biến tính than nano. ................................... 27 2.6.2.1. Biến tính tính than hoạt tính bằng N2 ............................... 27 2.6.2.2. Biến tính bề mặt than bằng halogen ................................. 27 2.6.2.3. Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa .................. 28 2.6.2.4. Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm............................ 29 2.6.3. Phương pháp điều chế vật liệu kích thước nano ..................... 30 2.6.3.1. Phương pháp sol-gel ......................................................... 30 2.6.3.2. Phương pháp hóa lý và lý phủ từ pha hơi (CVD và PVD)31 2.6.3.3. Phương pháp phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma32 2.6.3.4. Phương pháp nghiền. ........................................................ 32 2.6.3.5. Phương pháp vi nhũ tương. .............................................. 33 2.6.3.6. Một số phương pháp khác ................................................ 34 Trang iv Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. 2.7.Nghiên cứu Nano than trong nước và thế giới .............................. 34 2.8.Nghiên cứu than hóa trong nước và thế giới ................................. 38 CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 43 3.1.Vật liệu nghiên cứu ............................................................................. 43 3.1.1. Đối tượng thí nghiệm .............................................................. 43 3.1.2. Vật liệu thí nghiệm.................................................................. 43 3.1.3. Thiết bị và dụng cụ ................................................................. 43 3.1.4. Hóa chất .................................................................................. 44 3.2.Nội dung nghiên cứu........................................................................... 44 3.2.1. Thí nghiệm 1: Điều chế nano than từ tính từ than Maccadamia44 3.2.2. Thí nghiệm 2: Nano than kết hợp với sắt hóa trị zero ............ 45 3.2.3. Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng xử lý màu .......................... 46 3.3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................. 47 3.3.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu .................... 47 3.3.2. Phương pháp đo đạc và phân tích mẫu ................................... 47 3.3.3. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................... 47 3.3.4. Phương pháp thực nghiệm ...................................................... 47 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................... 49 4.1.Kết quả phân tích SEM ..................................................................... 49 4.2.Kết quả phân tích ảnh FT-IR ........................................................... 52 4.3.Kết quả phân tích diện tích bề mặt vật liệu (BET) ...................... 55 4.4.Kết quả khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Orange bằng vật liệu than biến tính H2O2 kết hợp với sắt hóa trị 0 ........................ 58 4.4.1. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ. ............................. 58 4.4.2. Ảnh hưởng của liều lượng đến quá trình hấp phụ. ................. 59 4.4.3. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ. ................... 61 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT........................................... 62 5.1. Kết luận ................................................................................................ 62 5.2. Đề xuất .................................................................................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................... 63 Trang v Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. PHỤ LỤC A: SỐ LIỆU......................................................................... 73 PHỤ LỤC B: HÌNH ẢNH NGHIÊN CỨU. ........................................ 78 PHỤ LỤC C: THIẾT BỊ ....................................................................... 86 Trang vi Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Giải thích 1 MO 2 QCVN 13 MT:2015/BTNMT 3 BOD Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) 4 COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) 5 TSS Tống chất rắn lơ lửng Methylene Orange Quy Chuẫn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Nước Thải Công Nghiệp Dệt Nhuộm Trang vii Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Đặc tính nước thải dệt nhuộm ................................................. 