Luận văn Nghiên cứu khả năng áp dụng phương pháp điện phân để khử màu nước thải ngành dệt nhuộm

58 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. KHẢO SÁT THẾ ÁP ĐẶT VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH NaCl 3.1.1. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI KHOẢNG CÁCH HAI BẢN CỰC KHÁC NHAU [NaCl] = 0.6000g/l, pH= 5.5, nhiệt độ 30oC Bảng 3.1: E-I với khoảng cách điện cực khác nhau Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực 4 6 8 10 12 14 16 18 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 20 mm 30mm 40mm 50mm Hình 3.1: Đồ thị E-I với các khoảng cách điện cực khác nhau. Khoảng cách (mm) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 20 4.9 5.2 5.7 6.1 6.6 7.1 7.6 8.0 8.4 8.8 9.2 9.8 30 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.6 11.2 12.0 40 6.4 6.8 7.8 8.6 9.5 9.9 11.0 11.6 12.3 12.9 14.0 14.1 50 E(V) 6.5 7.3 8.7 9.4 11.0 11.9 12.5 13.3 14.1 14.7 15.2 15.6 59 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nhận xét: Khi tăng khoảng cách giữa 2 điện cực tăng thì E (V) phóng điện tăng. Chọn điều kiện điện cực cho thực nghiệm (tất cả các thí nghiệm tiếp theo) - Kích thước điện cực titan lưới: 10cm * 2.5cm (diện tích S = 33. 2 cm2) - Khoảng cách giữa hai điện cực: 30 mm Tính toán diện tích của mỗi bản cực S: Diện tích lỗ : S lỗ = 0.3*0.7= 0.21 cm2 Số lỗ / 1 điện cực : n = 5*16= 80 Diện tích của mỗi bản cực : S = 2*2.5*10 - 80*0.21 = 33.2 cm2 3.1.2. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI NỒNG ĐỘ NaCl KHÁC NHAU pH = 5.5, khoảng cách điện cực 30 mm, nhiệt độ 30oC Bảng 3.2: E-I với nồng độ NaCl khác nhau [NaCl] (g/l) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17 0.4000 6.0 7.0 7.5 8.5 9.0 10.0 10.5 11.5 12.0 12.5 13.5 14.0 15.0 0.6000 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 0.8000 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.3 9.5 10.0 1.0000 4.5 5.0 5.0 5.5 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 7.5 8.0 8.5 9.0 2.0000 E(V) 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.5 4.7 4.8 5.0 5.2 5.4 5.7 5.9 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 0.4g/l 0.6g/l 1g/l 2g/l Hình 3.2: Đồ thị E-I với các nồng độ NaCl khác nhau 60 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nhận xét: [NaCl] tăng thì E (V) phóng điện giảm, tức là tiêu tốn điện cho quá trình điện phân giảm. [NaCl] cao thì I(A) tăng nhanh theo sự tăng của E (V) áp đặt. Giải thích: [NaCl] tăng thì nồng độ ion dẫn điện của dung dịch tăng. Dung dịch dẫn điện tốt. Khi cố định dòng điện qua dung dịch điện phân thì khi [NaCl] tăng, lượng Cl- trong dung dịch nhiều hơn và khả năng tiếp xúc với điện cực nhiều hơn. Tuy nhiên, nếu tăng nồng độ NaCl cao thì chi phí tăng và thêm ô nhiễm nước thải do muối, đặt biệt là ion Cl-. Tiêu chuẩn nước cho những mục đích sử dụng khác nhau theo tài liệu của ủy ban cố vấn kỹ thuật cho F.W.P.A về chỉ tiêu chất lượng nước (U.S. Dept. Interior, June 30, 1967, Washington D.C): hàm lượng clorua cho phép là 250 ppm [1] Tiêu chuẩn Việt Nam về chất lượng nước và nước thải không quy định về hàm lượng clorua. Nhưng để đảm bảo về mặt môi trường ta chọn nồng độ NaCl trong đa số các thí nghiệm tiếp theo là 0.4000 g/l 3.1.3. THẾ ÁP ĐẶT E – CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN I VỚI pH KHÁC NHAU [NaCl] = 0.600 g/l. Khoảng cách khoảng điện cực 30 mm, nhiệt độ 30oC Bảng 