Động học quá trình khử màu Reactive Blue 21 bằng axít Peracetic

Bài viết này cho thấy rằng sự mất màu được thực hiện qua hai cơ chế là phản ứng không xúc tác và phản ứng tự xúc tác. Trên cơ sở các dự liệu thực nghiệm, mô hình động học bậc hai đã được đề xuất cho hai phản ứng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động học quá trình khử màu Reactive Blue 21 bằng axít PeraceticTạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, Số 3 (2017) 29-32Động học quá trình khử màu Reactive Blue 21bằng axít PeraceticLê Văn Chiều*Ban quản lý các dự án, ĐHQGHN, 144 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà NộiNhận ngày 10 tháng 7 năm 2017Chỉnh sửa ngày 19 tháng 8 năm 2017; Chấp nhận đăng ngày 22 tháng 9 năm 2017Tóm tắt: Tốc độ khử màu của Reactive Blue 21 bởi axít peracetic trong dung dịch được khảo sát ởpH = 6,0. Các thí nghiệm được thực hiện với nồng độ axít peracetic trong khoảng 1 ÷ 3 mM. Diễnbiến phản ứng được theo dõi thông qua đo biến thiên độ hấp thụ quang ở bước sóng hấp thụ cựcđại của Reactive Blue 21 tại 660 nm. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự mất màu được thựchiện qua hai cơ chế là phản ứng không xúc tác và phản ứng tự xúc tác. Trên cơ sở các dự liệu thựcnghiệm, mô hình động học bậc hai đã được đề xuất cho hai phản ứng.Từ khóa: Reactive Blue 21, Axít peracetic, động học, xúc tác, xử lý màu.1. Tổng quanhóa màu hiệu quả và thân thiện môi trường, đềtài này đánh giá khả năng khử màu ReactiveBlue 21 (RB21) bằng axít peracetic (PAA).Xử lý màu nước thải nói chung và màu dệtnhuộm nói riêng là hướng nghiên cứu đượcquan tâm trên thế giới. Nhiều phương pháp đãđược nghiên cứu như hấp phụ, keo tụ - tạobông, keo tụ điện hóa, trao đổi ion, lọc thẩmthấu ngược, xử lý sinh học, ôxi hóa hóa học, ôxihóa tiên tiến[1, 2]. Nước thải dệt nhuộm cóthành phần ô nhiễm tương đối đa dạng bao gồmcặn lơ lửng, kim loại nặng, chất màu bền, cácchất hữu cơ, pH cao [3]. Do đó, hệ xử lý nướcthải dệt nhuộm thường là tổ hợp của cácphương pháp tiền xử lý, xử lý chính, và sau xửlý. Đến nay, xử lý sinh học vẫn đang được ápdụng phổ biến để xử lý nước thải dệt nhuộm.Tuy nhiên, phương pháp này chưa xử lý đượctriệt để độ màu nên cần thêm giải pháp ôxi hóađể phá màu bền vững. Nhằm tìm kiếm chất ôxi2. Phương pháp nghiên cứuPhản ứng giữa RB21 và PAA được thựchiện trong dung dịch với thể tích 1 L có khuấytừ ở pH = 6,0 và nhiệt độ 25 ± 2 oC. Nồng độPAA được khảo sát trong khoảng 1 đến 3 mM.Nồng độ màu ban đầu khoảng 25 mg/L. Tốc độmất màu được theo dõi thông qua đo biến thiênhấp thụ quang của RB21 ở bước sóng 660 nm.Trong nghiên cứu, màu RB21 sử dụng cónguồn gốc từ Trung Quốc có độ tinh khiết 95%. PAA được điều chế trực tiếp trong phòng thínghiệm từ phản ứng giữa CH3COOH đặc vớiH2O2 (30 %) theo tỉ lệ thể tích 1,5: 1 theo phảnứng sau:CH3COOH + H2O2 = CH3COOOH + H2O_______ĐT.: 84-904119229.Email: lechieu@vnu.edu.vnhttps://doi.org/10.25073/2588-1094/vnuees.41062930L.V. Chiều / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, Số 3 (2017) 29-321,0 