Mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm sử dụng plasma không nhiệt

31/10/2023
Các nhà khoa học Viện Hóa học đã thành công trong nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm (textile wastewater - TW) sử dụng plasma không nhiệt kết hợp với xúc tác. Các kết quả này tạo tiền đề cho các nghiên cứu triển khai xử lý các loại nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, một hướng nghiên cứu mới đang được quan tâm.

Thuốc nhuộm đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại, được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt, in ấn, da, giấy,... Các ngành này tiêu thụ một lượng nước lớn và cũng tạo ra một lượng lớn nước thải. Nguồn nước thải này chứa hàng trăm loại hóa chất: thuốc nhuộm, chất điện ly, tinh bột, men, chất oxy hóa... Hơn nữa do thuốc nhuộm có tính kháng vi sinh vật, kháng ánh sáng và bền hóa học nên nước thải dệt nhuộm (TW) được coi là loại nước thải khó xử lý.

Rất nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm tạo ra các công nghệ thích hợp để xử lý TW. Các nghiên cứu tập trung vào phát triển các quá trình oxy hóa nâng cao (Advanced oxidation processes - AOPs). Quá trình AOPs tạo ra các tác nhân phản ứng cao, đáng chú ý là các gốc tự do hydroxyl (OH•) là tác nhân oxy hóa không chọn lọc có khả năng khoáng hóa phần lớn các hợp chất hữu cơ.

Gần đây, quá trình AOPs dựa trên plasma không nhiệt (Non-thermal plasma - NTP) để xử lý nước đã được giới khoa học quan tâm. NTP có thể tạo ra đồng thời, tại chỗ các hiệu ứng vật lý (điện trường, tia UV, sóng xung kích...) và các tác nhân oxy hóa mạnh (OH•, O•, O3, H2O2, ...) mà không cần thêm bất kỳ tác nhân hóa học nào. Sự kết hợp tương hỗ của các tác nhân này tạo ra khả năng xử lý hiệu quả các hợp chất hữu cơ trong TW. Để tiếp cận các công nghệ  mới nhằm xử lý hiệu quả TW, ThS. Quản Thị Thu Trang và nhóm nghiên cứu Viện Hóa học đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm trong nước, sử dụng Plasma không nhiệt kết hợp với xúc tác Feo/bentonite” (mã số: VAST07.01/20-21).

Các kết quả nghiên cứu đã khẳng định khả năng phân hủy hiệu quả hai loại thuốc nhuộm điển hình: thuốc nhuộm Azo (đại diện là metyl da cam - MO) và thuốc nhuộm hoạt tính (thuốc nhuộm RY-145) trên hệ thiết bị phản ứng NTP tự chế tạo trong trường hợp có xúc tác và không có xúc tác.

Vật liệu xúc tác IFMB (nZVI/(Fe-Mn) binary oxide/bentonite) đã được nhóm nghiên cứu chế tạo có các đặc trưng: diện tích bề mặt riêng 218m2/g, điểm điện tích không PZC = 6,67, dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm RY-145 đạt qmax = 344,8mg/g. IFMB thể hiện tính năng như một chất xúc tác hiệu quả cho quá trình fenton-like (quá trình fenton sử dụng xúc tác dị thể). Nhóm nghiên cứu đã sản xuất 05 kg xúc tác phục vụ nghiên cứu.

Hệ thiết bị phản ứng NTP phóng điện rào cản điện môi quy mô thí nghiệm đã được nhóm nghiên cứu thiết kế chế tạo. Việc nghiên cứu phân hủy nhuộm azo và thuốc nhuộm hoạt tính trên hệ thiết bị chế tạo đã được thực hiện ở cả ba mô hình: i) Mô hình hoạt động gián đoạn, ii) Mô hình hoạt động liên tục và iii) Mô hình hoạt động liên tục có kết hợp với xúc tác.

     
Hình ảnh hệ phản ứng Plasma kết hợp với xúc tác làm việc theo chế độ liên tục và hình ảnh buồng phản ứng Plasma

Để thăm dò khả năng xử lý nước thải thực tế, mẫu nước thải của Công ty Cổ phần dệt kim Hanosimex đã được sử dụng để chạy trên hệ thí nghiệm với cột xúc tác IFMB cao 100mm bổ sung H2O2 cỡ 5mM/l. Kết quả cho thấy hiệu suất xử lý COD tăng lên 92% (so với 69% khi chỉ chạy qua hệ plasma). Qua đánh giá sơ bộ khả năng ứng dụng hệ thống cho thấy có thể áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải dệt nhuộm.  

Nhà nghiên cứu ThS. Quản Thị Thu Trang cho biết, xử lý nước thải chứa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (trong đó có TW) là vấn đề được giới khoa học và doanh nghiệp quan tâm. NTP là một phương pháp mới để xử lý nước và nước thải. Với những ưu điểm vượt trội như có thể tạo ra nhiều loại tác nhân vật lý và hóa học có khả năng phản ứng cao tại chỗ mà không cần sử dụng bất cứ hóa chất nào và hiệu quả "hiệp đồng" của chúng tạo ra cơ hội oxy hóa triệt để các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Việc kết hợp NTP với xúc tác có thể tăng cường hiệu quả xử lý nước thải. Tuy nhiên, những rào cản kỹ thuật chính hạn chế ứng dụng kỹ thuật này trong thực tế là thiếu các lò phản ứng plasma công suất lớn có hiệu quả năng lượng cao. Do đó để có thể phát triển hướng nghiên cứu này cho các ứng dụng quy mô lớn, nhóm nghiên cứu mong muốn tiếp tục nhận được hỗ trợ cho các nghiên cứu về kỹ thuật xử lý và phát triển các lò phản ứng plasma hiệu quả cao và công suất lớn.

Nhóm nghiên cứu đã công bố 01 bài trên tạp chí quốc tế uy tín (SCIE) và 01 bài trên tạp chí trong nước. Đề tài đã được Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm KHCVNVN xếp loại xuất sắc.

 

Nguồn tin: Chu Thị Ngân - Trung tâm Thông tin - Tư liệu
Xử lý tin: Minh Tâm

 



Tags:
Tin liên quan