3.3: E-I với pH khác nhau pH I(A) 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 3.5 4.5 5.1 5.8 6.5 7.0 7.66 8.3 8.9 9.5 10.0 10.6 11.0 5.5 4.6 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.7 11.2 9.0 E(V) 4.5 5.0 5.6 6.2 6.8 7.3 8.0 8.4 9.0 9.6 10.0 10.6 Nhận xét: Ở pH 5.5, cần thế áp đặt cao hơn để đạt cùng một giá trị cường độ dòng điện so với ở pH axit hay baz. Thực chất là do ở pH = 3.5 có thêm ion H+, ở pH = 9 có thêm ion OH- và một lượng ion Na+ làm độ dẫn điện của dung dịch tăng 61 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.1.4. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ DUNG DỊCH ĐIỆN PHÂN ĐẾN SỰ PHÓNG ĐIỆN [NaCl]= 0.600 g/l. pH = 5.5, khoảng cách điện cực 30 mm Bảng 3.4: E-I với nhiệt độ dung dịch điện phân Nhiệt độ (oC) I(A) 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 30 5.2 5.9 6.5 7.1 7.7 8.5 9.1 9.7 10.5 10.6 11.2 12.0 40 5.0 5.5 6.1 6.5 7.0 7.8 8.2 8.7 9.2 9.8 10.3 10.9 45 4.7 5.1 5.5 6.3 6.5 7.3 7.7 8.0 8.4 9.0 9.5 9.9 50 E(V) 4.6 4.9 5.4 5.8 6.4 6.8 7.4 7.7 8.4 8.5 9.2 9.4 Ảnh hưởng nhiệt độ điện phân 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 I (A) E (V ) 30 độ C 40 độ 50 độ Hình 3.3: Đồ thị E-I với các nhiệt độ dung dịch điện phân khác nhau Bàn luận: Ở nhiệt độ cao, thế áp đặt E(V) sẽ nhỏ hơn để đạt cùng một cường độ I(A) so với ở nhiệt độ thấp. Nói cách khác, cùng một giá trị điện thế áp đặt, nhiệt độ cao hơn sẽ có cường độ dòng điện đi qua dung dịch cao hơn, hiệu suất sử dụng điện cho quá trình điện phân tốt hơn. Giải thích: Đối với dung dịch điện phân, I = E/Rdd. Khi nhiệt độ tăng thì δ = RT/F tăng theo làm cho E tăng thì I tăng. 62 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Tuy nhiên, khi điện phân dung dịch ở nhiệt độ cao thì cần tiêu tốn chi phí năng lượng lớn. Do đó, chọn nhiệt độ dung dịch điện phân là nhiệt độ thường (khoảng 28 – 30 oC) 3.1.5. ĐIỂU KIỆN TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU - Khoảng cách giữa hai điện cực: 30 mm - Diện tích của mỗi bản cực Titan : S = 2*2.5*10-80*0.21 = 33.2 cm2 - Nồng độ NaCl trong đa số các thí nghiệm tiếp theo là 0.4000 g/l - Bình điện phân là becher 1lit - pH dung dịch điện phân từ 3.5-9.0 - Nhiệt độ dung dịch điện phân là nhiệt độ thường (khoảng 28 – 30 oC) - Nồng độ thuốc nhuộm nghiên cứu từ 0.0100 – 0.1000 (g/l) - Cường độ dòng điện khảo sát từ 0.2 – 1.0 (A) 3.2. KHẢO SÁT ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH THUỐC NHUỘM 3.2.1. ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l, I=0.5A, pH=3.5 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý màu thuốc nhuộm Thuốc nhuộm Novaron yellow CR Thuốc nhuộm Cibaron blue FNR Thuốc nhuộm Acid yellow 17 Thời gian (phút) Ct(g/l) H(%) Ct(g/l) H(%) Ct(g/l) H(%) 0 0.0400 0.00 0.0400 0.00 0.0400 0.00 2 0.0377 5.75 0.0355 11.29 0.0374 6.61 4 0.0367 8.25 0.0342 14.55 0.0358 10.58 6 0.0362 9.5 0.0325 18.81 0.0336 16.03 8 0.0352 12.00 0.0306 23.58 0.0315 21.23 10 0.0345 13.75 0.0296 26.09 0.0292 26.92 12 0.0329 17.75 0.0283 29.35 0.0270 32.37 14 0.0321 19.75 0.0270 32.61 0.0253 36.83 16 0.0318 20.50 0.0260 35.12 0.0232 42.03 18 0.0303 24.25 0.0255 36.37 0.0215 46.24 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 20 0.0295 26.25 0.0244 38.88 0.0197 50.70 22 0.0284 29.00 0.0230 42.39 0.0181 54.66 24 0.0276 31.00 0.0225 43.65 0.0167 58.13 26 0.0265 33.75 0.0213 46.66 0.0148 63.08 28 0.0256 36.00 0.0205 48.66 0.0133 66.80 30 0.0248 38.00 0.0198 50.42 0.0117 70.76 32 0.0242 39.50 0.0186 53.43 0.0104 73.98 34 0.0230 42.50 0.0180 54.94 0.0087 78.19 36 0.0220 45.00 0.0171 57.19 0.0075 81.16 38 0.0213 46.75 0.0167 58.20 0.0061 84.63 40 0.0204 49.00 0.0154 61.47 0.0053 86.61 42 0.0196 51.00 0.0149 62.717 0.0043 89.33 44 0.0186 53.50 0.0141 64.72 0.0033 91.81 46 0.0177 55.75 0.0134 66.47 0.0022 94.53 48 0.0174 56.50 0.0129 67.73 0.0016 96.02 50 0.0170 57.50 0.0125 68.73 0.0008 98.00 Đồ thị ảnh hưởng cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu -20 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 Thời gian (phút) H (% ) nova y ciba b acid y Hình 3.4: Đồ thị hiệu suất xử lí màu theo thời gian điện phân 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Động học khử màu của thuốc nhuộm y = 0.022x + 0.0642 R2 = 0.9966 y = 0.0172x - 0.0165 R2 = 0.9933 0 1 2 3 4 0 10 20 30 40 50 60 Thời gian (phút) Ln (C o/ C t) nova y ciba b acid y Hình 3.5: Đồ thị động học khử màu thuốc nhuộm Phương trình động học quá trình oxi hóa điện hóa trong giai đoạn khử màu được biểu diễn theo phương trình động học bậc nhất [26] như sau: - dC/dt = K*C Trong đó : K là hằng số tốc độ biểu kiến, có thể tính được khi tích phân phương trình trên từ C = Co tới C = Ct và thu được phương trình sau: Ln (Co/Ct) = K*t Trong đó : Co và Ct là nồng độ tương ứng của thuốc nhuộm tại thời điểm ban đầu (t = 0) và tại thời điểm phản ứng t. Phương trình cho dạng tuyến tính như hình vẽ 3.5, như vậy có thể thấy rằng động học của quá trình khử màu thuốc nhuộm Novaron yellow CR và Cibaron blue FNR tuân theo phương trình động học bậc nhất. Độ dốc của phương trình cho các giá trị hằng số tốc độ biểu kiến của quá trình khử màu của các thuốc nhuộm hoạt tính. Thời gian bán hủy (Ct = Co/2) của các thuốc nhuộm tương ứng được tính theo công thức : 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN T1/2 = (Ln2)/K = 0.693/K Còn động học quá trình phân hủy Acid Yellow 17 ở thời gian > 30 phút không tuân theo phương trình động học bậc nhất Bảng 3.6 : Các thông số động học của quá trình điện hóa phân hủy thuốc nhuộm Thuốc nhuộm Phương trình động học K (phút-1) T1/2 (phút) Novaron yellow CR Ln (Co/Ct) = 0.0222*t 0.0222 40.29 Cibaron blue FNR Ln (Co/Ct) = 0.0172*t 0.0172 31.36 Bàn luận : Thời gian điện phân càng dài thì hiệu suất khử màu càng cao. Thời gian điện phân dài thì lượng khí hydro, clo sinh ra càng nhiều, đó là các tác nhân khử màu. Ta thấy thuốc nhuộm Acid yellow 17 bị khử màu nhanh nhất khi tăng thời gian điện phân (các điều kiện khác giử nguyên). Sau khi điện phân 50 phút thì đến 98.00 % thuốc nhuộm đã bị khử. Điều này là do thuốc nhuộm Acid yellow 17 là thuốc nhuộm azo dễ bị clo và hydro mới sinh khử còn thuốc nhuộm Cibaron blue FNR và Novaron yellow CR là thuốc nhuộm có nhóm hoạt tính là monoflotriazine nên tốc độ khử màu chậm hơn Do đó, chọn khoảng thời gian 20-40 phút để khảo sát trong phần quy hoạch thực nghiệm vì: phù hợp với điều kiện thí nghiệm, phù hợp với yêu cầu thực tế (thời gian điện phân càng ngắn thì càng ít tiêu tốn điện năng). 3.2.2. ẢNH HƯỞNG NỒNG ĐỘ THUỐC NHUỘM BAN ĐẦU ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.400g/l, pH=5.5, I = 0.5 (A), thời gian điện phân 20 phút. Bảng 3.7: Hiệu suất khử màu H% theo các nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm Co Co(g/l) 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.2000 H% 25.06 17.48 16.58 13.57 11.67 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm - H% 0 2 4 6 8 10 12 14 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Co (g/l) H % Hình 3.6: Đồ thị nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm Co – hiệu suất khử màu H% 3.2.