Luận án Nghiên cứu hoạt hóa persulfate bằng sắt hóa trị không và UV nhằm tạo ra hệ oxi hóa kép để phân hủy một số thuốc nhuộm họ azo trong môi trường nước

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU HOẠT HÓA PERSULFATE BẰNG SẮT HÓA TRỊ KHÔNG VÀ UV NHẰM TẠO RA HỆ OXI HÓA KÉP ĐỂ PHÂN HỦY MỘT SỐ THUỐC NHUỘM HỌ AZO TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ngành:

Hóa lý thuyết và Hóa lý

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu ứng dụng các chất oxi hóa tiên tiến như persulfate để xử lý nước thải ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, đặc biệt là các thuốc nhuộm họ azo. Đây là vấn đề cấp thiết do thuốc nhuộm azo chiếm tỷ trọng lớn trong công nghiệp, có khả năng gây ung thư và khó phân hủy trong môi trường nước.

Mục tiêu của nghiên cứu là xây dựng hệ oxi hóa kép bằng cách hoạt hóa persulfate sử dụng sắt hóa trị không (ZVI) và tia cực tím (UV) nhằm tạo ra các gốc tự do có hoạt tính oxi hóa cao. Hệ thống này được ứng dụng để phân hủy các thuốc nhuộm họ azo điển hình như metyl da cam (MO), alizarin vàng R (AY) và modant đen- T (BT), đồng thời xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế.

Nội dung chính của luận án bao gồm khảo sát hiệu suất phân hủy của các hệ hoạt hóa persulfate, nghiên cứu động học và các yếu tố ảnh hưởng (nồng độ ZVI, persulfate, thuốc nhuộm, pH, nhiệt độ). Các phương pháp phân tích như HPLC, ICP-MS, chuẩn độ và đo COD được sử dụng, kết hợp với các mô hình toán học và lý thuyết động học Arrhenius, Eyring, cùng phần mềm HyperChem 8.0 để tính toán thông số lượng tử và đề xuất cơ chế phân hủy.

Kết quả cho thấy hệ ZVI/PS/AZOs và ZVI/PS/AZOs/UV mang lại hiệu suất phân hủy AZOs tốt nhất, với sự hình thành các gốc tự do •OH và SO₄•¯. Các điều kiện tối ưu cho quá trình phân hủy đã được xác định. Quá trình phân hủy tuân theo động học giả bậc một và các đại lượng nhiệt động đã được tính toán. Cơ chế phân hủy 5 giai đoạn đã được đề xuất dựa trên phân tích cấu trúc phân tử và tính chất gốc tự do. Hệ thống này cũng được ứng dụng thành công trong xử lý nước thải dệt nhuộm từ các làng nghề, cho thấy tiềm năng lớn trong việc xử lý chất hữu cơ ô nhiễm.

Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xây dựng phương pháp hoạt hóa persulfate bằng ZVI kết hợp UV để phân hủy thuốc nhuộm azo và đưa ra mô hình động học, tính toán các đại lượng nhiệt động cho quá trình này.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
  • 2. Mục tiêu của luận án:
  • 3. Nội dung chính của luận án:
  • 4. Phương pháp nghiên cứu:
  • 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
  • 6. Bố cục của luận án:

• CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

  • 1.1. Khái niệm cơ bản về các hệ oxi hóa dựa trên cơ sở các gốc tự do.
  • 1.2. Hiện trạng công nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm
    • 1.2.1. Khái niệm, phân loại thuốc nhuộm
    • 1.2.2. Thuốc nhuộm họ azo
    • 1.2.3. Nước thải nhiễm thuốc nhuộm
    • 1.2.4. Hiện trạng nghiên cứu trong và ngoài nước về công nghệ xử lý nước nước thải dệt nhuộm.

• CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Đối tượng nghiên cứu
  • 2.2. Thiết bị và hoá chất
    • 2.2.1. Thiết bị
    • 2.2.2. Hóa chất
  • 2.3. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.3.1. Phương pháp sắc kí lỏng hiệu năng cao HPLC
    • 2.3.2. Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS
    • 2.3.3. Phương pháp chuẩn độ
    • 2.3.4. Phương pháp xác định COD
  • 2.4. Phương pháp thực nghiệm
    • 2.4.1. Khảo sát, đánh giá hiệu quả phân hủy AZOs trong các hệ ZVI/AZOs, PS/AZOs, ZVI/PS/AZOs và ZVI/AZOs/UV, PS/AZOs/UV, ZVI/PS/AZOs/UV.
    • 2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phân hủy AZOs trong hệ ZVI/PS/AZOs và ZVI/PS/AZOs/UV.
    • 2.4.3. Khảo sát định tính gốc tự do OH và SO₄ trong hệ ZVI/PS/AZOs và ZVI/PS/AZOs/UV.
    • 2.4.4. Khảo sát định lượng các gốc tự do OH, SO₄ trong các hệ ZVI/PS/AZOs và ZVI/PS/AZOs/UV.
    • 2.4.5. Các phương trình lý thuyết ứng dụng trong nghiên cứu động học phản ứng.
      • Phương trình Arrhenius (1889)
      • Phương trình Eyring (1935)
    • 2.4.6. Cơ sở của phương pháp tính toán lượng tử.
    • 2.4.7. Mô hình xử lý nước thải làng nghề dệt nhuộm La Phù, Dương Nội và Vạn Phúc.

• CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Khảo sát, đánh giá hiệu quả các phương pháp hoạt hóa PS trong các điều kiện khác nhau.
    • 3.1.1. Hoạt hóa PS trong điều kiện không có UV.
    • 3.1.2. Hoạt hóa PS trong điều kiện có UV.
    • 3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân hủy AZOs trong hệ hoạt hóa PS bằng ZVI khi không và có UV.
      • 3.1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ sắt hóa trị không.
      • 3.1.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ persulfate.
      • 3.1.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ thuốc nhuộm AZOs.
      • 3.1.3.4. Ảnh hưởng của pH
      • 3.1.3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ.
  • 3.2. Khảo sát đặc điểm động học quá trình phân hủy các hợp chất AZOs trên cơ sở persulfate hoạt hóa.
    • 3.2.1. Nghiên cứu động học phân hủy AZOs trong điều kiện không có UV
    • 3.2.2. Nghiên cứu động học phân hủy AZOs trong điều kiện có UV
    • 3.2.3. Kết quả tính các đại lượng nhiệt động theo Arrhenius và Eyring cho hệ ZVI/PS/AZOs và ZVI/PS/AZOs/UV.
  • 3.3. Nghiên cứu xác định gốc tự do ˚OH và SO₄ trong hệ hoạt hóa persulfate bằng ZVI khi không và có UV.
    • 3.3.1. Nghiên cứu định tính gốc tự do OH và SO4 trong hệ ZVI/PS/AZOs.
    • 3.3.2. Nghiên cứu định lượng gần đúng gốc tự do ˚OH, SO₄ trong hệ hoạt hóa persulfate bằng ZVI khi không và có UV.
      • 3.3.3.1. Xây dựng mô hình toán học định lượng gần đúng gốc tự do OH và SO₄ trong hệ hoạt hóa persulfate bằng ZVI khi không và có UV.
      • 3.3.2.2. Kết quả định lượng gần đúng gốc tự do OH, SO₄ trong hệ hoạt hóa persulfate bằng ZVI khi không và có UV.
  • 3.4. Tính toán một số thông số cấu trúc và đề xuất cơ chế phân hủy MO, AY và BT trong hệ hoạt hóa persulfate.
    • 3.4.1. Một số thông số cấu trúc và khả năng ảnh hưởng của chúng tới sự phân hủy các phân tử AZOs
    • 3.4.2. Dự kiến sơ đồ cơ chế phản ứng phân hủy thuốc nhuộm AZOs trong hệ hoạt hóa PS.
  • 3.5. Thử nghiệm ứng dụng hệ hoạt hóa persulfate có mặt UV vào xử lý nước thải nhiễm thuốc nhuộm azo ở một số làng nghề dệt nhuộm

• KẾT LUẬN

  • Đề tài luận án đã giải quyết được các vấn đề sau:
  • Những đóng góp mới của luận án:
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo: