Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2

TAÏP CHÍ KHOA HOÏC ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 3(28) - Thaùng 5/2015 
39 
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỘ MÀU NƯỚC THẢI 
DỆT NHUỘM BẰNG HỆ QUANG XÚC TÁC TiO2 
 PHẠM NGUYỄN KIM TUYẾN(*) 
TÓM TẮT 
Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2 
dạng bột trong quy mô phòng thí nghiệm đã được thực hiện. Trước tiên, chúng tôi tiến 
hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình xử lý độ màu bằng hệ quang xúc tác 
dạng bột, từ đó đưa ra điều kiện tối ưu hóa nhằm ứng dụng vào xử lý nước thải dệt nhuộm 
thực tế bằng việc thêm các tác nhân bổ trợ như O2 và H2O2. Kết quả thu được cho thấy 
việc thêm O2, H2O2 có thể tăng hiệu suất xử lý nước thải và hệ xúc tác TiO2 cho thấy có độ 
bền rất cao, hoạt tính xử lý methylen xanh gần như không giảm sau 4 lần sử dụng liên tiếp. 
Khi kết hợp hệ xúc tác TiO2 với O2/H2O2 để xử lý một số nguồn nước thải thật với đầu vào 
có độ màu tương ứng với đầu ra của chuẩn cột B thì kết quả cho thấy trong thời gian 90 
phút, độ màu của nước thải sau khi qua hệ xúc tác đều đạt tiêu chuẩn loại A của QCVN 
13: 2008/BTNMT, dưới 50 Pt-Co. Kết quả này cho thấy khả năng ứng dụng hệ TiO2 kết 
hợp O2/H2O2 vào thực tế là rất cao. 
Từ khóa: TiO2, xử lý độ màu, nước thải dệt nhuộm, methylene xanh, xúc tác quang hóa 
ABSTRACT 
Research is carried out in lab-scale for optimizing the decolorization of textile 
wastewater under powdered TiO2 photocatalytic system. Study was conducted to evaluate 
the parameters that can effect on the textile wastewater decolorization process over TiO2 
powdered photocatalyst. The optimum condition is obtained and the addition of O2, H2O2 
can improve the treatment efficiency. TiO2 system also showed very high stable and recycle 
ability, the methylene blue treatment output remains unchanged after 4 consecutive uses. 
When the combination of TiO2 system and O2/H2O2 was applied to real wastewater sources 
that have input color corresponding to standard output of column B, the results showed 
that after a period of 90 minutes running through the catalytic system, all the wastewater 
sources had color indexes of 50 in Pt/Co scale (standard type A). It proved a very 
promising opportunity for full-scale application of the TiO2 system with O2/H2O2 catalysts. 
Keyword: TiO2, decolorization, textile wastewater, methylene blue, photocatalytic 
1. PHẦN MỞ ĐẦU (*) 
Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp 
nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn 
hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, 
nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của 
các chuyên gia, trung bình, một nhà máy 
dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng 
(*)TS, Trường Đại học Sài Gòn 
kể, trong đó, lượng nước được sử dụng 
trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, 
chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn 
tất sản phẩm [1]. Xét hai yếu tố là lượng 
nước thải và thành phần các chất ô nhiễm 
trong nước thải, ngành dệt nhuộm được 
đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các 
ngành công nghiệp [2-4]. Trong số các chất 
40 
ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, 
thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, 
đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan – 
loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến 
nhất hiện nay, chiếm 60-70% thị phần [1]. 
Thông thường, các chất màu có trong thuốc 
nhuộm không bám dính hết vào sợi vải 
trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng 
còn lại một lượng dư nhất định tồn tại 
trong nước thải. Lượng thuốc nhuộm dư 
sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50% 
tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban 
đầu [1,3,5]. Xử lý độ màu nước thải dệt 
nhuộm có rất nhiều phương pháp bao gồm 
cả sinh học và hóa lý, trong đó các phương 
pháp hóa lý thường được áp dụng là các 
quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs – 
Advanced Oxidation Processes) 
[4-10]
. 
AOPs được xem là những công nghệ nổi 
bật trong xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm 
trong nước thải nhờ không gây ô nhiễm thứ 
cấp như các phương pháp khác. Trong số 
các AOPs thì quá trình xúc tác quang đang 
được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi 
trường. Đặc điểm nổi bật của quá trình xúc 
tác quang là các chất hữu cơ có thể đạt đến 
mức vô cơ hóa hoàn toàn, không phát sinh 
ra bùn bã thải, chí phí đầu tư và vận hành 
thấp, thực hiện trong điều kiện nhiệt độ và 
áp suất bình thường, có thể sử dụng nguồn 
UV nhân tạo hoặc thiên nhiên và không 
cần dùng thêm bất cứ loại hóa chất oxy hóa 
nào 
[9,10]. Đối với quá trình quang xúc tác 
trên nền TiO2 thì ngoài các ưu điểm giống 
như các AOPs khác, xúc tác TiO2 là một 
loại hóa chất phổ biến, không độc, bền hóa 
học với quá trình quang xúc tác, ít bị ảnh 
hưởng bởi pH và có thể tái sử dụng [10]. 
Trong nghiên cứu này, các yếu tố ảnh 
hưởng đến khả năng xử độ màu nước thải 
dệt nhuộm bằng hệ quang xúc tác TiO2 
trong qui mô phòng thí nghiệm được khảo 
sát. Ngoài ra, nghiên cứu cũng tiến hành thí 
nghiệm nâng cao hiệu suất xử lý khi thêm 
O2 và H2O2 vào hệ. 
2. THỰC NGHIỆM 
2.1. Hóa chất – dụng cụ 
Xúc tác titanium dioxide (TiO2) dạng 
bột và methylene xanh (MB) sử dụng trong 
quá trình nghiên cứu được mua từ hãng 
Merck - Đức. Trong khi đó, congo đỏ và 
orange cam có xuất xứ từ Trung Quốc. 
Mẫu nước thải sau khi được xử lý bằng 
hệ quang xúc tác TiO2 dạng bột được đem 
đi ly tâm tách TiO2 bằng máy ly tâm Beoco 
U320R và đo mật độ quang để xác định độ 
màu bằng máy đo quang DR3000. 
2.2. Nguồn nước thải dệt nhuộm 
Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu của 
nước thải dệt nhuộm của quá trình quang 
xúc tác TiO2 được thực hiện trên nguồn 
nước thải giả định và nguồn nước thải thật. 
Đầu tiên nghiên cứu thực hiện trên nguồn 
nước thải giả định được pha chế từ thuốc 
nhuộm methylen xanh C16H18N3ClS (M = 
373.9g/mol), để chọn các điều kiện tối ưu 
cho các thí nghiệm chạy ứng dụng trên các 
loại nước thải giả định khác được pha chế 
từ dung dịch orange cam C16H10N2Na2O7S2 
(M = 452,3g/mol) và congo đỏ 
C32H22N6Na2O6S2 (M= 696,6g/mol) và 
nước thải thật. Yêu cầu độ màu đầu vào 
trước khi xử lý của nước thải dệt nhuộm 
trong nghiên cứu này là phải lớn hơn 
150Pt-Co (yêu cầu loại B của QCVN 
13:2008/BTNMT). 
2.3. Mô hình thí nghiệm 
Mô hình thí nghiệm được thực hiện trên 
ba hệ là hệ có chiếu UV, Vis và hệ tối. Đối 
với hệ UV, mô hình thí nghiệm gồm thùng 
xốp hình chữ nhật với kích thước 70x50cm 
và đèn UV (loại UV – A dài 60 cm, bước 
sóng từ 320 - 380nm, công suất 15W). Đối 
với hệ VIS, mô hình thí nghiệm gồm thùng 
41 
xốp hình chữ nhật với kích thước 50x40cm 
và đèn Vis (dài 40 cm, bước sóng từ 400 - 
700nm, công suất 15W). Mỗi đèn được bố 
trí cố định ngay phía trên becher đựng dung 
dịch thải nhằm cung cấp photon cho quá 
trình quang xúc tác. Ngoài ra, mỗi thùng 
được dán giấy bạc chắn sáng để đảm bảo 
điều kiện thí nghiệm. Trên mỗi nắp thùng 
tiến hành khoét hai lỗ: một lỗ để cách 
khuấy, còn lỗ còn lại để rút mẫu và quan sát 
cánh khuấy có hoạt động bình thường hay 
không để kịp thời điều chỉnh. Dung dịch 
phản ứng được đặt trong becher 250ml và 
được khuấy trộn liên tục bằng cách khuấy 
trong quá trình phản ứng. Hệ thống cánh 
khuấy gồm hai cánh khuấy tự tạo bằng ống 
hút gắn vào motor. Hệ thống sục khí O2 
bằng cách sử dụng máy đẩy khí để thổi O2 
vào đáy becher. Đối với hệ tối thì mô hình 
thí nghiệm được bố trí tương tự như hai hệ 
trên nhưng khác là không có chiếu sáng. Mô 
hình thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ 
quang xúc tác TiO2 trong ba điều kiện chiếu 
UV, Vis và tối được trình bày ở hình 1. 
2.4. Phương pháp thực hiện 
Mỗi lần chạy mô hình được tiến hành 
cùng một lúc trên ba hệ UV, Vis và tối 
nhằm giảm bớt sai số từ mỗi lần pha dung 
dịch. Dung dịch nước thải và TiO2 cần 
dùng được cho vào 3 becher 250 ml, khuấy 
đều. Đặt 3 becher vào ba mô hình tương 
ứng cho ba hệ UV, Vis và tối. Trong quá 
trình chạy mô hình với thời gian 90 phút 
liên tục, định kỳ sau 30 phút là lấy 10ml 
mẫu đem đi ly tâm tách TiO2 với tốc độ 
4300 vòng/5 phút trước khi đo quang để 
tính toán hiệu suất phản ứng. 
Hình 1. Mô hình thí nghiệm xử lý nước thải của ba hệ UV, Vis và tối 
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng 
đến hoạt tính quang xúc tác 
3.1.1. Khả năng tự phân hủy của 
methylen xanh dưới bức xạ UV, Vis 
 Khảo sát khả năng tự phân hủy của 
methylen xanh bằng bức xạ UV khi không 
có xúc tác trong điều kiện khuấy từ liên tục 
để có thể xác định chính xác hoạt tính thực 
sự của quá trình quang xúc tác. Kết quả đo 
độ hấp thu quang, nồng độ của MB trước 
và sau khi xử lý được thể hiện ở bảng 1. 
42 
Bảng 1. Hiệu suất chuyển hóa MB sau 90 phút không có xúc tác 
Thời gian 
Độ hấp thu 
quang của MB 
Nồng độ của MB Hiệu suất 
UV 
0 0.8092 9.95x10
-6 
0.5% 
90 phút 0.7412 9.12x10
-6
 8.8% 
Vis 
0 0.8123 9.99x10
-6
 0.1% 
90 phút 0.8062 9.91x10
-6
 0.9% 
Khi khuấy từ và chiếu sáng bức xạ UV 
liên tục trong 90 phút thì hàm lượng MB 
phân hủy là 8,8%, dưới bức xạ Vis chỉ 
0,9%. Như vậy bức xạ UV có khả năng 
phân hủy MB, còn bức xạ Vis có thể xem 
như không ảnh hưởng. Chính vì thế, trong 
các thí nghiệm với xúc tác tiếp theo, hiệu 
suất phản ứng sẽ được trừ đi phần tham gia 
của đèn UV để có được hoạt tính chuyển 
hóa xúc tác chính xác. 
3.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ MB 
Để xác định mức độ ảnh hưởng do 
nồng độ ban đầu của các dung dịch lên 
hiệu suất phân hủy các chất hữu cơ, đã tiến 
hành khảo sát với 3 mẫu dung dịch tự tổng 
hợp methylen xanh có nồng độ thay đổi là 
10
-5
M, 2x10
-5
M, 3x10
-5
M, 5x10
-5
M, 7x10
-
5M, hàm lượng xúc tác TiO2 tối ưu là 0.5g 
TiO2/250ml. Sự thay đổi hiệu suất phân 
hủy quang hóa của các dung dịch phản ứng 
khi có sự thay đổi nồng độ dung dich được 
biểu diễn ở hình 2. Kết quả cho thấy khi 
tăng nồng độ dung dịch nước thải thì hiệu 
suất xử lý ở hệ UV giảm 3% và hệ Vis thì 
giảm 12%, điều này cho thấy TiO2 có khả 
năng xử lý tốt MB ở nồng độ thấp. 
Hình 2. Ảnh hưởng của nồng độ tác chất đến hiệu suất xử lý 
3.1.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất 
xúc tác 
Trong quá trình quang xúc tác dị thể, 
hàm lượng chất xúc tối thiểu là đại lượng 
cần được xác định. Để nghiên cứu ảnh 
hưởng của hàm lượng xúc tác đối với quá 
trình quang phân hủy các hợp chất hữu cơ, 
phản ứng quang hóa được thực hiện với 
43 
dung dịch giả định methylene xanh nồng 
độ 3.10-5M (tương ứng độ màu là 198 Pt-
Co), với các hàm lượng xúc tác thay đổi 
0,5g, 0,25g và 0,125g TiO2/250ml ở ba hệ 
UV, Vis và tối. 
Hình 3. Hiệu suất xử lý độ màu theo khối lượng chất xúc tác 
Hiệu suất xử lý giảm theo khối lượng 
của xúc tác nhưng không nhiều ở cả 3 hệ 
(tối, Vis và UV). Điều này có thể do tâm 
hoạt động trên bề mặt TiO2 và khả năng 
truyền sáng vào dung dịch vì khi tăng hàm 
lượng xúc tác là làm tăng tâm hoạt động 
tham gia phản ứng nhưng cũng gián tiếp 
làm giảm khả năng truyền sáng đến dung 
dịch từ đó thể tích vùng phản ứng bị giảm 
đi. Ngoài ra, theo nghiên cứu thì khối 
lượng 2g TiO2/l là khối lượng tối ưu 
[11]
, do 
đó không có hiện tượng TiO2 kết tụ lại và 
điều này làm cho một phần bề mặt TiO2 
không thể hấp thụ ánh sáng cũng như hấp 
phụ các chất hữu cơ dẫn đến hiệu suất phản 
ứng cũng giảm. 
3.1.4. Khả năng tái sử dụng của 
xúc tác TiO2 
Tái sử dụng lại xúc tác là một trong 
yếu tố nổi bật nhằm nâng cao tính khả thi 
của việc áp dụng quá trình quang xúc tác 
TiO2. Để nghiên cứu khả năng tái sử dụng 
của xúc tác ta tiến hành thí nghiệm với 
0,5gTiO2/250ml nước thải methylene xanh 
ở nồng độ 3.10-5M. Thực nghiệm cho thấy 
không có sự suy giảm nào về hoạt tính của 
TiO2 ở cả 3 hệ xúc tác tối, Vis và UV. 
Theo một vài công trình nghiên cứu của 
Al-Sayyed và Mills cũng cho biết không có 
sự suy giảm hoạt tính sau 10 chu trình liên 
tiếp được sử dụng trong phản ứng phân 
hủy 4-Clorophenol. Đây là một triển vọng 
có thể tái sử dụng lại xúc tác để giảm hóa 
chất và chi phí xử lý. 
44 
Hình 4. Khả năng tái sử dụng của chất xúc tác TiO2 
3.2. Nâng cao hiệu suất xử lý của 
hoạt tính quang xúc tác 
3.2.1. Nâng cao hiệu suất xử lý khi 
thêm oxy vào hệ 
 Nhằm khảo sát ảnh hưởng của oxy, 
thí nghiệm vẫn giữ điều kiện khảo sát 
0,125gTiO2/250ml, methylene xanh ở nồng 
độ 3.10-5M nhưng có thêm oxy vào hệ 
thống sục khí, hệ chạy liên tục trong 30 
phút sau đó lấy mẫu đi quang trắc. Ảnh 
hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý thực 
nghiệm chạy mô hình được biểu diễn ở 
hình 5. 
Hình 5. Ảnh hưởng của oxy đến hiệu suất xử lý methylene xanh 
Dựa vào biểu đồ ở hình 5 ta thấy hiệu 
suất xử lý khi sục thêm oxy vào dung dịch 
trong quá trình thực hiện thí nghiệm ở cả 
hai hệ đèn Vis và UV thì hiệu suất đều 
tăng, ở hệ đèn Vis hiệu suất tăng 3,02% và 
ở hệ đèn UV tăng 3,97%. Như đã trình bày 
ở phần trên thì việc sục oxy vào hệ đã ảnh 
hưởng đến tốc độ và hiệu quả của quá trình 
45 
quang xúc tác TiO2. Oxy đã góp phần ngăn 
chặn sự tái hợp giữa e- và lỗ trống tạo 
thành tác nhân oxy hóa là anion peroxyt. 