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU CỦA THUỐC NHUỘM ĐẾN LƯỢNG THUỐC NHUỘM XỬ LÝ ĐƯỢC [NaCl] = 0.400g/l, pH=5.5, I = 0.5 (A), thời gian điện phân 20 phút. Bảng 3.8 : Lượng thuốc nhuộm xử lí được Cxl (g/l) theo các nồng độ ban đầu khác nhau của thuốc nhuộm Co (g/l) Co(g/l) 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.2000 Cxl (g/l) 0.0050 0.0068 0.0081 0.0093 0.0160 Đồ thị ảnh hưởng nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm - đến lượng thuốc nhuộm xử lí được 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 Co (g/l) C xl (g /l) Hình 3.7: Đồ thị nồng độ thuốc nhuộm xử lý được nồng độ thuốc nhuộm ban đầu 67 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Bàn luận: Nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm cao thì lượng thuốc nhuộm xử lý được nhiều nhưng hiệu suất xử lý màu giảm. Cùng một điều kiện điện phân, lượng tác nhân khử màu sinh ra là như nhau. Nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch điện phân cao thì xác suất phản ứng giữa thuốc nhuộm và tác nhân khử màu tăng. Hiệu suất khử màu là tỉ số giữa lượng thuốc nhuộm xử lí được và lượng thuốc nhuộm ban đầu trong dung dịch điện phân. Do đó, khi tử số tăng không nhiều hơn sự tăng của mẫu thì hiệu suất khử màu lại giảm. Theo bảng 3.5 thì hiệu suất khử màu sau 50 phút của thuốc nhuộm Novaron yellow CR và Cibaron blue FNR vẫn không cao lắm, do đó để nâng hiệu suất khử màu mà không phải điện phân dung dịch với thời gian quá lâu (làm tiêu tốn điện năng) thì trong quá trình quy hoạch thực nghiệm tôi sẽ chọn nồng độ thuốc nhuộm sẽ là một yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu (hiệu suất khử màu thuốc nhuộm) Ta sẽ chọn nồng độ thuốc nhuộm để tối ưu hóa cho thuốc nhuộm Novaron yellow CR sẽ nhỏ hơn 0,0400 g/l. Còn thuốc nhuộm Cibaron blue FNR thì cận trên có thể lớn hơn 0,0400g/l còn thuốc nhuộm acid yellow 17 thì cận dưới có thể lớn hơn 0.0040g/l vì tốc độ khử màu của thuốc nhuộm này rất tốt . 3.2.4. ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.400g/l, I=0.7A, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l Bảng 3.9: Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu thuốc nhuộm pH 3.5 5.5 9 H% 41.32 24.46 19.61 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Ảnh hưởng của pH đến H% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 3 4 5 6 7 8 9 10 pH H% Hình 3.8: Đồ thị ảnh hưởng của pH đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Ở môi trường acid yếu (pH = 5.5), hiệu suất khử màu cao hơn ở môi trường baz (pH = 9) và thấp hơn ở môi trường acid (pH = 3.5). Giải thích: Ở cùng một điều kiện điện phân chỉ khác nhau pH, lượng hidro sinh ra là gần như nhau (môi trường axit, hydro dễ sinh ra hơn môi trường baz nhưng áp đặt điện thế đủ lớn và cường độ dòng điện bằng nhau giữa 2 trường hợp thì sự chênh lệch không đáng kể.) Khi điện phân, môi trường baz có thể làm giảm thời gian sống của clo nguyên tử do nồng độ OH- cao do dễ dàng tạo ion hypoclorit: [Cl] + [Cl] → Cl2 Cl2 + 2OH- → ClO- + Cl- + H2O Dựa vào dãy Latimer, có nhận xét rằng tính oxi hóa của một chất thường tăng khi tính acid của hệ tăng và giảm khi tính acid của hệ giảm. Và trong quá trình tối ưu hóa tôi sẽ chọn khoảng pH = 3.5 – 5.5. 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.5. ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR: [NaCl] = 0.4000 g/l, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400g/l. Bảng 3.10: Ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu I 0.5 0.7 1 H% 11.49 24.47 57.05 Ảnh hưởng cường độ dòng điện - H% 0 10 20 30 40 50 60 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 I (A) H% Hình 3.9: Đồ thị ảnh hưởng của cường độ dòng điện đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Cường độ dòng điện qua dung dịch tăng thì tốc độ sinh khí – tác nhân khử màu tăng, do đó lượng khí sinh ra cũng tăng trong cùng một khoảng thời gian điện phân. Theo đó, lượng thuốc nhuộm xử lý được cũng nhiều hơn, hiệu suất khử màu tăng. Nhưng nếu cường độ dòng điện cao quá thì sự phóng điện tăng và làm tiêu tốn điện năng nên trong quá trình tối ưu hóa tôi sẽ khảo sát trong khoảng cường độ dòng điện I = 0.5 – 0.7 (A). 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.6. ẢNH HƯỞNG THỜI GIAN LƯU MẪU SAU ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT XỬ LÝ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.4000g/l, [thuốc nhuộm] = 0.0200 g/l, I=0.5A, pH=3.5, thời gian điện phân : 20 phút. Thời điểm t = 0 là lúc dừng điện phân. Bảng 3.11: Hiệu suất xử lý màu theo thời gian lưu mẫu Tgian lưu 0 1 3 7 22 30 48 H% 59.98 61.78 62.67 64.63 64.81 64.84 67.00 Thời gian lưu - H% 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 0 10 20 30 40 50 Thời gian lưu mẫu (giờ) H % Hình 3.10: Đồ thị hiệu suất xử lí màu theo thời gian lưu của thí nghiệm 2 Bàn luận: Thuốc nhuộm bị mất màu cả trong lúc điện phân và sau khi điện phân. Trong thời gian điện phân, tác nhân khử màu là clo và hydro. Sau điện phân, màu của dung dịch thuốc nhuộm bị mất là do sự phân hủy nước Javel sinh ra clo và oxi. Lượng thuốc nhuộm xử lý được trong thời gian điện phân cao hơn trong thời gian sau điện phân. Tuy nhiên, lượng thuốc nhuộm mất đi là đáng kể. 71 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.7. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ BÌNH ĐIỆN PHÂN ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR [NaCl] = 0.4000 g/l, I=0.7A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.0400 g/l. Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nhiệt độ bình điện phân đến hiệu suất khử màu toC 30 40 50 H% 24.17 18.88 19.02 Ảnh hưởng của nhiệt độ - H% 0 5 10 15 20 25 30 20 25 30 35 40 45 50 55 Nhiệt độ (độ C) H% Hình 3.11: Đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ bình điện phân đến hiệu suất khử màu Bàn luận: Nhiệt độ dung dịch điện phân tăng nhưng hiệu suất xử lý không tăng. Nhiệt độ tăng thỉ cường độ dòng điện I tăng với cùng một điện thế áp đặt nên tốc độ điện phân tăng (lượng khí sinh ra nhiều hơn). Khi cố định I đi qua dung dịch điện phân thì lượng khí sinh ra như nhau, tốc độ của quá trình khử màu chỉ phụ thuộc vào tốc độ phân hủy thuốc nhuộm. Theo lý thuyết, nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng hóa học tăng và quá trình phân hủy nước Javen cũng nhanh hơn. Nhưng khoảng thời gian điện phân ngắn so với thời gian lưu mẫu sau điện phân, do đó nhiệt độ cao chỉ trong lúc điện phân không làm hiệu suất khử màu tăng lên đáng kể. 72 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Nếu giữ nhiệt độ cao (50oC) cho dung dịch sau điện phân thì hiệu suất khử màu có thể tăng lên. Nhưng về mặt kinh tế và yêu cầu thực tế thì không hợp lí do phải tiêu tốn nhiều năng lượng. 3.2.8. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NaCl ĐẾN HIỆU SUẤT KHỬ MÀU NOVARON YELLOW CR I=0.2A, pH=5.5, thời gian điện phân: 20 phút, [thuốc nhuộm] = 0.1000g/l Bảng 3.13: Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất khử màu [NaCl]g/l 0.4 1 2 3 H% 8.14 10.30 18.65 23.03 Ảnh hưởng nồng độ NaCl - H% 0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 [NaCl] (g/l) H % Hình 3.12: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến hiệu suất khử màu Bàn luận: hiệu suất khử màu tăng nhanh tuyến tính theo sự tăng của nồng độ NaCl. Giải thích: khi nồng độ NaCl tăng, độ dẫn điện của dung dịch tăng. Nếu cố định cường độ dòng điện qua dung dịch điện phân thì khi nồng độ NaCl tăng, lượng Cl- trong dung dịch nhiều hơn và khả năng tiếp xúc với điện cực cao hơn nên clo nguyên tử sinh ra nhiều hơn trên điện cực. Do đó hiệu suất khử màu sẽ tăng theo sự tăng của nồng độ NaCl. 73 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN 3.2.9. KHOẢNG KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ TRONG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM * pH = 3.5 - 5.5 * [Thuốc nhuộm]: 0.0100 – 0.0800 g/l * Cường độ dòng điện: 0.5 – 0.7 A * Thời gian điện phân: 20 – 40 phút Nồng độ NaCl sử dụng cho toàn bộ các thí nghiệm quy hoạch thực nghiệm là 0.4000g/l 3.3. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM VÀ TỐI ƯU HÓA 3.3.1. THUỐC NHUỘM NOVARON YELLOW CR 3.3.1.1. QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM Hàm mục tiêu y là hiệu suất khử màu thuốc nhuộm H%. Các yếu tố ảnh hưởng đến hàm mục tiêu là: x1: pH x2: nồng độ thuốc nhuộm ban đầu (g/l) x3: cường độ dòng điện I (A) x4: thời gian điện phân (phút) Bảng 3.14: Các mức các yếu tố Các yếu tố Các mức x1 x2 x3 x4 Mức cơ sở 4.5 0.0300 0.6 30 Khoảng biến thiên 1.0 0.0100 0.1 10 Mức trên (+) 5.5 0.0400 0.7 40 Mức dưới (-) 3.5 0.0200 0.5 20 Mô hình được chọn là mô hình tuyến tính: ŷ = bo + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + b12x1x2+ b13x1x3+ b14x1x4 + b23x2x3 + b24x2x4 + b34x3x4 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÙNG THỊ CẨM LOAN Thực nghiệm được thực hiện là thực nghiệm yếu tố toàn phần (TYP) : có k yếu tố và mỗi yếu tố có n mức (ở đây ta nghiên cứu 2 mức: cao và thấp) thì số thí nghiệm phải thức hiện là: N = nk = 24 =16 Bảng 3.15: Ma trận quy hoạch thực nghiệm với các yếu tố được viết dưới dạng mã hóa và các kết quả STT xo X1 x2 x3 x4 y 1 1 -1.0 -1.0 -1.0 -1.0 49.24 2 1 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 26.58 3 1 -1.0 1.0 -1.0 -1.0 32.90 4 1 1.0 1.0 -1.0 -1.0 12.39 5 1 -1.0 -1.0 1.0 -1.0 76.92 6 1 1.0 -1.0 1.0 -1.0 45.22 7 1 -1.0 1.0 1.0 -1.0 42.22 8 1 1.0 1.0 1.0 -1.0 25.06 9 1 -1.0 -1.0 -1.0 1.0 78.04 10 1 1.0 -1.0 -1.0 1.0 52.31 11 1 -1.0 1.0 -1.0 1.0 50.05 12 1 1.0 1.0 -1.0 1.0 23.95 13 1 -1.0 -1.0 1.0 1.0 88.11 14 1 1.0 -1.0 1.0 1.0 73.56 15 1 -1.0 1.0 1.0 1.0 65.15 16 1 1.0 1.0 1.0 1.0 42.97 17 1 0.0 0.0 0.0 0.0 42.10 18 1 0.0 0.0 0.0 0.0 43.60 19 1 0.0 0.0 0.0 0.0 41.11 Thí nghiệm 17, 18, 19 là ba thí nghiệm ở tâm phương sai tái hiện. Giá trị trung bình của thí nghiệm ở tâm phương án để xác định phương sai tái hiện. Giá trị trung b