3 Bảng 2. 1. Số nguyên tử và năng lượng bề mawtk của hạt nano hình cầu (R.Nagarajan) ......................................................................................... 24 Bảng 2. 2. Các hướng nghiên cứu và sản xuất than hoạt tính trên thế giới. ................................................................................................................. 34 Bảng 2. 3. Các hướng nghiên cứu và sản xuất nano than trên thế giới. 37 Bảng 3. 1. Những thiết bị sử dụng trong đề tài ....................................... 43 Bảng 3. 2. Những hóa chất sử dụng trong đề tài. ................................... 44 Bảng 4. 1. Ảnh đo SEM ........................................................................... 49 Bảng 4. 2. Ảnh FT-IR của vật liệu than. ................................................. 52 Trang viii Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế nano than ....................................... 44 Hình 2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kết hợp nano than và sắt háo trị zero. ......... 45 Hình 3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Orange ............................................................................................................. 46 Hình 4. Kết quả phân tích theo phương pháp tuyến tính (Isotherm * Linear) 56 Hình 5. Kết phân tích theo phương pháp Langmuir Plot ............................... 56 Hình 6. Kết quả phân tích BET của vật liệu. .................................................. 57 Hình 7. Kết quả phân tích DA của vật liệu. .................................................... 57 Hình 8. Kết quả phân tích theo phương pháp BJH vật liệu. ........................... 58 Hình 9. Ảnh hưởng của pH lên quá trình hấp phụ màu Methylene Orange. . 59 Hình 10. Ảnh hưởng của liều lượng lên quá trình hấp phụ màu MO ............. 60 Hình 11. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ màu MO. ............. 61 Trang ix Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. TÓM TẮT Ngày nay vật liệu xử lý nước ô nhiễm được ứng dụng rộng rãi trong nước và quốc tế, vì vậy ứng dụng vật liệu xử lý nước từ các phế phẩm trong quá trình sản xuất công nghiệp là hướng đi ngày càng được quan tâm trong thời gian gần đây. Vỏ hạt Mắc ca được chế tạo thành vật liệu xử lý nước thông qua việc nghiên cứu để khảo sát khả năng xử lý màu trong nước thải màu giả định được đề xuất. Kết quả khảo sát cho thấy ở điều kiện phù hợp tương ứng pH = 8, liều lượng 0.9g/L và thời gian xử lý 60 phút, vật liệu than nano than maccadamia biến tính bằng H2O2 kết hợp nZVI cho kết quả xử lý Methylene Orange tốt nhất đạt 87.92 mg/g dung lượng hấp phụ tương và hiệu suất xử lý là 87.59% ứng độ màu ban đầu 474.67 Pt-Co. Kết quả khảo sát cho thấy được tìm năng xử lý nước của vật liệu, có thể ứng dụng vào công nghệ xử lý nước và nước thải. ABSTRACT Nowadays, materials for treating polluted water are widely used domestically and internationally, so the application of water treatment materials from by-products in the industrial production process is an increasingly interesting direction in the period. recent time. Macadamia seed pods are made into water treatment materials through research to investigate the ability of color treatment in the proposed hypothetical colored wastewater. Survey results show that under the appropriate conditions, corresponding to pH=8, dose 0.9g / L and treatment time of 60 minutes, maccadamia coal nanomaterial modified by H2O2 combined with nZVI gives the results of Methylene treatment. The best Orange has 87.92 mg / g of the corresponding adsorption capacity and the treatment efficiency is 87.59% for the initial colorimetry of 474.67 Pt-Co. Survey results show that the material's water treatment capacity can be found, which can be applied to water and wastewater treatment technologies. Trang x Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1.Tính cần thiết của đề tài Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nước thải phát sinh nhiều từ các hoạt động sản xuất, sinh hoạt, đặc biệt tình trạng ô nhiễm màu phát sinh chính từ các hoạt động làng nghề dệt nhuộm. Vì chủ quan với quy