Xử lý nước thải ô nhiễm màu bằng phương pháp hấp phụ than hoạt tính

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Học phần Thí nghiệm Mô hình xử lý chất thải Than hoạt tính là một trong các chất hấp thụ phụ sử dụng trong xử lý nước , nước thải để loại màu, các chất độc lượng nhỏ… Bài thí nghiệm này giúp sinh viên thực hành làm quen với vấn đề XLNT bằng phương pháp hấp phụt và đánh giá hoạt tính hấp phụ của than hoạt tính qua khả năng hấp phụ màu dung dịch xanh metylen. Từ kết quả thí nghiệm, tính toán các thông số quá trình hấp phụ. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Khái niệm hấp phụ Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. 2. Bản chất quá trình hấp phụ: 2.1 Hấp phụ vật lý: Các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu (lực vander walls) và liên kết hiđro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. 2.2 Hấp phụ hóa học: Xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJmol. 3. Các chất hấp phụ thường dùng 3.1 Than hoạt tính Là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định hình (bột), một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit(ngoài carbon thì phần còn lại thường là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát). Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn, nếu tính ra đơn vị khối lượng thì là từ 500 đến 2500 m2g, do vậy mà nó là một chất lý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG - Viện CNSH & MT Họ tên sinh viên: Lớp: 54 CNMT BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Học phần: Thí nghiệm Mơ hình xử lý chất thải Bài số 3: XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô NHIỄM MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ (THAN HOẠT TÍNH) Thời gian làm thí nghiệm/nhóm TN/nơi TN: 12-9-2015/ IC/ Tầng TTTNTH I MỤC ĐÍCH: Than hoạt tính chất hấp thụ phụ sử dụng xử lý nước , nước thải để loại màu, chất độc lượng nhỏ… Bài thí nghiệm giúp sinh viên thực hành làm quen với vấn đề XLNT phương pháp hấp đánh giá hoạt tính hấp phụ than hoạt tính qua khả hấp phụ màu dung dịch xanh metylen Từ kết thí nghiệm, tính tốn thơng số q trình hấp phụ II CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Khái niệm hấp phụ Hấp phụ trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) phân tử khí, phân tử, ion chất tan lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn Chất mà bề mặt có hấp phụ xảy gọi chất hấp phụ, chất mà tụ tập bề mặt phân chia pha gọi chất bị hấp phụ Bản chất trình hấp phụ: 2.1 Hấp phụ vật lý: Các phân tử chất bị hấp phụ chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (khơng hình thành liên kết hóa học) mà bị ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại bề mặt lực liên kết phân tử yếu (lực vander walls) liên kết hiđro Sự hấp phụ vật lý luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn 2.2 Hấp phụ hóa học: Xảy phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với phân tử bị hấp phụ hình thành bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ) Lực hấp phụ hóa học lực liên kết hóa học thơng thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) hấp phụ hóa học ln ln bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, đạt tới giá trị 800kJ/mol Các chất hấp phụ thường dùng 3.1 Than hoạt tính Là chất gồm chủ yếu nguyên tố carbon dạng vô định hình (bột), phần có dạng tinh thể vụn grafit(ngồi carbon phần cịn lại thường tàn tro, mà chủ yếu kim loại kiềm vụn cát) Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngồi lớn, tính đơn vị khối lượng từ 500 đến 2500 m2/g, mà chất lý tưởng dùng để lọc hút nhiều loại hóa chất 3.2 Silicagel Đó chất rắn có lỗ xốp nhỏ, dạng cục viên hình cầu tuỳ thuộc phương pháp tạo hạt điều chế, có loại suốt thuỷ tinh, có loại đục Độ xốp thay đổi giới hạn 20 60%, đường kính lỗ xốp khoảng - 10 nm, bề mặt riêng 200 - 800 m2/g Hút nước mạnh có khả hấp phụ chất khí Được dùng làm chất hấp phụ để làm dầu khoáng nước, tách rượu, axit amin, vitamin, chất kháng sinh, freon, vv Cũng dùng làm chất mang xúc tác; chất hút ẩm, làm khơ chất hấp phụ (pha tĩnh) phân tích sắc kí 3.3 Zeolite Zeolite aluminosilicat tinh thể có hệ thống mao quản đồng chứa cation nhóm-Ivà-II Chế phẩm zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn gà trộn vào thức ăn, chế phẩm zeolite hấp phụ chất độc thể vật ni, tăng khả kháng bệnh, kích thích tiêu hóa tăng trưởng Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Phương trình tốn học mơ tả trình hấp phụ đẳng nhiệt chất khí Freundlich Küster cơng bố năm 1894 Trong đó: lượng chất bị hấp phụ (adsorbate), lượng chất hấp phụ (adsorbent), áp suất chất bị hấp phụ (adsorbate), số đặc trưng cho cặp adsorbent-adsorbat nhiệt độ định III MÔ TẢ THÍ NGHIỆM Pha hóa chất  Dung dịch Xanh metylen (75 mg/L): cân 0,0751 g định mức nước cất lên 1000 mL Dựng đường chuẩn: Ống nghiệm [dd chuẩn], mg/L 15 30 45 60 75 dd Xanh metylen (mL) 10 15 20 25 Nước cất (mL) 25 20 15 10  Lắc ống nghiệm để Xanh metylen lên màu Xác định khả hấp phụ liều khác nhau:  Lấy vào bình tam giác, thêm vào bình bảng sau: Bình số dd Xanh Metylen, mL 50 50 50 50 50 50 Lượng than hoạt tính, g 0.0504 0.0984 0.1985 0.2998 0.3996 0.5034 Liều hấp phụ tương ứng, mg/L 1008 1968 3970 5996 7992 10068  Lắc bình liên tục 60 phút  Dùng giấy lọc thường để lọc mẫu, thu dịch lọc (chỉ cần lọc từ khoảng 25-30 mL để đủ cho mẫu đo quang) Đem dãy chuẩn với mẫu đo quang bước sóng 724 nm máy DR-2000 Cách dùng máy DR-2000 để đo quang:  Khởi động  Chọn chương trình để đo quang (Abs)  Chỉnh bước sóng núm vặn bên phải máy  Chọn mẫu trắng mẫu nước cất  Đổ vào curvet 25 mL mẫu (qua vạch thành curvet), dùng giấy mềm lau mặt bên→nhấn Read để đọc kết Lưu ý: Curvet dùng đo Xanh Metylen phải rửa acid H2SO4 lỗng để bay hết màu Dụng cụ làm thí nghiệm phải ngâm nước pha acid loãng để bay hết màu IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Kết đường chuẩn Do đường chuẩn nhóm dựng có R2= 0,5 Nhóm sử dụng đường chuẩn nhóm bạn Đoan Đồ thị đường chuẩn xanh metylen Nồng độ dd chuẩn (mg/L) 15 30 45 60 75 Độ hấp thụ quang 0.0449 0.1239 0.2145 0.3240 0.4368 Độ hấp t hụ quang Đường Chuẩn Độ Hấp Thụ Quang 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 f(x) = 0.01x - 0.07 R² = 0.99 Độ hấp thụ quang 10 20 30 40 50 Nồng độ dd chuẩn (mg/L) Kết thí nghiệm 60 70 80 Bình số 0,0504 0,0984 0,1985 0,2998 0,3996 0,503 Liều hấp phụ tương ứng, mg/L 1008 1968 3970 5996 7992 10068 Độ hấp thụ quang 0,105 0,089 0,074 0,056 0,017 0,001 Nồng độ dd metylen sau hấp phụ, mg/L 25,97 23,55 21,27 18,55 12,64 10,2 Lượng than hoạt tính, g Tính tốn Từ số liệu nghiệm có được, tính: E (%)  3.1 Hiệu suất xử lý màu bình thí nghiệm : C0  Ce *100 Ce (%) Bình số Hiệu suất xử lý màu 63,37 % 68,6% 71,64 % 75,27 % 83,15 % 86,4% AC  0, 05* 3.2 Hoạt tính hấp phụ than bình thí nghiệm: : Bình số Hoạt tính hấp phụ than 0,04864 0,0261 4 C0  Ce mc (mg/mg) 0,01353 0,00941 0,0078 0,0064 3.3 Các hệ số phương trình hấp phụ Freundlich Dãy số liệu thí nghiệm Ce, mg/L 25,97 23,55 21,27 18,55 12,64 10,2 x/mc, mg/mg 0,04864 0,02614 0,01353 0,00941 0,0078 0,00644 Đồ thị biến thiên E AC theo liều hấp phụ ln(CE), mg/L ln(x/mc), mg/mg -1 2.2 2.4 2.6 2.8 ln(CE), mg/L Linear (ln(CE), mg/L) -2 -3 -4 -5 3.2 3.4 f(x) = 1.84x - 9.56 R² = 0.75 -6 Từ đồ thị →hệ số góc a = 1/n = 1.8441 => n = 0,54227 V NHẬN XÉT: ... 0, 05* 3.2 Hoạt tính hấp phụ than bình thí nghiệm: : Bình số Hoạt tính hấp phụ than 0,04864 0,0261 4 C0  Ce mc (mg/mg) 0,01353 0,00941 0,0078 0,0064 3.3 Các hệ số phương trình hấp phụ Freundlich... 12,64 10,2 Lượng than hoạt tính, g Tính tốn Từ số liệu nghiệm có được, tính: E (%)  3.1 Hiệu suất xử lý màu bình thí nghiệm : C0  Ce *100 Ce (%) Bình số Hiệu suất xử lý màu 63,37 % 68,6% 71,64... zeolite làm phụ gia thức ăn cho lợn gà trộn vào thức ăn, chế phẩm zeolite hấp phụ chất độc thể vật nuôi, tăng khả kháng bệnh, kích thích tiêu hóa tăng trưởng Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Phương