mM301,5 mM2,0 mM2,5 mM25Nồng độ màu, mg/L3,0 mM20151050R-SO2NHC6H4SO2CH2CH2OSO3NaHình 1. Công thức cấu tạo của RB21 [4].PAA hình thành có nồng độ 2,1 M được xácđịnh bằng phương pháp chuẩn độ iốt ngược ởnhiệt độ < -10 oC.Trong nghiên cứu, màu RB21 sử dụng cónguồn gốc từ Trung Quốc có độ tinh khiết 95%. PAA được điều chế trực tiếp trong phòng thínghiệm từ phản ứng giữa CH3COOH đặc vớiH2O2 (30 %) theo tỉ lệ thể tích 1,5: 1 theo phảnứng sau:CH3COOH + H2O2 = CH3COOOH + H2OPAA hình thành có nồng độ 2,1 M được xácđịnh bằng phương pháp chuẩn độ iốt ngược ởnhiệt độ < -10 oC.3. Kết quả và thảo luận3.1. Tốc độ khử màu theo thời gianDung dịch PAA điều chế có chứa H2O2, nêntrước khi đánh giá hiệu quả khử màu của PAA,một thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của H2O2được thực hiện. Sau 120 phút phản ứng, cườngđộ màu gần như không đổi do đó có thể kếtluận sự có mặt của H2O2 trong dung dịch PAAkhông đóng góp vào quá trình khử màu.Tốc độ khử màu RB21 được khảo sát với 5nồng độ PAA khác nhau trong khoảng 1 đến 3mM. Kết quả biến thiên nồng màu theo thờigian được trình bày trên hình 2.50100150Thời gian, phútHình 2. Tốc độ khử màu RB21 với các nồng độPAA khác nhau ở pH = 6.Hình 2 thể hiện rõ tốc độ khử màu tăng khinồng độ PAA tăng. Điều này hoàn toàn phù hợpvới quy luật động học phản ứng. Tuy nhiên, vớimột phản ứng thông thường (không có yếu tố tựxúc tác), tốc độ phản ứng (thể hiện bằng độ dốctrên đường cong động học) sẽ giảm dần theothời gian. Hình 2 lại cho thấy tốc độ phản ứngtăng ở khoảng thời gian 40 đến 100 phút (thờigian cụ thể phụ thuộc vào nồng độ đầu củaPAA). Vì vậy, phản ứng giữa RB21 và PAA cóhiện tượng tự xúc tác hay sản phẩm là xúc táccho phản ứng. Công thức cấu tạo của RB21 có1 nguyên tử Cu2+, ion này có khả năng đã đượcgiải phóng sau phản ứng để đóng vai trò tácnhân xúc tác.3.2. Mô hình động học quá trình mất màuVới biện luận ở trên, quá trình khử màuđược giả thiết xảy ra theo hai hướng phản ứngkhử màu không xúc tác và tự xúc tác có quyluật động học bậc hai. Trong đó, phản ứng tựxúc tác phụ thuộc bậc một vào nồng độ chấtmàu và bậc một vào nồng độ sản phẩm (Cu2+).Phương trình tốc độ mất màu tổng được biểudiễn như sau:d M (1)r k PAAM   k M  Cu 2 dtTrong đó: [M] là nồng độ chất màuCác hằng số tốc độ phản ứng bậc hai k và ktối ưu từ số liệu động học sử dụng lệnh solvertrong excel với cách tính toán như sau:L.V. Chiều / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 33, Số 3 (2017) 29-32M  k PAAM   k M  Cu 2thay:(2)1,5 mM2,0 mM2,5 mM253,0 mM201510 M   (k PAAM   k M  Cu 2  )t (3)b) Trong mỗi bước mô phỏng, nồng độPAA được coi là không đổi. Biến thiên nồng độmàu trong bước thứ i được tính toán theo nồngđộ bước thứ (i -1) như sau:1,0 mM30Nồng độ màu, mg/La) Chia thời gian phản ứng thành các bướcmô phỏng nhỏ nối tiếp nhau có khoảng thờigian Δt = 1 phút. Với mỗi bước, phương trình viphân (1) trở thành:31 M   (k PAAM   k M  Cu 2  )t (4)c) Cho hai giá trị k và k’ bất kỳ, tính toán lýthuyết biến thiên nồng độ màu theo thời giantheo phương trình ( ...