Khi đó, O2 và O2
•-
 đều có thể tạo thành gốc 
•OH bổ sung theo các phản ứng [11,12]: 
TiO2 (e
-
) + O2 → TiO2 + O2
•-
 (1) 
2 O2
•-
 + 2H2O → H2O2 + 2OH
-
 + O2 (2) 
TiO2 (e
-
) + H2O2 → TiO2 + OH
-
 + 
•
OH 
 (3) 
3.2.2. Nâng cao hiệu suất xử lý 
khi thêm H2O2 vào hệ 
TiO2 kết hợp với H2O2 và lượng O2 hòa 
tan trong nước tạo nên các phản ứng tạo 
thành OH, các gốc tự do •OH phản ứng 
với hầu hết các hợp chất hữu cơ hấp phụ 
trên bề mặt TiO2 và có thể oxy hóa chúng 
đến sản phẩm cuối cùng. Để xác định mức 
độ ảnh hưởng H2O2 đến hiệu suất phản 
ứng, thí nghiệm với 0.125g TiO2/250ml ở 
nồng độ 3x10-5M được tiến hành khảo sát 
với H2O2 30% ở thể tích là 0 ml; 0,5 ml; 1 
ml; 1,5 ml; 2 ml; 3 ml và 4 ml, hệ đèn UV 
chạy trong 30 phút. Kết quả khảo sát cho 
thấy H2O2 không có khả năng xứ lý 
methylene xanh khi không có xúc tác TiO2. 
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của H2O2 đến 
hoạt tính quang xúc tác của TiO2 được biểu 
diễn trong hình 6. 
Hình 6. Hiệu suất xử lý theo thể tích H2O2 trong 30 phút 
Kết quả ở hình 6 cho thấy khi tăng thể 
tích H2O2 từ 0,5 ml lên 1 ml thì hiệu suất 
cũng tăng tử 60% đến 80% nhưng khi tăng 
thể tích H2O2 lên nhiều hơn 2 ml thì hiệu 
suất xử lý của hệ xúc tác giảm dần. Như 
vậy, khi tăng quá nhiều H2O2 sẽ làm giảm 
hiệu suất xử lý của quá trình quang xúc tác. 
Điều này có thể giải thích là do lượng 
H2O2 thêm vào dung dịch nhiều tạo nên 
các phản ứng [12,13]: 
H2O2 2 OH (4) 
OH + H2O2 HO2
(5) 
OH + OH H2O2 (6) 
OH + H2 H + H2O (7) 
OH + HO2
 H2O + O2 (8) 
Lượng H2O2 nhiều nên cũng sẽ tạo 
được nhiều gốc OH (phản ứng 4). Các gốc 
OH có thể tự phản ứng với nhau tạo H2O2 
và khi đó gốc OH dư sẽ phản ứng H2O2 
tạo thành gốc và lúc này gốc OH sẽ phản 
ứng với gốc mới tạo thành H2O và O2. 
Ngoài ra, trong nước cũng có H2, lúc này 
gốc OH phản ứng với H2 sinh ra H
 và 
H2O. Do đó, gốc 
OH giảm dẫn đến hiệu 
suất phản ứng giảm. 
Với 1ml H2O2 thêm vào thì hiệu suất 
46 
xử lý độ màu tăng cao nhất, do đó 1 ml 
H2O2 là thể tích tối ưu. Vì vậy, trong các 
nghiên cứu sau, thể tích H2O2 là 1 ml được 
chọn để tiến hành thí nghiệm. 
3.2.3. Nâng cao hiệu suất xử lý 
khi thêm O2 và H2O2 vào hệ 
 Để nâng cao hiệu suất, O2 và H2O2 
được thêm vào hệ tạo thành một hệ xúc tác 
mới. Hệ xúc tác O2, H2O2 và TiO2 khảo sát 
với methylene xanh 3x10-5M, khối lượng 
xúc tác 0,125g TiO2/250ml, nồng độ 1x10
-
5
M và 1 ml H2O2 trong khoảng thời gian là 
30 phút ở cả hai hệ Vis và UV, sau đó lấy 
mẫu phân tích. Thực nghiệm cho ta có thể 
so sánh hiệu suất theo hình 7. 
Dựa vào biểu đồ trên ta có thể nhận xét 
H2O2 nâng hiệu suất phản ứng của hệ 
quang xúc tác cao hơn nhiều so với O2, 
hiệu suất từ 48% lên 81%. 
Hệ xúc tác H2O2, O2 và 0,125g 
TiO2/250ml nước thải ở nồng độ 3x10
-5
M 
với thời gian 30 phút có hiệu suất đạt 87%, 
cao hơn tất cả các điều kiện ở cùng thời 
gian khối lượng xúc tác và lượng khí O2 
cung cấp vào hệ. Do đó điều kiện tối ưu để 
xử lý độ màu nước thải là 1 ml H2O2, O2 và 
0,125g TiO2/250ml. 
Hình 7. So sánh hiệu xử lý ở các hệ xúc tác khác nhau
3.3. Mở rộng khảo sát 
Ứng dụng vào thực tế là một điều khá 
khó khăn đối với các nghiên cứu khoa học, 
nhằm đưa nghiên cứu thực tế hơn chúng tôi 
chọn một những điểm tối ưu của đề tài để 
chạy ứng dụng với một vài loại nước thải 
tổng hợp và trên nước thải thật. 
3.3.1. Tiến hành thí nghiệm trên 
nước thải tổng hợp khác 
 Như trình bày ở phần trên, đối với 
nước tổng hợp từ thuốc nhuộm acid orange 
và congo đỏ thực hiện thí nghiệm ở nồng độ 
1x10
-5M với điều kiện tối ưu như khi thí 
nghiệm trên mẫu nước thải tự tổng hợp bởi 
thuốc nhuộm methylen xanh là 1ml H2O2, 
O2 và 0,125g TiO2/250ml. Để có thể kiểm 
chứng độ chính xác lại quá trình chạy mẫu 
thì chúng tôi tiến hành chạy thêm ba điều 
kiện là 0,125g TiO2/250ml; 0,125g 
TiO2/250ml kết hợp thêm O2 vào hệ và 
47 
0,125g TiO2/250ml kết hợp 1ml H2O2 thời 
gian tiến hành thí nghiệm là 30 phút. Hình 8 
và 9 thể hiện hiệu suất xử lý ở 4 điều kiện. 
Hình 8. Khả năng xử lý thuốc nhuộm congo đỏ 
Hình 9. Khả năng xử lý thuốc nhuộm acid orange 
Dựa vào kết quả có thể thấy các nguồn 
nước thải khác nhau dù ở cùng nồng độ sẽ 
có ảnh hưởng khác nhau lên hiệu suất phản 
ứng do phụ thuộc vào cấu tạo hóa học, khối 
lượng phân tử của hợp chất màu. Xét về 
cấu tạo hóa học thì acid orange là thuốc 
nhuộm monoazo còn congo đỏ là diazo, 
congo đỏ có cấu tạo phức tạp và khối 
lượng phân tử lớn hơn so với acid orange, 
dẫn đến xúc tác oxy hóa thuốc nhuộm 
congo đỏ sẽ khó hơn so với acid orange. 
Do đó hiệu suất xử lý của acid orange cao 
48 
hơn so với congo đỏ, hiệu suất xử lý ở điều 
kiện tối ưu thì thuốc nhuộm congo đỏ là 
67,22% còn acid orange với hiệu suất là 
70,92% . 
Trong 30 phút với hiệu suất của hai 
mẫu nước thải tự tổng hợp đều xấp xỉ 70%, 
để có thể xử lý độ màu đạt tiêu chuẩn loại 
A của QCVN 13: 2008/BTNMT ta tiến 
hành khảo sát ở điều kiện tối ưu và tăng 
thời gian xử lý. 
3.3.2. Tiến hành thí nghiệm với 
nước thải thực tế 
Tiến hành khảo sát bốn hệ quang xúc 
tác với cả hai loại đèn UV và Vis, trong 
quá trình chạy mô hình thì cứ 30 phút lấy 
mẫu đem ly tâm tách TiO2 sau đó trắc 
quang theo đường chuẩn đo độ màu đơn vị 
Pt-Co. 
Sau 90 phút, ở hệ đèn UV ở tất cả bốn 
điều kiện thì độ màu của nước thải đều đạt 
tiêu chuẩn loại A. Kết quả xử lý nước thải 
thật sau 90 phút được thể hiện trong hình 10. 
Hình 10. Khả năng xử lý độ màu nước thải thật của TiO2 trong 90 phút 
Dựa vào kết quả cho thấy, khả năng xử 
lý độ màu là rất cao đã đạt tiêu chuẩn loại 
A QCVN13:2008/BTNMT dưới 50Pt-Co. 
Và ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và 
thêm 1ml H2O2 với đèn UV là thấp nhất 
với 21Pt- Co và đèn Vis 65 Pt-Co đã gần 
đạt tiêu chuẩn loại A cần chạy với thời gian 
dài hơn để trong hệ đèn Vis đạt tiêu chuẩn. 
Ngoài ra, chúng tôi còn tiến hành khảo 
sát ở hệ quang xúc tác có sục khí oxy và thêm 
1ml H2O2 với đèn UV với độ màu cao hơn là 
1198 Pt-Co thì sau 90 phút độ màu giảm còn 
151 Pt-Co gần đạt tiêu chuẩn loại B. 
3.3.3. So sánh hiệu suất xử lý hệ 
UV/TiO2 và UV/CeO2 
Trong quá trình thí nghiệm chúng tôi 
có chạy với xúc tác CeO2, là một chất mới 
được phát hiện và đang được các nhà khoa 
học quan tâm nghiên cứu. 
Cerium (IV) oxit, còn được gọi là oxit 
ceric, ceria, xeri oxit hoặc xeri dioxide, là 
một oxit xeri kim loại đất hiếm, là bột có 
màu trắng vàng nhạt và công thức hóa học 
CeO 2. Cerium (IV) oxit kết hợp với kim 
loại như Ni, Cu, Pdvà oxit kim loại như 
ZnO, Al2O3, CuO , xử lý khí NOx, 
metan, các hợp chất hữu cơ khó phân 
49 
hủy như các hợp chất trong thuốc nhuộm, 
thuốc diệt cỏ[13] 
Để có thể so sánh một cách tương quan 
nhất vì hai chất xúc tác có khối lượng phân 
tử khác nhau do đó ở cùng một khối lượng 
thì số lượng hạt của CeO2 sẽ ít hơn so vơi 
TiO2. Do đó ta qui về số mol để có thể so 
sánh, lấy khối lượng của TiO2 làm chuẩn từ 
đó suy ra số mol và khối lượng thực tế của 
CeO2 cần dùng. Sau khi tính toán với 
0,125g TiO2 và 0,2693g CeO2 là cùng số 
mol. Thí nghiệm tiến hành với hai hệ xúc 
tác UV/TiO2 và UV/ CeO2 với 250ml nước 
thải tự tổng hợp từ thuốc nhuộm methylen 
xanh có nồng độ M3 chạy liên tục trong 90 
phút sau đó lấy mẫu trắc quang kiểm tra 
nồng độ. Kết quả thể hiện ở bảng 2 cho 
thấy hiệu suất xử lý độ màu của TiO2 cao 
hơn 65.8% so với CeO2. 
Bảng 2. So sánh hiệu suất xử lý của hệ xúc tác UV/TiO2 và UV/CeO2 
Hệ xúc tác Độ hấp thu quang A Nồng độ Hiệu suất 
UV/TiO2 0.2495 3.87E-06 87.1% 
UV/CeO2 0.3822 2.36E-05 21.3% 
4. KẾT LUẬN 
Dựa vào kết quả của quá trình khảo sát 
khả năng xử lý độ màu của nước thải dệt 
nhuộm với hệ quang xúc tác TiO2, một số 
kết luận được rút ra như sau: 
Bức xạ UV có khả năng phân hủy 
thuốc nhuộm MB, nồng độ dung dịch nước 
thải ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nhưng 
không nhiều, khối lượng xúc tác trong 
khoảng nghiên cứu (từ 0,125g đến 0,5g 
trong 250 ml dung dịch) ít ảnh hưởng đến 
hiệu suất xử lý, khi giảm khối lượng xúc từ 
0,5g xuống còn 0,125g (thời gian xử lý 
trong 90 phút) thì hiệu suất chỉ giảm 
khoảng 5%. TiO2 có khả năng tái sử dụng 
cao, hiệu suất xử lý gần như không giảm 
sau bốn lần tái sử dụng. 
Oxy ảnh hưởng không lớn đến quá 
trình quang xúc tác TiO2 để oxy hóa các 
chất hữu cơ, trong khi đó, hydrogen 
peroxide ảnh hưởng nhiều đến khả năng xử 
lý của quá trình quang xúc tác. Thể tích 
hydrogen peroxide/250ml nước thải tối ưu 
là 1ml. Hệ quang xúc tác TiO2 khi sục 
thêm oxy và hydrogen peroxide nâng cao 
hiệu suất hơn nhiều so với hệ xúc tác 
UV/TiO2. Hệ xúc tác thêm H2O2, O2 với 
bức xạ UV có hiệu suất đạt 87% còn hệ 
xúc tác TiO2/UV đạt hiệu suất 48% trong 
30 phút. 
