Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 2017 NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ PHẨM MÀU TRONG NƯỚC TH[.]
Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ PHẨM MÀU TRONG NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM Nguyễn Vân Hương Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Than hoạt tính Trà Bắc biến tính tác nhân oxi hóa áp dụng hấp phụ phẩm màu nước thải dệt nhuộm Bài báo trình bày quy trình biến tính than hoạt tính tác nhân oxi hóa HNO3, H2O2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ thời gian ngâm lắc khác tới khả hấp phụ phẩm màu thu điều kiện tối ưu sau: với HNO3 nồng độ 2M thời gian ngâm lắc 16h, H2O2 nồng độ 10% thời gian 12h Khảo sát khả hấp phụ nhóm phẩm màu azo vật liệu sau biến tính, cho kết khả quan với thời gian đạt cân hấp phụ nhanh tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu cao Bằng phương pháp hiển vi điện tử SEM, BET, phổ hồng ngoại IR đánh giá đặc tính bề mặt than sau biến tính Diện tích bề mặt than hoạt tính giảm bề mặt trở nên xốp gồ ghề Mặt khác, bề mặt than sau biến tính xuất nhóm chức -COOH làm tăng khả hấp phụ phẩm màu Từ khóa: Azo, biến tính, nước thải dệt nhuộm, phẩm nhuộm, than hoạt tính I ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, trước phát triển ngày lớn mạnh đất nước kinh tế xã hội, đặc biệt phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp ảnh hưởng lớn đến môi trường sống người Bên cạnh phát triển kinh tế đất nước trạng sở hạ tầng xuống cấp trầm trọng ô nhiễm môi trường mức báo động Một ngành công nghiệp gây ô nhiễm môi trường lớn ngành dệt nhuộm Bên cạnh công ty, nhà máy cịn có hàng ngàn sở nhỏ lẻ từ làng nghề truyền thống Với quy mô sản xuất nhỏ, lẻ nên lượng nước thải sau sản xuất không xử lý, mà thải trực tiếp hệ thống cống rãnh đổ thẳng xuống hồ ao, sơng ngịi gây nhiễm nghiêm trọng tầng nước mặt, mạch nước ngầm ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nước thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại Độc tính loại thuốc nhuộm môi trường sinh thái người lớn, đặc biệt thuốc nhuộm gây ung thư cho người sử dụng 56 Hơn thuốc nhuộm nước thải khó loại bỏ chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt độ tác nhân gây oxi hóa thơng thường Có nhiều phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu môi trường nước keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, lọc màng, oxi hóa tăng cường… phương pháp hấp phụ thường lựa chọn mang lại hiệu cao Than hoạt tính chọn làm vật liệu hấp phụ phổ biến, diện tích bề mặt lớn, độ bền học cao Đặc điểm quan trọng thú vị than hoạt tính bề mặt biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ làm cho than trở nên thích hợp ứng dụng đặc biệt Nghiên cứu biến tính than hoạt tính tác nhân oxi hóa nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt than hoạt tính từ kị nước thành ưa nước, không phân cực thành phân cực, làm tăng dung lượng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền phẩm nhuộm với than hoạt tính Mục tiêu nghiên cứu biến tính bề mặt than hoạt tính Trà Bắc khảo sát khả hấp phụ số phẩm màu nước thải dệt nhuộm với hy vọng phát triển đa dạng loại vật liệu ứng dụng để kiểm soát, xử lý TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường phẩm nhuộm phát thải q trình thực tiễn II HĨA CHẤT VÀ THIẾT BỊ Các hóa chất HNO3, NaOH, HCl, H2O2 đạt độ phân tích, mua từ hãng Merck (Đức) dùng để làm biến tính than Than hoạt tính từ gáo dừa Cơng ty CP Trà Bắc sản xuất lựa chọn làm vật liệu nghiên cứu Than hoạt tính trước đem biến tính làm nước cất, ngâm lắc dung dịch NaOH, HCl loãng vài giờ, tiếp tục rửa axit, sấy khô 1100C, loại bỏ hoàn toàn nước lỗ rỗng TT Hàm lượng phẩm nhuộm lại sau hấp phụ xác định phương pháp hấp thụ nguyên tử Cary 100 UV – Vis, Algilent Mỹ, giới hạn phát 0,5 μg/l Nhóm phẩm nhuộm azo làm đối tượng nghiên cứu nhóm thuốc nhuộm axit, bền khoảng pH dung dịch rộng Tùy vào môi trường dung dịch, thuốc nhuộm cho màu sắc khác nhau, khả hấp thụ ánh sáng khác Nhóm phẩm nhuộm azo gồm: Methyl đỏ, Methyl da cam, Alizarin vàng G khảo sát lại khả hấp thụ ánh sáng bước sóng, pH dung dịch khác nhau, giá trị tối ưu thể bảng 01 Bảng 01 Một số điều kiện hấp thụ ánh sáng phẩm nhuộm Bước sóng hấp thụ pH Tên phẩm nhuộm (nm) (dung dịch) Methyl đỏ (C15H15N3O2) 524 Methyl da cam (C14H14N3NaO3S) 504 Alizarin vàng G (C13H8N3NaO5) 352 Đánh giá đặc trưng cấu trúc bề mặt than hoạt tính trước sau biến tính phương pháp hiển vi điện tử quét SEM, diện tích bề mặt riêng BET, phổ hồng ngoại IR III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Oxi hóa than hoạt tính Khả hấp phụ nhóm phẩm màu azo (methyl đỏ, methyl da cam, alirazin vàng G) than hoạt tính sau biến tính dung dịch HNO3 với nồng độ từ loãng tới đặc (1 – 6M) tăng dần cao than hoạt tính thường Nồng độ axit HNO3 tăng khả hấp phụ phẩm màu tăng theo, than biến tính dung dịch HNO3 2M cao ổn định Khi nồng độ axit HNO3 tăng lên tiếp khả hấp phụ vật liệu lại giảm, nồng độ HNO3 đặc làm biến đổi nhóm chức bề mặt than, khơng thuận lợi cho trình hấp phụ, trình oxi hóa làm giảm đáng kể diện tích bề mặt than hoạt tính Với hy vọng tìm thời gian oxi hóa thích hợp, tiến hành biến tính than HNO3 2M thời gian oxi hóa (4 - 24h) Thời gian ngâm lắc tăng lên khả hấp phụ tăng đạt cực đại với thời gian 16h Lựa chọn nồng độ HNO3 tối ưu 2M thời gian ngâm lắc 16h, kí hiệu vật liệu AC1 Khảo sát tương tự với tác nhân oxi hóa H2O2, nồng độ tối ưu 10% thời gian ngâm lắc 12h, kí hiệu vật liệu AC2 3.2 Đặc trưng cấu trúc than biến tính Kết đánh giá ảnh hưởng dung dịch biến tính đến diện tích bề mặt riêng than hoạt tính sau biến tính thể bảng 02 cho thấy diện tích bề mặt than biến tính giảm Tuy nhiên nhờ kết chụp phổ hồng ngoại IR vật liệu cho thấy than hoạt tính biến tính AC1, AC2 xuất nhiều liên kết –OH, -C=O liên kết giả thiết bề mặt than oxi hóa có tồn nhóm chức – COOH axit cacboxylic tạo TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 57 Quản lý Tài ngun rừng & Mơi trường q trình oxi hóa than, nhóm chức tạo tâm hoạt động tham gia q trình hấp phụ phẩm màu nước Bảng 02 Diện tích bề mặt than hoạt tính trước sau biến tính AC AC0 AC1 AC2 Diện tích (m2/g) 979,16 929,36 935,68 Liên kết C-H , -C=C- -OH, -C=O -C=O Bề mặt than hoạt tính trước sau hình biến tính thể hình 3, hình Hình 03 Ảnh SEM than hoạt tính (AC0) Hình 04 Ảnh SEM than biến tính (AC1) Hình 05 Ảnh SEM than biến tính (AC2) Mẫu chụp Phịng Thí nghiệm vật liệu công nghệ thân thiện với môi trường – Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ - Đại học Bách khoa Hà Nội Từ ảnh chụp bề mặt vật liệu nhận thấy bề mặt vật liệu biến xốp gồ ghề 3.3 Khảo sát khả hấp phụ phẩm màu vật liệu Trong q trình hoạt hóa than từ gáo dừa 58 tạo nhiều lỗ xốp làm tăng diện tích bề mặt, ngồi cịn để lại nhiều nhóm chức bề mặt than Chính pH dung dịch phẩm màu ảnh hưởng nhiều đến nhóm chức bề mặt than hoạt tính trước sau biến tính Tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu (AC0, AC1, AC2) Giá trị pH