Đánh giá hiệu quả sử dụng và khả năng biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa trong việc xử lý toluen từ ngành công nghiệp sơn bằng phương pháp hấp phụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP Đánh giá hiệu sử dụng khả biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa việc xử lý toluen từ ngành công nghiệp sơn phương pháp hấp phụ NGUYỄN THỊ TRANG trang.nt175263@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hố học Chun ngành Q trình – Thiết bị Cơng nghệ Hố học Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Vũ Tùng Lâm Bộ mơn: Q trình – Thiết bị Cơng nghệ Hố Thực phẩm Kỹ thuật Hố học Viện: HÀ NỘI, 8/2022 VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên: Nguyễn Thị Trang Lớp: KTHH 03 I MSSV: 20175263 Khóa: 62 Đầu đề nghiên cứu Đánh giá hiệu sử dụng khả biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa việc xử lý Toluen từ ngành công nghiệp sơn phương pháp hấp phụ II Nội dung phần thuyết minh 1) Lời mở đầu 2) Chương 1: Tổng quan 3) Chương 2: Thực nghiệm 4) Chương 3: Kết 5) Chương 4: Kết luận 6) Tài liệu tham khảo III Cán hướng dẫn: TS Trần Vũ Tùng Lâm IV Ngày giao nhiệm vụ: 17/03/2022 V Ngày phải hoàn thành: 10/08/2022 Phê duyệt Bộ môn Ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy mơn Q Trình Thiết bị đồng ý hỗ trợ em thực luận văn môn Em xin cảm ơn thầy Trần Vũ Tùng Lâm tin tưởng giao cho em đề tài Em cảm ơn thầy ln giúp đỡ em lúc em gặp khó khăn q trình thực thí nghiệm Em xin cảm ơn cán phịng thí nghiệm Viện Kĩ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em trình làm thực nghiệm Em xin gửi lời cảm ơn tới bạn, nghiên cứu phịng thí nghiệm mơn Q Trình Thiết Bị; Hố Dầu; Silicat; PolymerComposite Giấy nhiệt tình giúp đỡ em trình tìm tài liệu làm thực nghiệm Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Toluene Một số tính chất ứng dụng Toluene Nguồn phát thải độc tính Toluen 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Khái niệm Hấp phụ vật lý hấp phụ hoá học Cân hấp phụ hoạt độ hấp phụ Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Động học hấp phụ 1.3 Vật liệu hấp phụ Than hoạt tính cấu trúc bề mặt Cấu trúc hố học cacbon hoạt tính[2] Cấu trúc xốp cacbon hoạt tính Cấu trúc hoá học bề mặt than hoạt tính 10 1.4 Phương pháp chế tạo than hoạt tính 11 Than hoá nguyên liệu thực vật 11 Hoạt hoá than nguyên liệu: 12 1.5 Biến tính bề mặt than hoạt tính dung dịch axit, bazo 13 1.6 Cấu trúc đề tài 14 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 15 2.1 Thiết bị hoá chất nghiên cứu 15 Sơ đồ thiết bị hấp phụ Toluen 15 Thiết bị dụng cụ thí nghiệm 17 Hoá chất nguyên liệu 17 2.2 Quy trình thực nghiệm chế tạo vật liệu 18 Làm than hoạt tính 18 Biến tính vật liệu 18 Phương pháp nghiên cứu 20 CHƯƠNG KẾT QUẢ 23 3.1 Khảo sát khả hấp phụ Toluen than hoạt tính 23 3.2 Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ phù hợp với q trình 27 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir : 28 Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich : 28 3.3 Nghiên cứu mơ hình động học hấp phụ phù hợp với trình 30 Động học biểu kiến bậc 30 Động học biểu kiến bậc 31 3.4 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính dung dịch NaOH ; H2SO4 điều kiện khác 32 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch biến tính tới khả hấp phụ than hoạt tính 33 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch biến tính đến khả hấp phụ than hoạt tính 37 3.5 Khảo sát khả hấp phụ Toluen than hoạt tính dạng vải nhiệt độ khác 40 CHƯƠNG KẾT LUẬN 43 4.1 Kết luận 43 4.2 Hướng phát triển đồ án tương lai 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 45 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tiêu chí phân biệt hấp phụ hố học hấp phụ vật lý Bảng 1.2 Thành phần hố học than hoạt tính[6] Bảng 3.1 Hoạt độ hấp phụ đo nhiệt độ suc khí 5℃ 23 Bảng 3.2 Hoạt độ hấp phụ đo nhiệt độ suc khí 10℃ 24 Bảng 3.3 Hoạt độ hấp phụ đo nhiệt độ sục khí 15℃ 24 Bảng 3.4 Hoạt độ hấp phụ đo nhiệt độ sục khí 20℃ 24 Bảng 3.5 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A0 33 Bảng 3.6 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A11 34 Bảng 3.7 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A12 34 Bảng 3.8 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A21 36 Bảng 3.9 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A22 36 Bảng 3.10 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A13 38 Bảng 3.11 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A23 39 Bảng 3.12 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 5℃ 40 Bảng 3.13 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 10℃ 40 Bảng 3.14 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 15℃ 41 Bảng 3.15 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 20℃ 41 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ tả q trình hấp phụ lên bề mặt xốp[3] Hình 1.2 Than hoạt tính dạng hạt (hình a); dạng vải (hình b); dạng bột (hình c); dạng viên, viên nén (hình d) [7] Hình 1.3 Cấu trúc lỗ xốp than hoạt tính [8] 10 Hình 1.4 Nhóm chức bề mặt than hoạt tính[9] 11 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm 15 Hình 2.2 Hệ thống hấp phụ phịng thí nghiệm 17 Hình 2.3 Than hoạt tính dạng hạt(hình a); dạng vải (hình b) 18 Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn hoạt độ hấp phụ theo thời gian 5℃ 25 Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn hoạt độ hấp phụ theo thời gian 10℃ 25 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn hoạt độ hấp phụ theo thời gian 15℃ 26 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn hoạt độ hấp phụ theo thời gian 20℃ 26 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ P/qe P 28 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ln(qe) ln(P) 29 Hình 3.7 Đường đẳng nhiệt Hấp phụ Langmuir 30 Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ln(qe – qt) t 31 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ t/qt t 32 Hình 3.10 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A11; A12 35 Hình 3.11 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A21; A22 37 Hình 3.12 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A12; A13 38 Hình 3.13 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A22; A23 39 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu số 01 mẫu số 02 42 LỜI MỞ ĐẦU Toluen, hay gọi methylbenzene hay phenylmethan, chất lỏng suốt, khơng hồ tan nước Toluen hydrocacbon thơm sử dụng rộng rãi làm dung môi công nghiệp Nó chủ yếu dùng làm dung mơi hồ tan nhiều loại vật liệu sơn, loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, cao su, chất kết dính, Vv Bên cạnh ứng dụng quan trọng cơng nghiệp, Toluen có tác động nguy hiểm người Tiếp xúc với Toluen gây triệu chứng đau đầu, chóng mặt, buồn nôn lẫn lộn, ý thức, hôn mê, ,… Tiếp xúc với Toluen thời gian dài gây ảnh hưởng đến gan, thận hệ thần kinh trung ương Vì cần có biện pháp để giải vấn đề nhằm đảm bảo sức khoẻ cho người đặc biệt người lao động lĩnh vực sản xuất sơn, nhựa, mực in Hiện nay, có nhiều phương pháp để xử lý Toluen, ví dụ phương pháp oxy hố nhiệt, hấp phụ, hấp thụ màng lọc sinh học,… Trong hấp phụ sử dụng rộng rãi phương pháp có khả xử lý khí cao với chi phí thấp với vật liệu hấp phụ đa dạng than hoạt tính, nhơm oxit, silicagel, vv Trong than hoạt tính sử dụng rộng rãi thực tế diện tích bề mặt lớn, hệ thống lỗ vi mao quản phát triển, khả hoàn nguyên cao giá thành rẻ Tuy nhiên, than hoạt tính bán thị trường sử dụng đại trà cho việc loại bỏ khí bẩn nói chung chưa tối ưu hóa cho việc hấp phụ Toluen Vì khn khổ luận văn này, em chọn thực đề tài “Đánh giá hiệu sử dụng khả biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa việc xử lý Toluen từ ngành công nghiệp sơn phương pháp hấp phụ” với hy vọng vật liệu ứng dụng để kiểm soát, xử lý Toluen phát thải q trình cơng nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Toluen Toluen phát P.S.Pelletie P.Walter vào năm 1937 hai ông điều chế khí than nhựa từ thơng Vì thế, tên Toluen bắt nguồn từ tên Toluol, viết tắt “TOL”, tên nhựa Balsam vùng Nam Mỹ Danh pháp IUPAC Metylbenzen Một số tính chất ứng dụng Toluen Toluen chất lỏng thơm, suốt khơng màu, có độ nhớt thấp Ít tan nước, nhẹ nước mặt nước, độ hồ tan nước 160℃ 0.047g/100ml, cịn 150℃ 0.04g/100ml Toluen tan hồn tồn dung mơi hữu rượu, cồn, este, xeton, phenol,ete,… Toluen dung mơi hồ tan nhiều loại vật liệu tốt như: sơn, loại nhựa tạo màng cho sơn, mực in, chất hố học, cao su, chất kết dính, chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh, photpho iot Một số thông số Toluen[1]] - Khối lượng phân tử : 92.14 g/mol - Tỷ trọng : 0.8669 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy : -93℃ - Nhiệt độ sơi : 110.6℃ - Độ nhớt 20℃ : 0.590 cP Toluen hợp chất thuộc dãy đồng đẳng Benzen có cơng thức phân tử C7H8 tính chất hoá học Toluen tương tự Benzen Toluen tham gia phản ứng hoá học sau: phản ứng cộng, phản ứng thế, phản ứng oxi hoá Là hydrocacbon thơm có khả tham gia phản ứng điện tử Do có nhóm metyl mà hoạt tính Toluen lớn gấp 25 lần so với Benzen Đối với nghành cơng nghiệp hố chất Toluen chất sử dụng rộng rãi tính chất hố học tính chất vật lý Dưới số ứng dụng phổ biến nhất: - Dùng làm chất tẩy rửa, dùng sơn xe hơi, xe máy, sơn đồ đặc nhà Được sử dụng làm chất tẩy rửa sản xuất keo dán, sản phẩm loại, dùng keo dán cao su xi măng cao su có khả hoà tan tốt Làm phụ gia cho nhiên liệu chất cải thiện số octane xăng dầu Khi thêm lượng tương đối nhỏ hoá chất Toluen vào xăng dầu làm tăng đáng kể số octane nhiên liệu - Dùng để sản xuất thuốc nhuộm điều chế thuốc nổ TNT Ngoài ra, dung mơi cịn sử dụng y học, sản xuất mực in hay sản xuất nước hoa Nguồn phát thải độc tính Toluen Toluen dung mơi thơm phổ biến tìm thấy keo, mực, thuốc nhuộm, sơn mài, thuốc tẩy,…và tiêu thụ nhiều nghành sản xuất sơn Đối với nghành sản xuất sơn nguồn phát thải Toluen đến từ công đoạn ủ, nghiền, pha sơn dây chuyền sản xuất Toluen xếp vào nhóm hợp chất hữu dễ bay với áp suất bão hoà 25℃ 3762,191(Pa) Tiếp xúc nghề nghiệp với Toluen gây bệnh nhiễm độc cấp tính mãn tính   - - Nhiễm độc cấp tính có triệu chứng sau đây: Đau đầu, chóng mặt, buồn nơn, nơn, ý thức, mê, trí nhớ; Giảm sức nghe; Viêm phổi; Bỏng, viêm kết mạc, giác mạc, mù màu; Viêm gan nhiễm độc; Viên cầu thận Tổn thương tim mạch: gây loạn nhịp tim ngoại tâm thu[2] Nhiễm độc mãn tính: dựa vào nồng độ toluen môi trường lao động vượt giới hạn tiếp xúc ca làm việc theo tiêu chuẩn vệ sinh cho phép Bệnh xuất sau tiếp xúc tháng phát bệnh sau ngừng tiếp xúc sau 15 năm Bệnh lý não mãn tính ( nhiễm độc dung mơi hữu bao gồm Toluen xylen): trầm cảm, dễ cáu giận, giảm tập trung ý, giảm trí nhớ, giảm tập trung, lực trí tuệ nghiêm trọng Tổn thượng tim mạch, tổn thương ống thận[2] 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Hiện có nhiều phương pháp xử lý khí thải phổ biến, ví dụ như: phương pháp hấp thụ, hấp phụ, phương pháp sinh học, phương pháp ướt, phương pháp thiêu đốt, phương pháp ngưng tụ Dựa vào tính chất thành phần khí thải mà ta lựa chọn phương pháp xử lý khí cho hiệu Trong khuôn khổ đồ án này, với đối tượng Toluen có khí thải cần phải loại bỏ phương pháp xử lý phù hợp phương pháp hấp phụ khí Đây phương pháp có khả làm khí cao, hiệu xử lý 90%, giá thành xử lý thấp vật liệu hấp phụ có khả hồn ngun, tiết kiệm chi phí xử lý cho nhà máy Vì phần em tập trung giới thiệu phương pháp hấp phụ Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ln(qe-qt) t ln(qe-qt) y = -0,0285x + 5,8104 R² = 0,9421 y = -0,0337x + 5,5442 y = -0,0898x + 5,7485 R² = 0,8799 y = -0,0675x + 5,8155 R² = 0,9454 R² = 0,9716 