Đang tải... (xem toàn văn)
INBOX ĐỂ LẤY THÊM FILE ĐÍNH KÈM Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa hoạt hóa bằng KOH và ứng dụng trong xử lý chất màu xanh metylen Năng lượng tái tạo là một vấn đề rất được quan tâm mọi lúc mọi nơi. Việc tìm kiếm và sử dụng nguyên liệu thay thế đang ngày càng được quan tâm. Một nguồn nguyên liệu vừa gần gũi vừa thân thiện với môi trường đó là sinh khối, là vật liệu sinh học từ sự sống, đã và đang trở thành nguồn năng lượng tái tạo lớn của thế giới. Việc sử dụng nguồn nguyên liệu này ngày càng được phát triển vì nó có thể thay thế và làm giảm lượng lớn nguyên liệu hóa thạch bị tiêu thụ. Mùn cưa là nguồn sinh khối phổ biến, là nguồn nguyên liệu để chế tạo than hoạt tính ứng dụng trong các lĩnh vực năng lượng và môi trường. Để ứng dụng được trong đời sống đòi hỏi than hoạt tính chế tạo được phải có diện tích bề mặt cao, phương pháp chế tạo đơn giản. Vì vậy, nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa bằng một bước hoạt hóa đơn giản bằng KOH được cho là thích hợp trong bối cảnh hiện nay. Hướng nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Các yếu tố ảnh hưởng như nhiệt độ và thời gian hoạt hóa đến diện tích bề mặt của than hoạt tính được nghiên cứu trong đề tài này. Ngoài ra đề tài còn khảo sát khả năng ứng dụng than hoạt tính từ mùn cưa trong xử lý môi trường, đặc biệt là thuốc nhuộm hữu cơ. Các thông số của than hoạt tính từ mùn cưa (sAC) được xác định bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ FTIR và đo diện tích bề mặt BET. Kết quả cho thấy than hoạt tính chế tạo được có cấu trúc xốp, các lỗ mao quản là khá lớn. Khả năng loại bỏ Xanh metylen (MB) có hiệu quả cao, chỉ trong thời gian ngắn khoảng 1 phút đã có thể loại bỏ gần 100% lượng MB nồng độ 10mgL. Và pH dung dịch hầu như không ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ MB của than hoạt tính. Các nghiên cứu ảnh hưởng của Ph dung dịch đến hiệu suất loại bỏ MB cho thấy rằng than hoạt tính hấp phụ hơn 95% MB trong tất cả các pH khác nhau của dung dịch ở nhiệt độ phòng.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa hoạt hóa KOH ứng dụng xử lý chất màu xanh metylen PHAN THỊ VÂN ANH Anh.ptv160204@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Hóa học Chun ngành Cơng nghệ hợp chất vô Giảng viên hướng dẫn: TS Huỳnh Thu Sương Bộ môn: Công nghệ chất Vô Viện: Kỹ thuật Hóa Học Hà Nội,7/2021 _ Chữ ký GVHD TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI Viện Kỹ thuật Hóa học o0o - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o - NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Phan Thị Vân Anh Điện thoại liên lạc: 0362866655 Email: anh.ptv160204@sis.hust.edu.vn Lớp: KTHH03 – K61 Hệ đào tạo: Đại học quy Đồ án tốt nghiệp thực tại: Phòng thí nghiệm Bộ mơn Cơng nghệ chất Vơ cơ, Viện Kỹ thuật Hóa Học, Đại học Bách Khoa Hà Nội Mục đích nội dung ĐATN: Chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa hoạt hóa KOH Khảo sát khả xử lý chất màu xanh metylen than hoạt tính từ mùn cưa Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian hoạt hóa đến việc chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa Khảo sát ảnh hưởng lượng than hoạt tính sử dung, thời gian hấp phụ, pH dung dịch xanh metylen, nồng độ dung dịch xanh metylen đến hiệu hấp phụ than hoạt tính Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Phan Thị Vân Anh - cam kết ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Huỳnh Thu