Tối ưu hóa quá trình xử lý kháng sinh ampicillin trong nước bằng kỹ thuật fenton dị thể sử dụng tro bay biến tính

Các quá trình oxi hóa tăng cường (AOPs) được tiến hành trên cơ sở khả năng oxi hóa các hợp chất hữu cơ của gốc OH, O2H, cho phép phân hủy các hợp chất hữu cơ và giảm nhu cầu oxi hóa trong nước thải. Trong các quá trình oxi hóa tăng cường, các quá trình Fenton được biết đến với ưu điểm về mặt kinh tế và khả năng xử lý nước thải một cách triệt để. Nghiên cứu của Emad Elmolla và Malay Chaudhuri cho thấy, ở điều kiện tối ưu hệ xúc tác H2O2-Fe2+ có tốc độ phân hủy nhanh ampicillin, hiệu quả loại bỏ COD tới 81,4% sau 60 phút [27]. Trong lĩnh vực xử lý nước thải hiện nay, các quá trình Fenton dị thể đang được nghiên cứu và ứng dụng ngày càng rộng rãi. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật Fenton dị thể thì các loại chất xúc tác mới cũng được tìm ra và đưa vào sử dụng, trong đó phải kể đến xúc tác tro bay. Tro bay (FA) là một loại bụi được tạo ra từ quá trình đốt than của các nhà máy nhiệt điện thải ra môi trường. Theo Bộ Công thương, cả nước ta hiện nay có 19 nhà máy nhiệt điện than đang vận hành, với tổng công suất phát 14.480 MW, mỗi năm thải khoảng 15 triệu tấn tro, xỉ. Trong đó, lượng tro bay chiếm khoảng 75%, còn lại là xỉ than. Dự kiến sau năm 2020, con số này sẽ là 43 nhà máy với tổng công suất 39.020 MW, lượng tro xỉ thải ra dự kiến hơn 30 triệu tấn/năm. Lượng tro xỉ thải ra được tích trữ tại các bãi chứa, hồ chứa từ nhiều năm nay rất lớn, đặt ra yêu cầu cấp thiết phải có giải pháp xử lý đồng bộ. Trong những năm gần đây, vấn đề tái chế tro bay đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: làm phụ gia trong ngành vật liệu xây dựng, chế tạo zeolit từ tro bay ứng dụng trong xử lý môi trường (hấp thụ kim loại nặng và chất thải rắn), tro bay biến tính được sử dụng làm chất xúc tác cho phản ứng Fenton dị thể ứng dụng trong xử lý nước thải…

NỘI DUNG:

Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3

1.1. Giới thiệu về kháng sinh ................................................................................ 3

1.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 3

1.1.2. Tác dụng của thuốc kháng sinh ................................................................. 3

1.1.3. Phân loại ................................................................................................. 4

1.1.4. Thông tin chung về Ampicillin ................................................................ 4

1.2. Nguồn phát thải và tác hại của dư lượng kháng sinh ..................................... 5

1.2.1. Các nguồn phát thải ................................................................................ 5

1.2.2. Tác hại của dư lượng kháng sinh ............................................................ 6

1.2.2.1. Ảnh hưởng của kháng sinh đến môi trường ......................................... 6

1.2.2.2. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với hệ thống xử lý nước thải .............. 7

1.2.2.3. Ảnh hưởng của kháng sinh đến nước mặt ............................................ 7

1.2.2.4. Ảnh hưởng của kháng sinh đối với trầm tích ....................................... 7