mô nhỏ, công nghệ thủ công nên thường không có hệ thống xử lý nước thải hoặc xử lý chưa triệt để làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Do đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm, nên nước thải dệt nhuộm thường có màu cao, chứa các tạp chất tách ra từ xơ sợi (dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dính vào sợi), các hóa chất dùng trong công nghệ dệt nhuộm (hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, alginat. Khoảng 10 – 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải. Nếu những chất này được xả trực tiếp vào nước sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng tới hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư trong nước thải sẽ gây màu cho nguồn tiếp nhận, độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật. Khi pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Do những ảnh hưởng trên, nhiều phương pháp đã được áp dụng để xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm như xử lý bằng Chitosan [1], xử lý bằng công nghệ màng nano [2], xử lý bằng vật liệu nano kết hợp với biogum [3],… Ngoài những phương pháp trên, phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm bằng than hoạt tính có kích thước Nano đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường. Đề tài “Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange” được đề xuất. 1.2. Mục tiêu đề tài - Điều chế Nano than biến tính từ than Maccadamia kết hợp với sắt hóa trị zero bằng tác nhân hóa học H2O2. - Khảo sát khả năng xử lý màu trong một số nước thải dệt nhuộm của vật liệu Nano than biến tính điều chế từ than Maccadamia bằng tác nhân hóa học H2O2. Trang 1 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. 1.3. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng: Nước thải giả định. - Vật liệu: Nano than biến tính kết hợp với sắt hóa trị zero điều chế từ than Maccadamia bằng tác nhân hóa học H2O2. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trung tâm nghiên cứu- thực nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một. Trường Đại học Việt Đức Trường Đại học Quốc tế - Đại học Quốc gia TP.HCM 1.5. Cách tiếp cận - Dựa vào nguồn tài liệu sách báo chuyên ngành môi trường để định hướng nghiên cứu. - Dựa vào thiết bị hiện có của nhà trường tại phòng thí nghiệm khoa Khoa học Tự nhiên để lựa chọn các phương pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng hợp lý, xây dựng đề cương phù hợp với nội dung và mục tiêu của đề tài. Trang 2 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về ngành dệt nhuộm: 2.1.1. Đặc tính nước thải dệt nhuộm Việt Nam đang trong giai đoạn đổi mới, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ. Cũng như các ngành công nghiệp khác, ngành dệt nhuộm ở Việt Nam đang phát triển không ngừng, nhu cầu về các sản phẩm may mặc hiện nay là rất lớn với chủng loại sản phẩm ngày càng đa dạng. Tuy nhiên, do đặc thù của một ngành sản xuất phức tạp, sử dụng nhiều hóa chất nên nước thải dệt nhuộm chứa một phần lớn chất độc hại và các chất hữu cơ, mà hiện nay hầu hết các nhà máy chưa xử lý hoặc xử lý chưa triệt đã thải ra môi trường làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái, sức khỏe của con người và đời sống của sinh vật[17]. Nước thải là mối quan tâm hàng đầu trong ngành nhuộm, do quá trình nhuộm sử dụng một lượng lớn hóa chất, chỉ có một phần màu được lưu lại trên vải, phần màu dư còn lại theo nước thải, trên 80% các hóa chất cùng thải vào môi trường[18]. Các hóa chất sử dụng trong quy trình công nghệ như hồ tinh bột, H 2SO4, CH3COOH, NaOH, H2O2, Na2CO3, Na2SO3,…các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngâm, chất cầm màu, chất tẩy giặt. Lượng hóa chất sử dụng đối với từng loại vải, từng loại màu khác nhau và chủ yếu đi vào nước thải của từng công đoạn tương ứng. Chất ô nhiễm đặc trưng cần xử lý: BOD, COD, màu, dầu mỡ, kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…), cặn lơ lửng. Mặt khác, khi màu nước đen thẩm, vẩn đục chính các màu thừa có khả năng hấp phụ ánh sáng đã ngăn cản quá trình quang hợp của thực vật đưa đến hệ sinh thái dần dần bị suy hoá, tiêu diệt và sinh thái của nguồn nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Với việc bộ tiêu chuẩn dệt nhuộm mới ra đời (QCVN 13-MT: 2015) việc xử lý nước thải đạt chuẩn (độ màu<20 Pt-Co) lại càng không đơn giản. Bảng 1. 