Sương Các kết nêu ĐATN trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2021 Tác giả ĐATN Phan Thị Vân Anh Thời gian làm ĐATN: Từ tháng 3/2021 đến tháng 7/2021 Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2021 Trưởng môn Giáo viên hướng dẫn PGS.TS La Thế Vinh TS Huỳnh Thu Sương LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn cô Huỳnh Thu Sương trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học thúc đẩy em trình thực đồ án Trong thời gian làm việc với cô, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, yếu tố cần thiết cho em trình học tập làm việc sau Tiếp theo em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo môn Công nghệ chất vô tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm học tập thực tế cho em suốt thời gian qua Đặc biệt em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Lã Đức Dương, thầy cơng tác Viện Hóa Học – Vật Liệu Thầy dành thời gian công sức để hướng dẫn em suốt trình đồ án tốt nghiệp Sau em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cơ, gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hồn thành đồ án tốt nghiệp TĨM TẮT ĐỒ ÁN Năng lượng tái tạo vấn đề quan tâm lúc nơi Việc tìm kiếm sử dụng nguyên liệu thay ngày quan tâm Một nguồn nguyên liệu vừa gần gũi vừa thân thiện với mơi trường sinh khối, vật liệu sinh học từ sống, trở thành nguồn lượng tái tạo lớn giới Việc sử dụng nguồn nguyên liệu ngày phát triển thay làm giảm lượng lớn nguyên liệu hóa thạch bị tiêu thụ Mùn cưa nguồn sinh khối phổ biến, nguồn nguyên liệu để chế tạo than hoạt tính ứng dụng lĩnh vực lượng mơi trường Để ứng dụng đời sống địi hỏi than hoạt tính chế tạo phải có diện tích bề mặt cao, phương pháp chế tạo đơn giản Vì vậy, nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa bước hoạt hóa đơn giản KOH cho thích hợp bối cảnh Hướng nghiên cứu có ý nghĩa khoa học thực tiễn Các yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ thời gian hoạt hóa đến diện tích bề mặt than hoạt tính nghiên cứu đề tài Ngồi đề tài cịn khảo sát khả ứng dụng than hoạt tính từ mùn cưa xử lý môi trường, đặc biệt thuốc nhuộm hữu Các thơng số than hoạt tính từ mùn cưa (sAC) xác định kính hiển vi điện tử quét (SEM), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ FTIR đo diện tích bề mặt BET Kết cho thấy than hoạt tính chế tạo có cấu trúc xốp, lỗ mao quản lớn Khả loại bỏ Xanh metylen (MB) có hiệu cao, thời gian ngắn khoảng phút loại bỏ gần 100% lượng MB nồng độ 10mg/L Và pH dung dịch không ảnh hưởng đến khả loại bỏ MB than hoạt tính Các nghiên cứu ảnh hưởng Ph dung dịch đến hiệu suất loại bỏ MB cho thấy than hoạt tính hấp phụ 95% MB tất pH khác dung dịch nhiệt độ phòng Nội dung phần nghiên cứu: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận Hà Nội, ngày 23 tháng 07 năm 2021 Sinh viên thực Phan Thị Vân Anh MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 Tìm hiểu than hoạt tính 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.3 Phân loại than hoạt tính .7 1.1.4 Nguyên liệu sản xuất than hoạt tính 1.1.5 Phương pháp sản xuất than hoạt tính 1.1.6 Ứng dụng than hoạt tính 13 Giới thiệu chung mùn cưa 15 1.2.1 Thành phần mùn cưa 15 1.2.2 Ứng dụng mùn cưa .16 Tìm hiểu xanh metylen 17 1.3.1 Giới thiệu chung xanh metylen 17 1.3.2 Tính chất xanh metylen .18 1.3.3 Ứng dụng xanh metylen 19 1.3.4 Tình hình nghiên cứu xử lý MB than hoạt tính 19 Hấp phụ 19 1.4.1 Các khái niệm hấp phụ 19 1.4.2 Dung lượng hấp phụ cân hiệu suất hấp