Hiệu quả xử lý đối với nhưng loại 
thuốc nhuộm có cấu tạo hóa học đơn giản 
và khối lượng phân tử nhỏ hiệu quả hơn so 
với thuốc nhuộm khác có khối lượng phân 
tử lớn. 
Khảo sát trên nước thải tự nhiên với 
khoảng thời gian 90 phút ở tất cả các hệ 
khảo sát với đèn UV độ màu đều đạt tiêu 
chuẩn loại A dưới 50Pt-Co. 
50 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Kamaljit Singh, Sucharita Arora (2011), Removal of Synthetic Textile Dyes From 
Wastewaters: A Critical Review on Present Treatment Technologies, environmental 
science and technology, 41, 807-878. 
2. Lei Zhang, Jacqueline Manina Cole (2014), TiO2-assisted photoisomerization of azo 
dyes using self-assembled monolayers: case study on para-methyl red towards solar-
cell applications, Applied Material and Interfaces, 6, 3742-3749. 
3. Nguyễn Thị Hường (2011), Hiệu quả xử lý nước thải dệt nhuộm của hai phương pháp 
đông tụ điện hóa và oxi hóa bằng hợp chất fenton, Tạp chí khoa học và công nghệ, 
Đại học Đà Nẵng, số 6(35), 102-106. 
4. Nguyễn Ngọc Lân, Nguyễn Thanh Thuyết, Lê Minh Đức (2001), Đánh giá hiệu quả 
xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp đông tụ điện, Tuyển tập báo cáo toàn 
văn Hội nghị chuyên ngành điện hóa và ứng dụng, Đại học Quốc gia Hà Nội, 
5. Nguyễn Đắc Vinh, Nguyễn Văn Nội, Lưu Văn Bôi, Nguyễn Hồng Hạnh (2006), 
Nghiên cứu tiền xử lý nước thải dệt nhuộm làng nghề Vạn Phúc bằng phương pháp 
keo tụ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, số 3, 62-67. 
6. Phan Đình Tuấn, Nguyễn Trần Huyền Anh (2008), Nghiên cứu ứng dụng than tràm 
hoạt tính trong xử lý nước thải dệt nhuộm, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công 
nghệ, T. 11, S. 8, 13-18. 
7. Nguyễn Thị Xuân Nhân (2010), Nghiên cứu thực nghiệm xử lý màu hoạt tính trong 
nước thải dệt nhuộm bằng mô hình công nghệ sinh học kỵ khí hai giai đoạn, Khóa 
luận tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM. 
8. Bùi Thị Vụ (2011), Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp keo tụ kết 
hợp oxy hóa H2O2 sử dụng hoạt hóa tia UV thử nghiệm trên mô hình pilot phòng thí 
nghiệm, Đề tài nghiên cứu khoa học của giảng viên trường Đại học dân lập Hải Phòng. 
9. Andreozzi R., Caprio V., Insola A., Marotta R.(1999), Advanced Oxidation Processes 
(AOPs) for water furication and recovery, Catalysis Today, 53, 51-59. 
10. Rein M. (2001), Advanced Oxidation Processes – Current Status And Prospects, Proc. 
Estonian Acad. Sci. Chem., 50 (2), 59–80. 
11. Yunbing Hea Zumin Qiu, Xiaocheng Liu, Shuxian Yu (2005). Catalytic oxidation of 
the dye wastewater with hydrogen peroxide. Chemical Engineering and Processin, 
44,1013–1017 
12. Oyama T., Zhang T., Aoshima A., Hidaka H., Zhao J., Serpone N. (2001), Photooxidative 
N-demethylation of methylene blue in aqueous TiO2 dispersions under UV irradiation, 
Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 140, 163–172. 
13. Mas Rosemal, H. Mas Haris, Kathiresan Sathasivam (2009), The removal of methyl 
red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers, American Journal of 
applied sciences 6(9), 1690-1700. 
 * Ngày nhận bài: 19/9/2014. Biên tập xong: 24/4/2015. Duyệt đăng: 04/5/2015.