Hấp phụ và xử lý nước ô nhiễm chất màu methyl blue bằng vật liệu carbon biến tính bề mặt có nguồn gốc từ bã mía.pdf

NTTU-NCKH-05 Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TÁT THÀNH Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2017-2018 TÊN ĐÈ TÀI HÁP PHỤ VÀ XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM CHÁT MÀU METHYL BLUE BẰNG VẶT LIỆU CARBON BIÉN TÍNH BÈ MẶT CĨ NGUỒN GỐC TỪ BÃ MÍA Số hợp đồng : 2017.01.06/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Trần Văn Thuận Đơn vị cơng tác: Viện Kì thuật Cơng nghệ cao NTT Thời gian thực : 12 tháng (Từ tháng 01/2017 đến tháng 12/2017) TP Hồ Chỉ Minh, ngày 10 tháng 12 năm 2017 Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TÁT THÀNH Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Nguyễn Tất Thành BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐÈ TÀI NCKH DÀNH CHO CÁN Bộ - GIẢNG VIÊN 2017-2018 TÊN ĐÈ TÀI HÁP PHỤ VÀ XỬ LÝ NƯỚC Ô NHIỄM CHÁT MÀU METHYL BLUE BẰNG VẬT LIỆU CARBON BIÊN TÍNH BÈ MẶT CĨ NGUỒN GĨC TƯ BÃ MÍA Số hợp đồng : 2017.01.06/HĐ-KHCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Trần Văn Thuận Đơn vị công tác: Viện Kĩ thuật Công nghệ cao NTT Thời gian thực : 12 tháng (Từ tháng 01/2017 đến tháng 12/2017) Các thành viên phối họp cộng tác: STT Họ tên TS Nguyển Duy Trinh ThS Nguyễn Thị Thương CN Nguyễn Hữu Vinh Chuyên ngành Công nghệ vật liệu polymer Cơng nghệ vật liệu polymer Hóa lý Cơ quan công tác Đại học Nguyễn Tất Thành Đại học Nguyễn Tất Thành Đại học Nguyển Tât Thành Ký tên TÓM TẤT KÉT QUẢ ĐÈ TÀI Sản phẩm thực đạt Sản phẩn đăng ký thuyết minh 01 báo khoa học tạp chí quốc te có 01 báo khoa học nước uy tín chi số ISSN Than hoạt tính đạt khả hấp phụ Khả hấp phụ chất màu môi methylene blue 90% trường nước với hiệu suất > 70% Than hoạt tính đạt tiêu chuẩn có khối lượng Than hoạt tính có khối lượng 1,0 g 1,0 g 01 quy trình cơng nghệ che tạo vật liệu hấp 01 quy trình cơng nghệ che tạo vật liệu hấp phụ carbon hoạt tính từ bã mía phụ carbon hoạt tính 01 báo cáo đánh giá hiệu quà khả hấp 01 báo cáo đánh giá hiệu khả hấp phụ vật liệu thu chất màu phụ cùa vật liệu thu đoi với chất màu Thời gian đăng ký : từ ngày đển ngày Thời gian nộp báo cáo: ngày MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẨT vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC BẢNG ix ĐẶT VÁN ĐÈ CHƯƠNG I TỐNG QUAN VÀ QUY TRÌNH TỊNG HỢP CARBON HOẠT TÍNH TỪ BÃ MÍA 1.1 Tong quan công nghệ xử lý màu nước thải dệt nhuộm 1.2 Các mơ hình công nghệ trạng xử lý màu nước thải dệt nhuộm áp dụng Việt Nam 1.3 Nghiên cứu mơ hình xử lý màu nước thải dệt nhuộm phương pháp hấp phụ giới nước 1.4 Công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ carbon hoạt tính 11 CHƯƠNG II NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚƯ 14 2.1 Nội dung nghiên cứu 14 2.1.1 Nghiên cứu lựa chọn bã mía làm vật liệu che tạo carbon hoạt tỉnh 14 2.1.2 Nghiên cứu chế xử lý màu dệt nhuộm từ vật liệu hấp phụ 17 2.1.3 Nghiên cứu đề xuất quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ từ phụ phẩm nông nghiệp 18 2.1.4 Nghiên cứu ảnh hưởng thông so vật lý tác nhân hóa học 21 2.1.5 Các cơng thức tỉnh 23 2.1.6 Nghiên cứu khảo sát yếu tổ ảnh hưởng đen hấp phụ vật liệu carbon hoạt tính 23 2.2 Phương pháp nghiên cứu 29 2.2.1 Phương pháp bo trí thỉ nghiệm 29 2.2.2 Phương pháp xử lý nguyên liệu 30 2.2.3 Phương pháp xử lý thống kê tối ưu .31 2.2.4 Phương pháp thu thập so liệu .33 2.2.5 Phương