phụ .20 1.4.3 Hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 21 1.4.4 Hấp phụ môi trường nước 21 1.4.5 Cân hấp phụ 22 1.4.6 Cơ chế hấp phụ vật liệu cấu trúc lỗ xốp 25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 2.2 Nguyên liệu, hoá chất thiết bị nghiên cứu 26 2.1.1 Nguyên liệu .26 2.1.2 Hoá chất dụng cụ thí nghiệm 26 2.1.3 Thiết bị sử dụng nghiên cứu 26 Phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phương pháp chế tạo than hoạt tính 26 2.2.2 Phương pháp xác định số iod than hoạt tính .27 2.2.3 Máy quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) 28 2.3 Phương pháp phân tích vật liệu 29 2.3.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 29 2.3.2 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng vật liệu (BET) 30 2.3.3 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 30 2.3.4 Phương pháp phân tích cấu trúc nhiễu xạ tia X (XRD) 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Khảo sát ảnh hưởng số yếu tố đến đặc tính than hoạt tính 31 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hóa 31 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa 32 3.2 Kết đo XRD .33 3.3 Kết đo SEM .33 3.4 Kết đo FT-IR 34 3.5 Kết đo BET 34 3.6 Khảo sát khả xử lý MB than hoạt tính chế tạo từ mùn cưa .35 3.6.1 Xây dựng đường chuẩn MB 35 3.6.2 Ảnh hưởng lượng than hoạt tính đến độ hấp phụ MB 36 3.6.3 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ MB 37 3.6.4 Ảnh hưởng pH dung dịch đến khả hấp phụ MB 38 3.6.5 Ảnh hưởng nồng độ đến độ hấp phụ MB 39 KẾT LUẬN .42 YÊU CẦU KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Than hoạt tính Hình 1.2 Mao quản vật liệu cấu trúc xốp Hình 1.3 Cấu trúc lớp graphite .4 Hình 1.4 Cấu trúc số oxit bề mặt than hoạt tính: (a) carboxyllc acid (b) phenollc hydroxyl (c) qulnone-type carbonyl groups (d) nonnal lactone (e) fluoreaceln-type lactones (t) carboxyllc acid anhydride(g) cycllc peroxides .5 Hình 1.5 Sơ đồ sản xuất than hoạt tính từ nguyên liệu chưa than hóa 12 Hình 1.6 Sơ đồ sản xuất than hoạt tính từ ngun liệu than hóa 12 Hình 1.7 Hình ảnh mùn cưa 15 Hình 1.8 Công thức cấu tạo xanh metylen 17 Hình 1.9 Xanh Methylen 18 Hình 1.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 23 Hình 1.11 Sự phụ thuộc Cs/q Cs .23 HÌnh 1.12 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 24 Hình 1.13 Đồ thị phụ thuộc Log(q) log(C) .25 Hình 1.14 Cơ chế hấp phụ hệ rắn – khí (lỏng) 25 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa 27 Hình 3.1 Sự phụ thuộc số iod than hoạt tính vào nhiệt độ hoạt hóa 31 Hình 3.2 Sự phụ thuộc số iod than hoạt tính vào thời gian hoạt hóa.32 Hình 3.3 Mẫu XRD than hoạt tính .33 Hình 3.4 Kết đo SEM than hoạt tính .34 Hình 3.5 Phổ FTIR than hoạt tính 34 Hình 3.6 Biểu đồ diện tích bề mặt BET than hoạt tính mùn cưa 35 Hình 3.7 Đồ thị đường chuẩn Xanh metylen .35 Hình 3.8 Dung dịch MB trước sau hấp phụ than hoạt tính chế tạo từ mùn cưa với lượng than khác 36 Hình 3.9 Đồ thị đo UV-Vis dung dịch MB trước sau xử lý 36 Hình 3.10 Ảnh hưởng lượng than hoạt tính đến hiệu suất hấp phụ MB 37 Hình 3.11 Dung dịch MB trước sau hấp phụ than hoạt tính chế tạo từ mùn cưa với thời gian khác 37 Hình 3.12 Đồ thị đo UV-Vis dung dịch MB trước sau xử lý 38 Hình 3.13 Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ MB 38 Hình 3.14 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hiệu suất hấp phụ MB 39 Hình 3.15 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch đến hiệu