thời gian đạt cân hấp phụ TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường sử dụng vào thí nghiệm tính tốn tải trọng hấp phụ cực đại phẩm màu vật liệu Để so sánh khả hấp phụ phẩm màu vật liệu với nhau, sử dụng giá trị tải trọng hấp phụ Q, giá trị tải trọng cực đại tuân theo đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Kết thể bảng 03 Bảng 03 Tải trọng hấp phụ cực đại phẩm màu vật liệu Vật liệu AC0 AC1 AC2 pH Thời gian cân Qmax pH Thời gian cân Qmax pH Thời gian cân Qmax Methyl đỏ 90 phút 6.41 mg/g 60 phút 9.80 mg/g 60 phút 7.94 mg/g Phẩm nhuộm Methyl da cam 90 phút 6.32 mg/g 60 phút 9.34 mg/g 60 phút 7.75 mg/g Alizarin vàng G 90 phút 5.52 mg/g 60 phút 7.25 mg/g 60 phút 6.10 mg/g Từ số liệu bảng 03 cho thấy khả hấp phụ phẩm màu than hoạt tính sau biến tính cao hẳn so với than hoạt tính ban đầu thời gian đạt cân hấp phụ ngắn không phức tạp, khả ứng dung thực tiễn tốt, phục vụ cho nhu cầu sử dụng thực tế người dân IV KẾT LUẬN Than hoạt tính biến tính tác nhân oxi hóa (HNO3, H2O2) cho hiệu suất loại bỏ phẩm màu cao so với than hoạt tính ban đầu Ảnh hưởng nồng độ, thời gian ngâm lắc dung dịch oxi hóa đến khả hấp phụ phẩm màu rõ ràng Hiệu suất hấp phụ tăng diện tích bề mặt than hoạt tính biến tính giảm Ngồi ra, than hoạt tính biến tính dung dịch HNO3 cho khả hấp phụ loại phẩm màu cao so với than hoạt tính biến tính dung dịch H2O2 Các kết nghiên cứu thực nhiệt độ thường, dễ dàng thực điều kiện Bansal R.C., Goyal M.(2005), Activated Carbon TÀI LIỆU THAM KHẢO Adsorption, Taylor & Francis Group, USA Biniak S (1997), “The characterization of activated carbons with oxygenand nitrogen surface groups”, Carbon, Vol 35(12), pp.1799 1810 Chen J P (2003), “Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption”, Carbon, Vol 41, pp 1979 - 1986 Marsh Harry, Rodriguez - Reinoso Francisco (2006), Activated Carbon,Elsevier, Spain Matsumoto Masafumi et al (l994), “Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment”, Carbon, Vol 32 (I), pp 111 - 118 Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017 59 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường RESEARCHING SURFACE MODIFICATION OF ACTIVATED CARBON AT TRA BAC COMPANY AND EXPLORING THE ABSORPTION CAPACITY SOME COLORINGS IN THE TEXTILE WASTEWATER Nguyen Van Huong Vietnam National University of Forestry SUMMARY Tra Bac activated carbon was modified by the oxidizing agent and applied adsorption coloring of textile wastewater This paper presents the process of activated carbon modified by the oxidizing agent such as HNO3, H2O2 Survey affection of concentration and soaking time for different shakes led to the following results: with HNO3 at molarity 2M in 16 hours shaking and soaking time, with H2O2 at concentration 10% in 12 hours Survey adsorption capacity of the group azo dyes after modified material, the positive results achieved balance with time faster absorption and adsorption maximum payload of advanced materials By the method of electron microscopy SEM, BET, IR spectrum were evaluated surface characteristics of coal after denaturation The activated carbon surface has reduced but has become more porous and rugged On the other hand, the coal surface post-modification appear -COOH to increase the absorption capacity coloring Keywords: Activated carbon, azo, denaturation, dyes, textile wastewater Ngày nhận Ngày phản biện Ngày định đăng 60 : 22/8/2016 : 22/10/2016 : 28/10/2016 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2017