pháp xác định hàm lượng tro nguyên liệu 34 2.2.6 Phương pháp điều chế dung dịch thỉ nghiệm 34 2.2.7 Phương pháp khảo sát ảnh hưởng yếu tố trình chế tạo đến vật liệu carbon hoạt tỉnh 34 2.2.8 Phương pháp đảnh giá tính chất vật lý cùa vật liệu 35 2.3 Địa điểm nghiên cứu 36 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN cứu VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Xác định độ ẩm, hàm lượng tro nguyên liệu 37 3.2 Quy trình tổng hợp ảnh hưởng hóa chất tới hiệu suất carbon 37 3.2 Xác định số tính chất vật lý carbon hoạt tính từ bà mía 38 3.2.1 Phân tích độ bền nhiệt TGA 38 3.2.2 Phân tích nhóm chức quan trọng phổ FT-IR 39 3.2.3 Phản tích cẩu trúc tinh thể carbon hoạt tỉnh 40 3.2.4 Phân tích hình thải bể mặt vật liệu carbon hoạt tỉnh 40 3.2.5 Diện tích bề mặt riêng theo BET 41 3.2.6 Giản đồ phân bố kích thước lo xốp PORE 42 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ methyl blue (MB) 43 3.4 Các mơ hình đăng nhiệt hấp phụ 51 3.5 Quá trình giải hấp phụ nghiên cứu tái sử dụng vật liệu 55 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 4.1 Kết luận 57 4.2 Kiến nghị 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 3: DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐẢ CƠNG Bố 65 PHỤ LỤC 4: (hợp đồng, thuyết minh đề cương) 71 DANH MỤC VIẾT TẤT Ký hiệu Chữ viết tắt đầy đii/tiếng Anh Ý nghĩa tương ứng (nếu có) AC Activated carbon Than hoạt tính, carbon hoạt tính sc Sugarcane baggase Bã mía DS Durian shell Vỏ sầu riêng TGA Thermal gravimetric analysis phân tích nhiệt trọng lượng FT-IR Fourier transformation infrared Phổ Hấp thụ Hồng Ngoại AAS Atomic Absorption Spectrophotometric Phổ hấp thụ nguyên tử SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét XRD X-ray diffraction Pho nhiễu xạ tia X DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số hình ánh hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm nước Hình 1.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm Hình 1.3 Mơ hình thực nghiệm xử lý nước thái dệt nhuộm than carbon hóa Hình 1.4 Hình ảnh SEM chụp cấu trúc than carbon hoả từ tre Việt Nam Hình 1.5 Hiệu xử lý BOD (A), COD (B), TOC (C) Hình 1.6 Cấu trúc mao quán than hoạt tính 11 Hình 2.1 Cấu trúc hoả học cellulose 14 Hình 2.2 Cơng thức hoả học hemicellulose 15 Hình 2.3 Cơng thức hố học lignin 15 Hình 2.4 Bã mía thải nhà máy đường .16 Hình 2.5 Bã mía thải khu dân cư .16 Hình 2.6 Sơ đồ khối cho quy trình điều chế carbon hoạt tính 19 Hình 2.7 Thiết kế phức hợp trung tâm CCDcho trình toi ưu (a) yếu tố (a = 1,414 ) (b) yếu tổ (a = 1,681/ ( 9) Các diêm thiết kế phân đoạn, (O) Các điểm biên (quanh tâm), (EJ) Các điếm trung tâm 32 Hình 3.1 Anh hưởng loại hóa chất đến hiệu suất carbon hoạt tính 37 Hình 3.2 Giản đồ TGA bã mỉa 38 Hình 3.3 Phổ FT-IR cũa carbon hoạt tỉnh 39 Hình 3.4 Giản đồ XRD mau than hoạt tỉnh 40 Hình 3.5 Anh SEM carbon hoạt tinh 41 Hình 3.6 Giản đồ đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ khí nitrogen 42 Hình 3.7 Giản đồ phản bổ kích thước PORE 43 Hình 3.8 Biếu đồ giả trị thực nghiệm dự đốn 46 Hình 3.9 Biểu đồ phân bố ngầu nhiên chuẩn t-student 47 Hình 3.10 Anh hưởng nồng độ MB (xi) lượng carbon (xỉ) đến loại bị MB 48 Hình 3.11 Anh hưởng nồng độ MB (xi) pH (xỉ) đen hiệu suất loại bỏ MB 48 Hình 3.12 Anh hưởng lượng carbon (X2) pH (xỉ) đến hiệu suất loại bỏ MB 49 Hình 3.13 “Desirability”của trình toi ưu loại bò MB 50 Hình 3.14 Các mơ hình đăng nhiệt hấp phụ 53 Hình 