0 10 20 30 40 độ C 10 độ C 50 60 15 độ C 20 độ C 70 80 90 t(phút) Hình 3.8 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ln(qe – qt) t Dựa vào phương pháp tính tốn trình bày phần b mục 2.2.3 ta xác định thông số phương trình động học bậc 1, kết trình bày bảng đây: Xác định k1( số tốc độ) 2,85*10-2 R2 (hệ số tương quan) 0,9421 Nhiệt độ (℃) 10 15 20 3,37*10-2 6,75*10-2 8,98*10-2 0,8799 0,9716 0,9454 Nhận xét: Giá trị số tốc độ biểu kiến bậc (k1) xác định từ hệ số góc đường hồi quy tuyến tính giá trị hệ số tương quan (R2) phép hồi quy tuyến tính cho thấy, việc khảo sát nhiệt độ sục khí khác nhau, hệ số tương quan phương trình hồi quy tuyến tính ln(qeqt) t cao (0,8799-0,9716) Điều khẳng định mơ hình động học bậc mơ tả tốt số liệu thực nghiệm Khi nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng dần, nhiệt độ tăng áp suất tăng mà áp suất tăng nồng độ tăng Động học biểu kiến bậc Xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ t/qt t 31 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ t/qt t 25 y = 0,0774x + 13,411 R² = 0,8725 20 y = 0,1347x + 5,0076 R² = 0,7397 t/qt 15 y = 0,102x + 4,473 R² = 0,8872 10 y = 0,1137x + 3,575 R² = 0,8308 0 20 40 60 80 100 120 t (phút) độ C 10 độ C 15 độ C 20 độ C Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ t/qt t Dựa vào mục 2.2.3 Phương pháp tính tốn trình bày chương cách xác định thông số phương trình động học bậc Từ đồ thị ta xác định thông số, kết trình bày bảng : Xác định k2 ( số tốc độ) R2 (hệ số tương quan) Nhiệt độ (℃) 10 15 20 0,45*10-3 3,62*10-3 2,33*10-3 3,616*10-3 0,8725 0,7397 0,8872 0,8308 Nhận xét: So sánh hệ số tương quan hai mơ hình động học, ta nhận thấy hệ số tương quan R2 mơ hình động học bậc hai nằm khoảng giá trị (0,7397-0,8872) thấp hệ số tương quan R (0,8799-0,9716) mơ hình động học bậc Vì mơ hình động học bậc mơ hình phù hợp với số liệu thực nghiệm 3.4 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính dung dịch NaOH ; H2SO4 điều kiện khác Ở mục 3.2 ta nhận thấy được, nhiệt độ sục khí 15℃ cho khả hấp phụ đạt hoạt độ cao nhất, dịng khí N2/Toluen tạo ổn định nên mục 3.3 ta thực thí nghiệm điều kiện nhiệt độ sục khí = 15℃ 32 Muốn so sánh khả hấp phụ khí N2/Toluen than hoạt tính trước sau biến tính có thay đổi rõ rệt hoạt độ hấp phụ ta cần khảo sát khả hấp phụ khí mẫu than hoạt tính rửa nước nhằm làm tiêu chuẩn để so sánh khả hấp phụ mẫu than biến tính Than hoạt tính sau đun sơi 2h, sau rửa nước cất sấy khô nhiệt độ 105℃ 4h đem đập, nghiền nhỏ than để sử dụng Đánh dấu mẫu mẫu A0 Ta tiến hành cân 0,2 g mẫu nghiền nhỏ, ta đem nhồi vào cột hấp phụ Tiếp đến ta sấy vật liệu khí N2 60 phút Sau tiến hành q trình hấp phụ với lưu lượng khí sục q = 60(ml/min) Quá trình hấp phụ kết thúc khối lượng cột hấp phụ không thay đổi, ta thu giá trị thực nghiệm xử lý bảng đây: Bảng 3.5 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A0 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 70 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,663 64,664 64,674 64,675 64,703 64,711 64,714 64,714 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,178 0,179 0,189 0,19 0,218 0,226 0,229 0,229 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,006 0,062 0,067 0,225 0,270 0,287 0,287 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ dung dịch biến tính tới khả hấp phụ than hoạt tính Biến tính than hoạt tính dung dịch NaOH ; H2SO4 nồng độ khác nhiệt độ biến tính 30℃ a) Khảo sát khả hấp phụ than hoạt tính biến tính dung dịch NaOH nồng độ 1M ; 10M Vật liệu biến tính dung dịch NaOH 1M nhiệt độ 30℃ Sau 6h biến tính ta đem lọc, rửa than nước cất sấy khô 105℃ Sau sấy khô vật liệu xong ta đem đập, nghiền vật liệu Đánh dấu mẫu vật liệu A11 Thực tương tự, biến tính vật liệu dung dịch NaOH có nồng độ 10M Mẫu vật liệu ta ký hiệu A12 Sau thực q trình hấp phụ khí N2/Toluen hai mẫu vật liệu ta thu bảng số liệu đây: 33 Bảng 3.6 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A11 Mẫu vật liệu A11 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,647 64,653 64,663 64,67 64,688 64,694 64,694 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,036 0,096 0,138 0,246 0,281 0,281 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,167 0,173 0,183 0,19 0,208 0,214 0,214 Bảng 3.7 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A12 Mẫu vật liệu A12 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,639 64,647 64,66 64,674 64,678 64,678 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,16 0,168 0,181 0,195 0,199 0,199 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,050 0,131 0,219 0,244 0,244 Lập bảng so sánh khả hấp phụ hai mẫu A11 A12 So sánh khả hấp phụ mẫu A0,A11,A12 Mẫu Mẫu A0 Mẫu A11 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,287 0,281 Mẫu A12 0,244 34 So sánh khả hấp phụ mẫu A0;A11;A12 0,300 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,280 Mẫu A0 0,287 Mẫu A11 0,281 0,260 0,240 Mẫu A12 0,244 0,220 0,200 Hình 3.10 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A11; A12 Từ biểu đồ ta nhận thấy khả hấp phụ khí N2/Toluen mẫu biến tính NaOH nồng độ 1M 10M có thay đổi Cả hai mẫu A11 A12 có hoạt độ hấp phụ thấp so với mẫu ban đầu (A0) Mẫu A11 có hoạt độ 0,281(g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287(g/g) than sau biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 2,09% Mẫu A12 có hoạt độ 0,244(g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287(g/g) than sau biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 14,98% Ta nhận thấy rằng, nồng độ dung dịch biến tính có ảnh hưởng lớn đến khả hấp phụ Toluen Dung dịch NaOH lỗng hay đặc cho khả hấp phụ thấp b) Khảo sát khả hấp phụ than hoạt tính biến tính dung dịch H2SO4 nồng độ 1M; 10M Vật liệu biến tính dung dịch H2SO4 nhiệt độ 30℃ Sau 6h biến tính ta đem lọc, rửa than nước cất sấy khô 105℃ Sau sấy khô vật liệu xong ta đem đập, nghiền vật liệu Đánh dấu mẫu vật liệu A21 Thực tương tự, biến tính vật liệu dung dịch H2SO4 có nồng độ 10M Mẫu vật liệu ta ký hiệu A22 Sau thực trình hấp phụ khí N2/Toluen hai mẫu vật liệu ta thu bảng số liệu đây: 35 Bảng 3.8 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A21 Mẫu vật liệu A21 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 70 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,648 64,653 64,661 64,672 64,68 64,689 64,695 64,695 Khối lượng than hoạt tính m(g) 0,169 0,174 0,182 0,193 0,201 0,21 0,216 0,216 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,030 0,077 0,142 0,189 0,243 0,278 0,278 Bảng 3.9 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A22 Mẫu vật liệu A22 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,66 64,666 64,674 64,687 64,699 64,7 64,7 Khối lượng than hoạt tính m(g) 0,18 0,186 0,194 0,207 0,219 0,22 0,22 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,033 0,078 0,150 0,217 0,222 0,222 Lập bảng so sánh khả hấp phụ mẫu So sánh khả hấp phụ mẫu A0,A21,A22 Mẫu Mẫu A0 Mẫu A21 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,287 0,278 Mẫu A22 0,222 36 So sánh khả hấp phụ mẫu A0; A21;A22 0,300 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,250 0,200 Mẫu A0 0,287 Mẫu A21 0,278 0,150 Mẫuu A22 0,222 0,100 0,050 0,000 Hình 3.11 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A21; A22 Nhận xét: Khả hấp phụ mẫu giảm phụ thuộc vào nồng độ dung dịch H2SO4 Mẫu A21 có hoạt độ 0,278 (g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287 (g/g) than sau biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 3,13% Mẫu A22 có hoạt độ 0,222 (g/g) so với mẫu ban đầu (A0) 0,287(g/g) than sau biến tính có hoạt độ hấp phụ giảm 22,64% Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch biến tính đến khả hấp phụ than hoạt tính Từ kết nghiên cứu mục 3.3.2 ta thấy nồng độ dung dịch biến tính ảnh hưởng lớn tới khả hấp phụ khí N2/Toluen Cụ thể nồng độ dung dịch cao (10M) khả hấp phụ khí N2/Toluen than hoạt tính giảm Vậy câu hỏi đặt điều kiện biến tính, dung dịch 10M tăng nhiệt độ lên khả hấp phụ than hoạt tính nào? Ta tiếp tục tiến hành thí nghiệm biến tính vật liệu dung dịch NaOH/H2SO4 nồng độ 10M nhiệt độ dung dịch từ 30 ℃ thay đổi 70℃ với mục đích nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch đến khả hấp phụ khí N2/Toluen than hoạt tính 37 a) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch biến tính NaOH 10M 70℃ Vẫn giữ nguyên thao tác thực biến tính, điều kiện biến tính thay đổi thông số nhiệt độ dung dịch mà thơi Mẫu vật liệu sau biến tính đánh dấu A13 Sau tiến hành hấp phụ mẫu A13 ta thu bảng số liệu đây: Bảng 3.10 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A13 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,665 64,671 64,684 64,697 64,706 64,712 64,712 Hoạt độ hấp Lượng than hoạt tính hấp phụ phụ Wt(g) (g/g) 0,183 0,000 0,189 0,033 0,202 0,104 0,215 0,175 0,224 0,224 0,23 0,257 0,23 0,257 So sánh khả hấp phụ mẫu A0; A12; A13 0,300 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,280 Mẫu A0 0,287 0,260 0,240 Mẫu A12 0,244 Mẫu A13 0,257 0,220 0,200 Hình 3.12 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A12; A13 Nhận xét: Mẫu A13 biến tính 70℃ có hoạt độ hấp phụ 0,257(g/g) so với mẫu A12 biến tính 30℃ có hoạt độ hấp phụ 0,244 (g/g) tăng 5,05% Điều chứng tỏ mẫu phải biến tính nhiệt độ cao, 38 phản ứng NaOH nhóm chức bề mặt cacbon-oxi xảy ra, hàm lượng oxy bề mặt than giảm khả hấp phụ mẫu tăng b) Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ dung dịch biến tính H2SO4 10M 70℃ Vẫn giữ nguyên thao tác thực biến tính, điều kiện biến tính thay đổi thơng số nhiệt độ dung dịch mà Mẫu vật liệu sau biến tính đánh dấu A23 Bảng 3.11 Hoạt độ hấp phụ thay đổi theo thời gian mẫu A23 STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 70 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,652 64,655 64,659 64,666 64,677 64,687 64,692 64,692 Hoạt độ hấp Lượng than hoạt tính hấp phụ phụ Wt(g) (g/g) 0,173 0,000 0,176 0,017 0,18 0,040 0,187 0,081 0,198 0,145 0,208 0,202 0,213 0,231 0,213 0,231 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0;A22;A23 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,300 0,250 0,200 0,150 Mẫu A0 0,287 Mẫu A22 0,222 Mẫu A23 0,231 0,100 0,050 0,000 Hình 3.13 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu A0; A22; A23 Nhận xét: Mẫu A23 có hoạt độ hấp phụ 0,231 (g/g) so với mẫu A22 có hoạt độ hấp phụ 0,222(g/g) tăng 0,9% tăng nhẹ, tăng không đáng kể Điều chứng minh biến tính dung dịch H2SO4 khơng chịu ảnh hưởng nhiệt độ 39 3.5 Khảo sát khả hấp phụ Toluen than hoạt tính dạng vải nhiệt độ khác Với mục đích so sánh hiệu làm việc dạng than hoạt tính khác nhau, thí nghiệm hấp phụ động tiến hành với mẫu than hoạt tính dạng vải điều kiện tương tự mẫu than hoạt tính gáo dừa Cụ thể, ta tiến hành cắt mẫu thành sợi nhỏ, đem cân 0,2g mẫu Sau nhồi mẫu vào cột hấp phụ Tiếp theo, ta tiến hành sấy 60 phút, sau sấy xong ta hấp phụ khí N2/Toluen mẫu Các thơng số làm việc trình sấy hấp phụ tương tự mục 3.1.Thực hấp phụ khí N2/Toluen mẫu nhiệt độ sục khí khác Để thuận tiện cho việc phân tích so sánh mẫu than hoạt tính dạng hạt dạng vải, ta đánh dấu mẫu than là: mẫu 01 than dạng hạt; mẫu 02 than dạng vải Sau hấp phụ khí N2/Toluen mẫu 02 ta thu kết đo hoạt độ hấp phụ nhiệt độ khác Và trình bày bảng Bảng 3.12 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 5℃ STT Thời gian t (phút) 10 11 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,618 64,622 64,625 64,634 64,638 64,64 64,645 64,652 64,658 64,663 64,663 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,142 0,146 0,149 0,158 0,162 0,164 0,169 0,176 0,182 0,187 0,187 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,028 0,049 0,113 0,141 0,155 0,190 0,239 0,282 0,317 0,317 Bảng 3.13 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 10℃ STT Thời gian t (phút) 10 20 30 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,623 64,633 64,641 64,649 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,143 0,153 0,161 0,169 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,070 0,126 0,182 40 STT Thời gian t (phút) 10 40 50 60 70 80 90 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,652 64,656 64,663 64,669 64,674 64,674 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,172 0,176 0,183 0,189 0,194 0,194 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,203 0,231 0,280 0,322 0,357 0,357 Bảng 3.14 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 15℃ STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 70 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,619 64,622 64,624 64,643 64,65 64,658 64,663 64,663 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,141 0,144 0,146 0,165 0,172 0,18 0,185 0,185 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,021 0,035 0,170 0,220 0,277 0,312 0,312 Bảng 3.15 Hoạt độ hấp phụ mẫu số 02 20℃ STT Thời gian t (phút) 10 20 30 40 50 60 Khối lượng cột hấp phụ m(g) 64,613 64,624 64,637 64,652 64,66 64,659 64,659 Lượng than hoạt tính hấp phụ Wt(g) 0,137 0,148 0,161 0,176 0,184 0,183 0,183 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,000 0,080 0,175 0,285 0,343 0,336 0,336 41 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu số 01 mẫu số 02 0,357 Hoạt độ hấp phụ (g/g) 0,4 0,317 0,35 0,3 0,272 0,281 0,294 0,336 0,312 0,277 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 Mẫu Mẫu số 01 Mẫu số 02 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh khả hấp phụ mẫu số 01 mẫu số 02 Nhận xét: Ở nhiệt độ sục khí 5℃ mẫu số 02 có hoạt độ hấp phụ tăng 14,19% so với mẫu số 01 Nhiệt độ sục khí 10℃ mẫu số 02 có hoạt độ hấp phụ tăng 21,28% so với mẫu số 01 Nhiệt độ sục khí 15℃ mẫu số 02 có hoạt độ hấp phụ tăng 5,76% so với mẫu số 01 Nhiệt độ sục khí 20℃ mẫu số 02 có hoạt độ hấp phụ tăng 17,55% so với mẫu số 01 Các kết cho thấy mẫu than hoạt tính dạng vải có hiệu tốt mẫu than hoạt tính gáo dừa truyền thống Với khối lượng riêng nhẹ độ linh động cao, than hoạt tính dạng vải có tiềm lớn việc sử dụng vào thiết bị lọc gọn nhẹ, dễ thay bảo trì 42 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận 1) Khảo sát khả hấp phụ Toluen than hoạt tính nhiệt độ khác Thời gian hấp phụ diễn nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ bình sục khí N2/Toluen Ở nhiệt độ sục khí 5℃, q trình hấp phụ xảy chậm, hấp phụ đạt trạng thái cân sau 100 phút Ở nhiệt độ sục khí 20℃ hấp phụ diễn nhanh hơn, sau 40 phút, hấp phụ đạt trạng thái cân Tại nhiệt độ sục khí 15℃, kết hoạt độ hấp phụ cao (q = 0,294 g/g), trình hấp phụ kết thúc sau 60 phút 2) Nghiên cứu mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Dựa vào kết thu sau xử lý số liệu thực nghiệm, ta nhận thấy mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir phù hợp với trình với hệ số tương quan R2=0,9919 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ dựa vào phương trình Langmuir tìm Đường đẳng nhiệt hấp phụ có hình dạng giống với đường loại I theo phân loại IUPAC Từ ta rút nhận xét rằng, liên kết Toluen than hoạt tính liên kết vật lý Điều có ý nghĩa việc nghiên cứu trình giải hấp Toluen than hoạt tính với mục đích hồn ngun than hoạt tính, giúp tiết kiệm chi phí xử lý khí 3) Nghiên cứu động học q trình Trong hai mơ hình động học bậc bậc hai, kết xử lý số liệu cho thấy mơ hình động học bậc mô tả tốt số liệu thực nghiệm với hệ số tương quan R2 (0,8799 – 0,9716) cao so với hệ số tương quan R2 (0,7397 – 0,8872) mô hình động học bậc Điều giải thích cho ta rằng, tốc độ hấp phụ phụ thuộc vào nồng độ chất bị hấp phụ Cho nên ta muốn trình diễn nhanh hay chậm cần tăng giảm nhiệt độ bình sục khí N2/Toluen 4) Biến tính dung dịch NaOH H2SO4  Trong điều kiện nhiệt độ dung dịch cố định 30℃, thay đổi nồng độ dung dịch (1M;10M) Ở nồng độ dung dịch 1M hay 10M khả hấp phụ mẫu than sau biến tính giảm so với mẫu ban đầu Có thể sau biến tính,, lỗ xốp than hoạt tính lấp đầy ion Na+/SO42- dẫn tới giảm diện tích bề mặt  Trong điều kiện nồng độ dung dịch cố định(10M); thay đổi nhiệt độ dung dịch (70℃) Kết cho ta thấy, hoạt độ hấp phụ mẫu xử lý NaOH/H2SO4 tăng so với mẫu biến tính nhiệt độ dung dịch 70℃ Trong mẫu biến tính NaOH cho khả hấp phụ cao mẫu biến tính H2SO4 Có thể q trình biến tính mẫu với NaOH nhiệt độ cao xảy phản ứng trao đổi ion anion 43 dung dịch với nhóm carboxylic (-COOH) bề mặt than hoạt tính, làm tăng diện tích bề mặt than, dẫn tới tăng hoạt độ hấp phụ 5) Khảo sát khả hấp phụ than hoạt tính dạng vải Từ kết thực nghiệm ta thấy, khả hấp phụ khí N2/Toluen than hoạt tính dạng vải cao so với than hoạt tính dạng hạt 4.2 Hướng phát triển đồ án tương lai Dựa vào số kết luận mà em thu thập thông qua q trình nghiên cứu, em đưa vài phương án nghiên cứu nhằm mục đích nâng cao khả xử lý Toluen than hoạt, cụ thể sau: Phương án 1: Biến tính than hoạt tính với dung dịch NaOH có nồng độ 10M, nhiệt độ 70℃ khoảng thời gian 8h; 12h; 24h Phương án 2: Biến tính than hoạt tính dạng vải với dung dịch NaOH có nồng độ 10M, nhiệt độ 70℃ khoảng thời gian 4h; 8h; 12h; 24h Ngồi ra, nghiên cứu sâu đặc tính hố vật liệu tiến hành để hiểu rõ tính chất bề mặt mẫu than hoạt tính 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Toluen gì? Tính chất ứng dụng cơng nghiệp(2020), từ https://ghgroup.com.vn/toluen-la-gi-tinh-chat-va-ung-dung-trong-cong-nghiep/, truy cập [10/08/2022] [2] Viện Sức khoẻ nghề nghiệp môi trường( 29/10/2017), từ https://bom.so/6NkUyU , truy cập [10/08/2022] [3] Sherman Burke(2017) The removal of dissolved substances from solution using adsorbents such as activated carbon, từ https://slideplayer.com/slide/12979321 , truy cập [10/08/2022] [4] Nguyễn Bin(2008) Các trình, thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Nguyễn Đức Vũ Quyên(2018) Nghiên cứu tổng hợp, biến tính vật liệu cacbon nano ống ứng dụng Luận án tiến sĩ hố học, chun nghành hố vơ cơ, trường Đại học Huế, Trường Đại Học Sư Phạm [6] Phạm Ngọc Anh(2010) Nghiên cứu kỹ thuật công nghệ chuyển hoá vật liệu chứa cacbon sản xuất cacbon hoạt tính Luận án tiến sỹ kỹ thuật, chuyên nghành q trình thiết bị cơng nghệ hố học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [7] ứng dụng than hoạt tính(2020), từ https://activatedcarbon.vn/ung-dungcua-than-hoat-tinh.htm , truy cập [10/08/2022] [8] Mohamed Nouri(2021) Potentials and challenges of date pits as alternative environmental clean-up ingredients Springer Review article [9] Mohammad Saled Shafeeyan, Wan Mohd Ashi Wan Daud, Amirhossein Houshmand, Ahmad Shamiri(2010) A review on surface modification of active carbon for carbon dioxide adsorption Journal of Analytical and Applied Pyrolysis [10] Vapor Pressure Estimates – Using Antoine Equation, từ https://vacuulan.com/vapor-pressure-estimates-antoine-equation/, truy cập [10/08/2022] 45 ... 20175263 Khóa: 62 Đầu đề nghiên cứu Đánh giá hiệu sử dụng khả biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa việc xử lý Toluen từ ngành công nghiệp sơn phương pháp hấp phụ II Nội dung phần thuyết minh... hiệu sử dụng khả biến tính than hoạt tính có nguồn gốc từ gáo dừa việc xử lý Toluen từ ngành công nghiệp sơn phương pháp hấp phụ? ?? với hy vọng vật liệu ứng dụng để kiểm soát, xử lý Toluen phát thải... Giới thiệu phương pháp hấp phụ Hiện có nhiều phương pháp xử lý khí thải phổ biến, ví dụ như: phương pháp hấp thụ, hấp phụ, phương pháp sinh học, phương pháp ướt, phương pháp thiêu đốt, phương pháp