suất hấp phụ MB than hoạt tính 40 Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir MB 40 Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt Freundlich MB 41 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần than hoạt tính .3 Bảng 1.2 Đường kính phân tử chất bị hấp phụ phổ biến Bảng 1.3 Các thông số vật lý than hoạt tính Bảng 3.1 Sự phụ thuộc số iod than hoạt tính vào nhiệt độ hoạt hóa 31 Bảng 3.2 Sự phụ thuộc số iod than hoạt tính vào thời gian hoạt hóa 32 Bảng 3.3 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ MB vào pH dung dịch 39 Bảng 3.4 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ MB vào nồng độ dung dịch 40 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt sAC SEM XRD FTIR BET MB Tên gọi đầy đủ Sawdust activated carbon (Than hoạt tính từ mùn cưa) Scanning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét) X – ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) Fourier Transform Infrared Spectroscopy (Phổ hồng ngoại biến đổi Fourie) Brunauer-Emmett-Teller Xanh metylen MỞ ĐẦU Trong nhiều lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, dệt, da giày, giấy dược phẩm vai trị hợp chất tạo màu tổng hợp phủ nhận Tuy nhiên, vấn đề quan ngại chất tạo màu (thuốc nhuộm hữu cơ) có độc tính cao đặc tính khơng phân hủy sinh học gây ung thư, đe dọa đến sức khỏe người, môi trường Xanh metylen (MB) loại chất màu, thuốc nhuộm hữu phổ biến, sử dụng rộng rãi ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ, sản xuất mực in, ngồi MB cịn sử dụng hiệu việc chữa bệnh máu nâu, dùng để xử lý nấm nhiều loài cá Mặc dù mang lại nhiều lợi ích MB chứa nito, lưu huỳnh dị vịng nên khó phân hủy vi sinh vật, gây ảnh hưởng đến đời sống sinh vật Không liệt kê vào nhóm có độc tính cao, xanh metylen gây tổn thương tạm thời da mắt người động vật Hiện nay, dễ dàng tìm thấy MB có chứa nước thải số nhà máy, sở sản xuất; điều gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống mơi trường Do đó, việc xử lý MB khỏi nước thải trước thải mơi trường điều cần thiết Có nhiều phương pháp sử dụng để loại bỏ MB khỏi nước thải như: trao đổi ion, tách chiết, keo tụ, kết tủa hóa học, hấp phụ Gần đây, có nhiều hướng nghiên cứu phát triển vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt cao, kể đến than hoạt tính Trong năm gần đây, xu hướng sử dụng loại phế thải nông nghiêp để chế tạo vật liệu hấp phụ phát triển Nguồn nguyên liệu có sẵn, dễ tìm kiếm, lại thân thiện với mơi trường Vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu có khả tái sử dụng cao, quy trình xử lí đơn giản Xuất phát từ lí trên, em lựa chọn đề tài ”Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa hoạt hóa KOH ứng dụng xử lý chất màu xanh metylen”, hướng dẫn TS Lã Đức Dương, Viện Hóa Học – Vật Liệu TS Huỳnh Thu Sương, Viện Kỹ Thuật Hóa Học ... mùn cưa hoạt hóa KOH Khảo sát khả xử lý chất màu xanh metylen than hoạt tính từ mùn cưa Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN: Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian hoạt hóa đến việc chế tạo than hoạt tính từ. .. chế tạo từ nguồn nguyên liệu có khả tái sử dụng cao, quy trình xử lí đơn giản Xuất phát từ lí trên, em lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mùn cưa hoạt hóa KOH ứng dụng xử lý. .. tích bề mặt than hoạt tính nghiên cứu đề tài Ngồi đề tài khảo sát khả ứng dụng than hoạt tính từ mùn cưa xử lý mơi trường, đặc biệt thuốc nhuộm hữu Các thông số than hoạt tính từ mùn cưa (sAC)