3.14 Quả trình tái sử dụng vật liệu carbon hoạt tỉnh 55 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ket phân tích nước thải từ mơ hình hệ thống xử lý nước thải Bảng 2.1 Danh mục hóa chất sử dụng 29 Bảng 2.2 Danh mục dụng cụ thí nghiệm 29 Bảng 2.3 Danh mục thiết bị thỉ nghiệm 30 Bảng 2.4 Bang ma trận thực nghiệm CCD cho yếu tố yeu tố khảo sát 32 Bảng 2.5 Phương pháp xác định độ ám nguyên liệu 33 Bảng 2.6 Phương pháp xác định hàm lượng tro nguyên liệu 34 Bảng 3.1 Thiết kế thỉ nghiệm theo CCD 44 Bảng 3.2 Giả trị thực nghiệm dự đoán DX11 44 Bảng 3.3 Bủng ANOVA cho mơ hình hồi quy bậc hai 45 Bảng 3.4 Điều kiện tối ưu biến 50 Bảng 3.5 Báng kết hấp phụ CR sử dụng điều kiện toi ưu DX9 50 Bảng 3.6 Danh sách 20 kết tối ưu đề nghị DX11 51 Bảng 3.7 Các hang so đăng nhiệt hấp phụ cho MFeiCh/GO 54 Bảng 3.8 So sánh tính chất dung lượng hap phụ MB (qni) công bố gan 54 ĐẶT VẤN ĐÈ Nước ta q trình cơng nghiệp hố thị hố diễn mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao Tuy nhiên, đằng sau phát triển nhiễm mơi trường nói chung nhiễm chất màu hữu đơc hại nói riêng vấn đề cấp thiết Ò nhiễm chất màu hữu gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sức khỏe sinh hoạt người dân Vì vậy, việc xử lý nước thải nhà máy, khu công nghiệp vô cần thiết đòi hỏi đầu tư nghiên cứu Trong phương pháp xử lý chất màu độc hại việc chế tạo chất hấp phụ giá thành rẻ, đặc biệt chất hấp phụ có hiệu cao có khả tái sử dụng phương pháp hiệu tiềm Đe đạt hiệu xử lý cao, người ta thường sử dụng vật liệu độ xốp cao, rẻ tiền, dễ chế tạo bề mặt có nhóm chức thiết yếu để bắt giữ ion tích điện dương Carbon hoạt tính xem vật liệu xốp tiêu biểu đáp ứng yêu cầu carbon hoạt tính chế tạo từ phụ phấm nông lâm nghiệp bã mỉa, xơ dừa, vỏ trấu gồm cellulose, hemicellulose, pectin lignin nên phụ phấm nơng nghiệp thích hợp dùng đe chế tạo than hoạt tính có khả hấp phụ mạnh ion kim loại nặng hòa tan nước Nhờ vào tượng trao đổi ion với tâm hấp phụ nhóm carboxylic, carbonyl, amine hydroxyl bề mặt vật liệu, mà vật liệu có khả hấp phụ ion kim nặng Việt Nam nước nông nghiệp với nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp dồi Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu hấp phụ từ thứ phẩm, phụ phẩm nông lâm nghiệp để xử lý ô nhiềm ion kim loại nặng độc hại nhiều nước giới nghiên cứu chế tạo ứng dụng thành công Tuy nhiên, Việt Nam cơng trình cơng bố vấn đe cịn hạn chế Việc nghiên cứu thành công đề tài “Hấp phụ xử lý nước ô nhiễm chất màu methyl blue bang vật liệu carbonbien tỉnh bề mặt có nguồn gốc từ bã mía ' sở cho việc đa dạng hóa phương pháp vật liệu xử lý nhiễm mơi trường, ưu tiên biện pháp, vật liệu thân thiện môi trường, có nguồn gốc từ thứ phẩm, phụ phẩm nơng lâm nghiệp, phù hợp với điều kiện Việt Nam ... thành công đề tài ? ?Hấp phụ xử lý nước ô nhiễm chất màu methyl blue bang vật liệu carbonbien tỉnh bề mặt có nguồn gốc từ bã mía '' sở cho việc đa dạng hóa phương pháp vật liệu xử lý ô nhiễm mơi trường,... hydroxyl bề mặt vật liệu, mà vật liệu có khả hấp phụ ion kim nặng Việt Nam nước nông nghiệp với nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp dồi Nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu hấp phụ từ thứ phẩm, phụ. .. liệu hấp phụ từ bã mía đe xử lý nước thải có chứa chất màu độc hại mehtyl blue Các nhiệm vụ cụ the sau: Thu thập tài liệu, khảo sát, đánh giá thông tin công nghệ chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý nước