1. Đặc tính nước thải dệt nhuộm Thông số Nhiệt độ Đơn vị O C Giá trị tiêu biểu QCVN cột A QCVN 13-MT:2015/BTNMT) 60-80 40 Trang 3 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. pH - 8-13 6.0-9.0 BOD mg/L 30 – 5000 30 COD mg/L 200 – 11000 75 Màu Pt-Co 400 – 5000 50 TSS mg/L 0 – 200 50 ( Nguồn: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp dệt nhuộm) Do tính chât phức tạp và khó xử lý của nước thải dệt nhuộm nên việc chọn phương pháp xử lý thích hợp cần phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, quy chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ. Thông thường công nghệ xử lý thường kết hợp nhiều phương pháp như cơ học, sinh học, lý hóa. 2.1.2. Tổng quan về các loại thuốc nhuộm 2.1.2.1. Khái niệm về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là tên chỉ chung của những hợp chất hữu cơ có màu (gốc thiên nhiên và tổng hợp) rất đa dạng về màu sắc và chủng loại, chúng có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn màu trực tiếp cho các vật liệu khác. 2.1.2.2. Các loại thuốc nhuộm thường dùng Thuốc nhuộm hoạt tính: Là loại thuốc nhuộm anion, có phần mang màu thường là từ thuốc azo, antraquinon, axit chứa kim loại hoặc ftaloxianin nhưng chứa một vài nguyên tử hoạt tính có độ hòa tan trong nước cao và khả năng chịu ẩm tốt. Thuốc nhuộm trực tiếp: Thuốc nhuộm trực tiếp hay còn gọi là thuốc nhuộm tự bắt màu là những hợp chất màu hoà tan trong nước, có khả năng bắt màu vào một số vật liệu như các sợi xenlulo, giấy, tơ tằm và sợi polyamit một các trực tiếp nhờ các lực hấp phụ trong môi trường trung tính hoặc kiềm. Thuốc nhuộm phân tán: có cấu tạo phân tử tư gốc azo và antraquinon và nhóm amin (NH2, NHR, NR2, NR-OH), dùng chủ yếu để nhuộm các loại sợi tổng hợp (sợi axetat, sợi polieste…) không ưa nước. Thuốc nhuộm lưu huỳnh: chứa mạch dị hình như tiazol, tiazin, zin… trong đó có cầu nối –S-S- dùng để nhuộm các loại sợi cotton và viscose. Trang 4 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. Thuốc nhuộm axit: Là các muối sunfonat của các hợp chất hữu cơ khác nhau có công thức là R-SO3Na khi tan trong nước phân ly thành nhóm R-SO3 mang màu. Các thuốc nhuộm này thuộc nhóm mono, diazo và các dẫn xuất của antraquinon, triaryl metan… Thuốc in, nhuộm pigmen: Có chứa nhóm azo, hoàn nguyên đa vòng, ftaoxianin, dẫn suất của antraquinon…  Thuốc nhuộm hoạt tính là loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60 – 70% thị phần [3]. 2.1.3. Ảnh hưởng của các chất gây ô nhiễm trong nước thải ngành dệt nhuộm[6]. Độ kiềm cao làm tăng pH của nước. Nếu pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy tinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Kim loại nặng: có một hàm lượng nhất định như đồng, kẽm, niken,.... trong nước thải do sử dụng các loại thuốc nhuộm hoạt tính và một số hóa chất trợ. Cho dù một số lượng nhỏ nói trên có mặt trong nước thải dệt nhuộm nhưng nếu không xử lý sẽ gây độc cho sinh vật thủy sinh. Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng rắn. Lượng thải lớn gây tác hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi của tế bào. 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 nguồn nước. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan. Hàm lượng ô nhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước ảnh hưởng tới sự sống của các loài thủy sinh. 2.2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 2.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học[51]. Do đặc thù của công nghệ, nước thải dệt nhuộm chứa tổng hàm lượng chất rắn TS, chất rắn lơ lửng, độ màu, BOD, COD và một số ion kim loại nặng cao nên chọn phương pháp xử lý thích hợp phải dựa vào nhiều yếu tố như lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêu chuẩn thải, xử lý tập trung hay cục bộ. Về nguyên lý xử lý, nước thải dệt nhuộm có thể áp dụng các phương pháp sau: Trang 5 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. - Phương pháp cơ học. - Phương pháp hóa học. - Phương pháp hóa – lý. - Phương pháp sinh học. Thường được áp dụng ở giai đoạn đầu của quy trình xử lý, quá trình được xem như bước đệm để loại bỏ các tạp chất vô cơ và hữu cơ không tan hiện diện trong nước nhằm đảm bảo tính an toàn cho các thiết bị và các quá trình xử lý tiếp theo. Tùy vào kích thước, tính chất hóa lý, hàm lượng cặn lơ lửng, lưu lượng nước thải và mức độ làm sạch mà ta sử dụng một trong các quá trình sau: lọc qua song chắn rác hoặc lưới chắn rác, lắng dưới tác dụng của lực ly tâm, trọng trường, lọc và tuyển nổi. Xử lý cơ học nhằm mục đích - Tách các chất không hòa tan, những vật chất có kích thước lớn như nhánh cây, gỗ, nhựa, lá cây, giẻ rách, dầu mỡ... ra khỏi nước thải. - Loại bỏ cặn nặng như sỏi, thủy tinh, cát... - Điều hòa lưu lường và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải. - Nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bước xử lý tiếp theo. 2.2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học[51]. Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải của các vi sinh vật. Các vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình phát triển, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản. Phương pháp này được sử dụng để xử lý hoàn toàn các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước thải. Công trình xử lý sinh học thường được đặt sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ qua các công trình xử lý cơ học, hóa học, hóa lý. Quá trình sinh học gồm các bước: - Chuyển các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và các vỏ tế bào vi sinh. - Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô cơ trong nước thải. - Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng. Chất nhiễm bẩn trong nước thải dệt nhuộm phần lớn là những chất có khả năng phân hủy sinh học. Thường nước thải dệt nhuộm thiếu nguồn N và P dinh dưỡng. Khi xử lý hiếu khí cần cân bằng dinh dưỡng theo tỷ lệ BOD:N:P = Trang 6 Nghiên cứu điều chế Nano than biến tính bằng H2O2 kết hợp với sắt hóa trị zero từ vỏ hạt Maccadia để xử lý màu Methylene Orange. 100:5:1 hoặc trộn nước thải dệt nhuộm với nước thải sinh hoạt để các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp cân đối hơn. Các công trình sinh học như: lọc sinh học, bùn hoạt tính, hồ sinh học hay kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc... 2.2.3. Phương pháp keo tụ, tạo bông Keo tụ là hiện tượng các hạt lơ lửng kết dính lại với nhau thành tập hợp lớn hơn hay bị lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực. Khi hai hạt keo tiến lại gần nhau, có hai lực đối lập nhau đồng thời xuất hiện: lực hút phân tử và lực đẩy tĩnh điện. Lực hút phân tử tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai hạt keo. Lực đẩy tĩnh điện chỉ xuất hiện ở khoảng cách gần khi lớp khuếch tán của các hạt keo bắt đầu phủ lên nhau, phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai hạt keo. Hiệu số giữa năng lượng đẩy và năng lượng hút được gọi là thế năng tương tác của hệ. Ngoài ra, trong chuyển động Brown, các hạt keo mang năng lượng xác định và va chạm vào nhau ứng với một xác suất nào đó. Như vậy, muốn hiện tượng keo tụ xảy ra phải làm giảm thế năng tương tác của hệ và tăng xác suất va chạm hiệu quả của các hạt keo[55]. Trong nguồn nước, một phần các hạt thường tồn tại ở dạng các hạt keo mịn phân tán, kích thước các hạt thường dao động từ 0,1 – 10 micromet. Các hạt này không nổi cũng không lắng, và do đó tương đối khó tách loại. Vì kích thước hạt nhỏ, tỷ số diện tích bề mặt và thể tích của chúng rất lớn nên hiện tượng hóa học bề mặt trở nên rất quan trọng. Theo nguyên tắc, các hạt nhỏ trong nước có khuynh hướng keo tụ do lực hút Vander Waals giữa các hạt. Lực này có thể dẫn đến sự kết dính giữa các hạt ngay khi khoảng cách giữa chúng đủ nhỏ nhờ va chạm. Sự va chạm xảy ra nhờ chuyển động Brown và do tác động của sự xáo trộn. Tuy nhiên trong trường hợp phân tán cao, các hạt duy trì trạng thái phân tán nhờ lực đẩy tĩnh điện vì bề mặt các hạt mang tích điện, có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương nhờ sự hấp thụ có chọn lọc các ion trong dung dịch hoặc sự ion hóa các nhóm hoạt hóa. Trạng thái lơ lửng của các hạt keo được bền hóa nhờ lực đẩy tĩnh điện. Do đó, để phá tính bền của hạt keo cần trung hòa điện tích bề mặt của chúng, quá trình này được gọi là quá trình keo tụ. Các hạt keo đã bị trung hòa điện tích có thể liên kết với các hạt keo khác tạo thành bông cặn có kích thước lớn hơn, nặng hơn và lắng xuống, quá trình này được gọi là quá trình tạo bông. Cơ chế của quá trình tạo bông[55]. Quá trình nén các điện tích kép: Quá trình nồng độ cao của các ion trái dấu cho vào đề giảm thế điện động zeta. Sự tạo bông nhờ trung hòa điện tích, Trang 7