1.3. Các phương pháp xử lý nước thải chứa kháng sinh ....................................... 7

1.3.1. Các quá trình hấp phụ ............................................................................ 8

1.3.2. Các quá trình màng lọc ........................................................................... 9

1.3.3. Trao đổi ion ............................................................................................. 9

1.3.4. Các quá trình oxi hóa .............................................................................. 9

1.3.4.1. Clo hóa ................................................................................................. 9

ii

1.3.4.2. Các quá trình oxi hóa tăng cường AOPs ........................................... 10

1.3.5. Các phương pháp khác ......................................................................... 17

1.4. Kỹ thuật Fenton dị thể trong xử lý nước thải hữu cơ ................................... 18

1.4.1. Hạn chế của quá trình Fenton đồng thể ............................................... 18

1.4.2. Cơ chế phản ứng của quá trình Fenton dị thể ...................................... 18

1.4.3. Vật liệu xúc tác Fenton dị thể ............................................................... 21

1.4.3.1. Các loại quặng sắt ............................................................................. 22

1.4.3.2. Sắt hóa trị 0 ........................................................................................ 25

1.4.3.3. Các chất thải ...................................................................................... 25

1.5. Tro bay ......................................................................................................... 26

1.5.1. Khái niệm .............................................................................................. 26

1.5.2. Thành phần của tro bay ........................................................................ 26

1.5.3. Ứng dụng của tro bay ........................................................................... 27

Chương 2. THỰC NGHIỆM ............................................................................... 29

2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thử nghiệm .................................................... 29

2.1.1. Hóa chất ................................................................................................ 29

2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ................................................................................ 29

2.2. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................. 30

2.2.1. Phương pháp biến tính tro bay ............................................................. 30

2.2.2. Phương pháp xác định đặc trưng vật liệu ............................................. 30

2.2.2.1. Phổ hồng ngoại .................................................................................. 30

2.2.2.2. Xác định diện tích bề mặt riêng BET và phân bố lỗ xốp ................... 31

2.2.2.3. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) kết hợp phổ tán xạ năng lượng tia X

(EDX) .............................................................................................................. 31

iii

2.2.2.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) ............................................................ 31

2.2.3. Phân hủy Ampicillin trong nước bằng kỹ thuật Fenton dị thể .............. 31

2.2.4. Xác định hiệu suất phân hủy kháng sinh Ampicillin ............................. 32

2.2.5. Tối ưu hóa các điều kiện phân hủy kháng sinh Ampicillin bằng phần

mềm Modde ..................................................................................................... 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......................................................... 34

3.1. Xác định bước sóng hấp thụ đặc trưng của Ampicillin ............................... 34

3.2. Xây dựng đường chuẩn sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ

Ampicillin trong dung dịch ................................................................................. 34

3.3. Xác định nhiệt độ chế tạo xúc tác tối ưu ...................................................... 35

3.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến đặc trưng thành phần pha ....... 36

3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ biến tính đến độ xốp của vật liệu ................... 37

3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ chế tạo xúc tác đến hiệu suất xử lý kháng sinh

Ampicillin ........................................................................................................ 39

3.4. Đặc trưng xúc tác tro bay chế tạo trong các điều kiện tối ưu ...................... 40

3.4.1. Hình dạng ngoại quan ........................................................................... 40

3.4.2. Phổ hồng ngoại (IR) .............................................................................. 41

3.4.3. Ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM ........................................................ 42

3.4.4. Phổ tán xạ năng lượng EDX ................................................................. 42

3.4.5. Phổ nhiễu xạ tia X ................................................................................. 43

3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu suất xử lý Ampicillin ........... 45

3.5.1. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 45

3.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng H2O2 .......................................................... 46

3.5.3. Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tro bay biến tính ............................ 47

iv

3.6. Tối ưu hóa các điều kiện xử lý kháng sinh Ampicillin bằng phần mềm

Modde .................................................................................................................. 48

3.6.1. Xây dựng mô hình quy hoạch thực nghiệm ........................................... 48

3.6.2. Kết quả tối ưu hóa bằng phương pháp mặt mục tiêu ........................... 49

3.6.3. Đánh giá mức độ tin cậy của phương trình (3.2) ...................................... 53

3.7. Động học phân hủy Ampicillin .................................................................... 54

KẾT LUẬN ......................................................................................................... 57

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................................... 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LINK DOWNLOAD

NỘI DUNG: