Nghiên cứu tận dụng bã thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn và dong riềng để chế tạo than hoạt tính ứng dụng trong xử lý môi trường

Nghiên cu tn dng bã thi t quá trình sn xut tinh bt sn và dong ri ch to than hot tính ng dng trong x ng c i hc Khoa hc T nhiên Luchuyên ngành: Khoa hng; Mã s: 60 85 02 ng dn: PGS.TS Trn Th Hng o v: 2012 Abstract: Nghiên cu ch than hot tính t  . Tn dng cht thi( bã thi s ch to sn phm than hot tính có giá tr, góp phn ci thin u qu kinh t. Khc tính ca than, kho sát kh p ph c, và kho sát các yu t ng ti quá trình hp ph cu ch c. Keywords: Khoa hng; Than hot tính; Cht thi; X lý môi ng Content 1. M ĐU Mt trong các l      , ( ),    (                      )                 (   ,  ;         )  .  ,      ,                  .       ,               : than antraxit, , , , ng,[1, 2, 3, 4, 5]. Trong nghi  t                xanh metylen c vi các ni dung: 1) Nghiên cu ch than hot tính t ; 2) Khc tính ca than; và 3) Kho sát kh p ph xanh metylen trong c ca than ch to  chi phí ch to than. 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu, hóa chất, thiết bị -   sn (lc tinh), tinh bt dong ring       h -       xanh metylen (    pha t dung dch xanh metylen gc)  có   xanh metylen trong khong 20-100mg/L. - Hóa cht: Axit H 2 SO 4 c 98%; NaHCO 3 2%; - Thit b: n t, cân k thut: PA213/PA213C. Ohaus  M; Máy l; T sy: UBNB42700. Memmert  c; Lò nung: Lenton PO Box 2031 Hope Valley S33 6BW England; Máy trc quang UV- VIS: DR/4000U, HACH - M. -  xanh metylen trong các mc     heo ng chun) tc sóng 724nm. 2.2. Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính từ b sn, b dong riềng bằng hóa nhiệt Ch to than hot lý (nhit), kt hp git lý (nhic (xem hình 1). Hình 1. Quy trình ch to than hot tính t              , dong ring Bã , bã dong ring  khô t nhiên Ngâm trong axit H 2 SO 4 c 98% 1   t trong 3 gi  250 o C ng dung dch NaHCO 3 2% Ra bc cn pH = 7 Than sản phẩm T l axit/bã (theo khi 1:1; 1,2:1 và 1,5:1 ng vi các mu than CAS100, CAS120 và CAS150, CAD100, CAD120, CAD150.c tráng ra bc cn y khô      60  65oC. 2.3. Phƣơng pha ́ p khảo sát đặc tính than chê ́ ta ̣ o Nghiên cu s i cu trúc b mt vt liu sau bin tính bn t quét SEM (phòng thí nghim khoa Vi hc Khoa hc T nhiên   n t c gia tc bn th t 1  50 kV gia anot và catot ru kính hi t quét lên b mt mt trong bun t ng kính t 1  10nm n t 10-10  10-n b mt mn t vi các nguyên t trên b mt mn t th cc thu và chuyn thành nh biu th b mt vt liu. nh din tích b mi hc Bách khoa Hà Ni. 2.4. Phƣơng pha ́ p khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen Nghiên cu kh p ph c tin hành theo m vi ng than CAS150 ( 0,2 và 2mm) 0,1 và 0,2g/200 ml dung dch xanh metylen (  trong khong 20-100mg/L). Hn hp c cho vào bình tam giác 250 ml, lc vi t 150 vòng/phút  nhi phòng. Sau các khong thi gian 0; 10; 25; 55; 70; 85  115 phút, ly mt phn dung dc qua giy lng xanh metylen còn li trong dung dch. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả chế tạo than hoạt tính tƣ ̀ ba ̃ să ́ n Kt qu ch to c và hiu sut t ln nht khoi vi t l axit:bã 1,5:1 theo khng. So sánh vi vt liu ch to t than tre  nhi nung 900 o C hiu sut 49,5% thì hiu sut ch to than hot tính t  c là khá cao [4, 5]. 3.2. Kết quả khảo sát đặc tính của than chế tạo Tn m     c 2 và 0,2mm ( 2) c tính than (chp SEM và phân tích BET).   p SEM (h3)              ,                          ,              u. So sánh kt qu chp SEM ca mu than CAS 150 cho thy c l ca các mu than ch to t bã sn trong kho. Din tích b mc khá ln ng vi than c 0,2 và 2mm. So vi các cacbon hot hoá t các vt liu khác thì cacbon hot hoá t bã sn có din tích b mt riêng khá cao, ví d than ch to t bi bông có din tích b mt là ng vc ht 0,25 và 1,0mm; t thân c có din tích b mt là 188m 2 u phng là 208m/g, cây sn là 207m/g. 3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của than chế tạo Tin hành theo m vi 0,1g than hot tính CAS 150 2mm và 200 ml dung dch xanh metylen n 20; 40; 80 100 mg/L (xem hình 4). 2.       (a  than ch to; b- than kích c 2mm; c- than kc 0,2mm) a b c 3. (a) bã su và (b)   than   150 a b Kt qu cho thy kh p ph i gian, tht cân bng hp ph là khong 85 phút. Kt qu hiu sut hp ph xanh metylen ti thm cân bng hp ph  ng        20; 40; 80;  100 mg/    : 86,9; 84,9; 80 73,9%. So vi các nghiên cc hiu qu có thnhiu [6, 7, 8, 9]. 3.4. Kê ́ t qua ̉ xác định dung lƣợng hấp p hụ cực đại và động học quá trình hấp phụ ng hc quá trình hp ph xanh metylen theo sau: 𝑞 = (𝐶 𝑜 − 𝐶)𝑉 𝑚 𝑡 T q- ng hp ph ti thm cân bng (mg/g) C 0  n xanh metylen u (mg/L) C  n xanh metylen còn li c (mg/L) V  th tích dung dch hp ph (L) m t  khng than s dng hp ph (g) Kt qu thu c i vi quá trình hp ph ca than CAS 150   bng 1. Bng 1.     p ph xanh metylen ca mu than CAS150 C o (mg/L) C e (mg/L) q e (mg/g) 20 2,6 34 40 6,0 67 80 16,2 128 100 26,0 148 T kt qu bng 1 xây dng nhit hp ph Langmuir (hnh 5). 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 150 Nng độ xanh metylen cn lại sau hấp phụ (mg/L) Thi gian hấp phụ (pht) 20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) Hình 4. Kt qu kho sát kh p ph màu ca mu than CAS150 theo thi gian và n xanh metylen (0,1g/200ml dung dch xanh metylen) Hình 5. ng nhit hp ph Langmuir (a) và Freundlich (b) ca mu than CAS 150 (ng than 0,1g/200ml dung dch xanh metylen) T ng nhit hp ph Langmuir và Freundlich  trên, tính toán dung ng hp ph ci và các h s c(xem b2). Kt qu trên cho thy h s  2 là rt cao, chng t c u phù hp vi kt qu thc nghim. Theo mô hình Langmuir thng hp ph p ci là khá cao (234,7mg/g)                      160,3mg/g[5]. y = 0.042x + 0.626 R² = 0.995 0 0.5 1 1.5 2 0 10 20 30 Ce/qe Ce(mg/L) y = 0.639x + 0.300 R² = 0.983 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 0.5 1 1.5 lgqe lgCe 2.  Langmuir và Freundlich  CAS 150 Langmuir Freundlich Q 0 (mg/g) b R 2 n k f R 2 234,7 0,068 0,9953 1,562 1,9952 0,9873 Freundlich có giá tr   1,562           hiu qu vì theo Sandro Altenor và nnk (2009) t s nghiên cu khác ch ra rng giá tr n nm trong khop ph tt [7, 9, 10]. 3.5. Kê ́ t qua ̉ kha ̉ o sa ́ t kha ̉ năng hâ ́ p phu ̣ xanh metylen theo khô ́ i lƣơ ̣ ng và kích thƣớc than Nghiên cu kh p ph c tin hành theo m vi 0,1 0,2   150    2mm và 200 ml dung d   20; 40; 80 100 mg/L (xem b3).      (0,2g/200ml dung dch xanh metylen )      t,      20 và 40 mg/         100% ng sau 85 và 115 phút. 3.  150 Thơ ̀ i gian hâ ́ p phu ̣ (pht) 0 10 25 55 70 85 115 Nô ̀ ng đô ̣ xanh metylen (mg/L) 0,1g than 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,8 19,3 15,4 10,6 6,0 5,9 80 69,4 54,2 39,3 29,8 16,2 16,1 100 86,3 63,6 43,7 35,7 26,1 25,9 0,2g than 20 10,3 6,7 2,4 0,4 - - 40 17,1 12,5 5,6 2,1 0,9 - 80 45,8 39,6 10,7 8,5 2,2 0,8 100 63,2 57,4 19,6 13,5 5,4 1,8 4.             ( xanh metylen)        CAS 150 (  /        1g/200ml) Thơ ̀ i gian hâ ́ p phu ̣ (pht) 0 10 25 55 70 85 115 Nô ̀ ng đô ̣ xanh metylen cn lại (mg/L) 2mm 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,8 19,3 15,4 10,6 6,1 5,9 80 69,4 54,2 39,3 29,7 16,2 16,1 100 86,3 63,6 43,7 35,7 26,08 25,9 Nô ̀ ng đô ̣ xanh metylen cn lại (mg/L) 0,2mm 20 1,53 0 - - - - 40 9,13 5,96 0 - - - 80 57,25 35,19 15,125 9,46 4,05 0,8 100 60,65 48,35 20,76 12,54 3,75 1,2                i thí nghim tin hành theo m vng than CAS150 là 0,1gam,  2mm và 0,2mm trong 200ml dung d   20; 40; 80 100 mg/L.                        . V     0,2 mm,                     100% ch sau 55 phút, trong khi than 2mm có tht cân bng khong sau 85 phút  u kin thí nghim. 3.6. Than chê ́ ta ̣ o tƣ ̀ ba ̃ dong riê ̀ ng          (xanh metylen)    Tin hành thí nghim hp ph theo m vi 2g than hot tính và 200 ml dung dch xanh metylen n ng 20; 40; 80  100 mg/L, khuy t  nhi phòng vi t 150 vòng/phút, sau các khong thi gian 0; 5; 15; 30; 45; 60  90 phút ly giy dch lc qua giy lc. Kt qu khc th hin  bng 10. Bng 5. Kt qu kho sát kh p ph màu (xanh metylen) theo th          Nng độ dung dịch xanh metylen còn lại (mg/L) Thi gian (phút) Mẫu than(2g) 0 15 30 45 60 90 CAD 100 20 16,2 9,6 5,7 4,2 3,8 40 29,3 18,9 13,2 7,8 7,2 80 41,5 33,2 24,7 18,1 14,8 100 50,3 37,3 28,8 24,3 23,9 CAD 120 20 14,3 12,6 7,4 1,3 0,8 40 25,2 20,7 15,7 5,3 4,3 80 37,9 27,7 20,7 12,2 12,8 100 56,5 40,6 25,3 22,5 21,8 CAD 150 20 17,2 9,3 5,7 0,7 0,4 40 25,7 19,7 15,4 4,4 6,9 80 35,2 24,8 19,6 11,6 11,1 100 51,6 36,3 24,8 18,8 18,2 T kt qu  bng 5 d th s ph thuc ca n màu (xanh metylen) còn li trong dung dch theo thi gian hp ph  các n c th hin  i  a) b) c) 5.             ( xanh metylen)                : 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Nng độ xanh metylen cn lại sau hấp phụ (mg/L) Thi gian hấp phụ (pht) 20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Nng độ xanh metylen cn lại sau hấp phụ (mg/L) Thi gian hấp phụ (pht) 20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 Nng độ xanh metylen cn lại sau hấp phụ (mg/L) Thi gian hấp phụ (pht) 20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) [...]... phí cần để thu được 1kg than CAS 150 là: 9.000đ + 1080đ + 10.305đ = 20.385đ 3.7.2 Chi phí chế tao than từ bã dong riềng ̣ Hiệu suất chế tạo than CAD120 đạt được là 64,57% => sản xuất 1kg than cần 1,6kg bã dong riề ng Tỷ lệ axit H2 SO4 /bã dong riề ng để điều chế than CAD 120 là 100% về khối lượng => xử lý 1kg bã dong riề ng cần 500 ml dung dịch axit H2 SO4 đặc 98% Vậy xử lý 1,6kg bã dong riề... suấ t hấ p phu ̣ than tăng khi tăng khố i lượng than - Chi phí tính toán sơ bộ cho thấy giá sản xuất 1kg than hoạt tính từ bã dong riềng là 19.265đ, từ bã sắn củ là 20.385đ điều này cho thấy việc tận dụng bã thải từ quá trình sản xuấ t tinh bô ̣t để đ iều chế than hoạt tính vừa đem lại lợi ích kinh tế vừa đem lại lợi ích về mặt môi trường, mặt khác giá thành than thành phẩm... một số loại than hoạt tính được chế tạo từ các nguồn vật liệu như là vỏ dừa, tre, vỏ quả sầu riêng… Khuyế n nghị: - Từ các kết quả đạt được và một số điều kiện về thời gian và không gian tiến hành thí nghiệm, cũng như giới hạn của luận văn có thể đưa ra một số kiến nghị như sau: - Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã sắ n và bã dong riề ng bằng các phương pháp điều chế than hoạt tính... khác nhau, có thể áp dụng các quy trình điều chế than của các nguồn nguyên liệu đã có trước đây, đặc biệt lưu ý tới các phương pháp vật lý điều chế than - Khảo sát khả năng hấp phụ của than điều chế được với nhiều đối tượng khác như các VOC S để thấy khả năng ứng dụng của nó trong xử lý môi trường Khảo sát khả năng hấp phụ màu trong nước thải thực tế tại các nhà máy nước thải dệt nhuộm References... xuấ t tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng là rất sẵn có tại các làng nghề chế ̀ biế n nông sản như làng nghề xã Dương Liễu ; vì vậy nếu sản xuất ở quy mô lớn thì chi phí sản xuất sẽ giảm và lợi ích thu được cho xã hội sẽ càng tăng cả về mặt kinh tế cũng như môi trường KẾT LUẬN Từ các kết quả nghiên cứu có thể đưa ra một số kết luận sau: - Chế tạo than từ bã sắn đạt được tương ứng là... của than CAD 150 là 74,6% 3.7 Tính toán sơ bộ chi phí chế tạo than 3.7.1 Chi phí chế tao than từ bã sắ n ̣ Hiệu suất chế tạo than CAS150 đạt được là 56,8% => sản xuất 1kg than cần 1,8kg bã sắ n Tỷ lệ axit H2 SO4 /bã sắ n để điều chế than CAS150 là 100% về khối lượng => xử lý 1kg bã sắ n cần 500 ml dung dịch axit H 2SO4 đặc 98% Vậy xử lý 1,8kg bã sắ n củ cần : 900 ml dung dịch axit H2SO4... 4 Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương Điều chế và nghiên cứu khả năng hấp phụ của than tre hoạt tính Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Kỷ niệm 50 năm thành lập Khoa Hoá học, Nhà xuất bản Đại học Quốc, Hanoi (2006) pp 32-37 5 Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hoà Nghiên cứu hấp phụ màu /xử lý COD trong nước thải nhuồm bằng cacbon hoạt hoá chế tạo từ bụi bông Tạp chí Khoa học - Khoa học Tự nhiên và Công... chi phí cần để thu được 1kg than CAD 120 là: 8.000đ + 960đ + 10.305đ = 19.265đ Nếu sản xuất trên quy mô công nghiệp (tính toán đến cả chi phí nhân công) ta có thể bán than với giá khoảng 23.000đ/kg Trong khi đó so sánh với giá bán than từ vỏ dừa Trà Bắc bán trên thị trường là 25.000đ/kg, thì đây là một giá bán vẫn có tinh ca ̣nh tranh trên thi trường Đồng thời ̣ ́ nguồn bã thải từ quá... 0.199 R² = 0.992 lgCe b) Mẫu than CAD 120 lgqe y = 0.450x + 0.329 R² = 0.974 y = 0.450x + 0.329 R² = 0.974 lgCe c) Mẫu than CAD 150 Hình7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than chế tạo tư bã dong riề ng ̀ Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở trên, tính toán dung lượng hấp phụ cực đại và các hệ số của phương trình Langmuir và Freundlich Được b ảng kết... Mẫu than CAD 100 y = 0.097x + 0.769 R² = 0.961 qe b) Mẫu than CAD 120 Ce/qe y = 0.097x + 0.509 R² = 0.930 qe c) Mẫu than CAD 150 Hình 6 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng Kết quả đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than CAD100; CAD120 ; CAD150 theo thực nghiệm: lgqe y = 0.867x - 0.310 R² = 0.988 y = 0.867x - 0.310 R² = 0.988 lgCe a) Mẫu than . Nghiên cu tn dng bã thi t quá trình sn xut tinh bt sn và dong ri ch to than hot tính ng dng trong x ng. dung: 1) Nghiên cu ch than hot tính t ; 2) Khc tính ca than; và 3) Kho sát kh p ph xanh metylen trong c ca than ch