Nghiên cứu xây dựng phương trình hấp thụ đẳng nhiệt xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu sinh học được điều chế từ vỏ hạt macadamia

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH B NH DƢƠNG TRƢỜNG Đ ỌC T Ủ DẦU M T NGUYỄN T Ị T AN TRÂM NG ÊN CỨU XÂY DỰNG P ƢƠNG TRÌN ẤP P Ụ ĐẲNG N ỆT XỬ LÝ MÀU TRONG NƢỚC T Ả DỆT N U M BẰNG VẬT L ỆU SN ỌC ĐƢỢC Đ ỀU C Ế TỪ VỎ T MACADAMIA C UYÊN NGÀN : K OA ỌC MÔ TRƢỜNG MÃ SỐ: 44 03 01 LUẬN VĂN T BÌN C SĨ DƢƠNG – 2022 ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH B NH DƢƠNG TRƢỜNG Đ ỌC T Ủ DẦU M T NGUYỄN T Ị T AN TRÂM NG ÊN CỨU XÂY DỰNG P ƢƠNG TRÌN ẤP P Ụ ĐẲNG N ỆT XỬ LÝ MÀU TRONG NƢỚC T Ả DỆT N U M BẰNG VẬT L ỆU SN ỌC ĐƢỢC Đ ỀU C Ế TỪ VỎ T MACADAMIA C UYÊN NGÀN : K OA ỌC MÔ TRƢỜNG MÃ SỐ: 44 03 01 LUẬN VĂN T NGƢỜ C SĨ ƢỚNG DẪN K OA TS ĐÀO M N BÌN TRUNG DƢƠNG - 2022 ỌC: LỜ CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi với hƣớng dẫn TS Đào Minh Trung Các số liệu kết luận nghiên cứu đƣợc trình bày luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình cấp ọc viên thực Nguyễn Thị Thanh Trâm i LỜ CẢM ƠN Trong suốt trình h c tập thực luận văn thạc sĩ đ nhận đƣợc hƣớng dẫn gi p đ qu báu từ nhiều ngƣời Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể giảng viên Viện Đào tạo Sau đại h c Trƣờng Đại h c Thủ Dầu Một Đặc biệt TS Đào Minh Trung – giảng viên trực tiếp hƣớng dẫn thực đề tài luận văn tốt nghiệp cao h c Tôi xin cảm ơn TS Hoàng Lê Thụy Thùy Trang, ThS Trần Thanh Nh CN Phan Hồng Vĩnh Trƣờng Q Thầy/Cơ quản lý Phịng Thí nghiệm – Viện Phát triển Ứng dụng đ hỗ trợ nhiệt tình giúp tơi hồn thiện luận văn Các Thầy Cô đ hết l ng gi p đ dạy bảo thƣờng xuyên quan tâm động viên kịp thời chia sẻ khó khăn vƣớng mắc cho tơi suốt q trình h c tập hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại h c, ngành Khoa h c môi trƣờng đ hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt luận văn Một lần nữa, tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Nguyễn Thị Thanh Trâm ii MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC H NH ẢNH vii PHẦN MỞ ĐẦU 1 L ch n đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn Ý nghĩa khoa h c CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.1 Tổng quan ngành dệt nhuộm 1.1.2 Thành phần tính chất nƣớc thải dệt nhuộm 1.1.3 Ảnh hƣởng nƣớc thải đến môi trƣờng 1.2 Phƣơng pháp hấp phụ giải hấp phụ 1.2.1 Phƣơng pháp hấp phụ 1.2.2 Giải hấp phụ 1.2.3 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt 10 1.2.4 Đặc tính chất hấp phụ 10 1.3 Tổng quan than biến tính 12 1.3.1 Biến tính bề mặt vật liệu 12 1.3.2 Các phƣơng pháp biến tính 13 1.4 Tổng quan Macadamia 15 1.5 Các nghiên cứu nƣớc 16 1.5.1 Ở Việt Nam 16 1.5.2 Trên giới 17 CHƢƠNG NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1 Phƣơng tiện nghiên cứu 22 iii 2.1.1 Thiết bị dụng cụ 22 2.1.2 Hóa chất 22 2.2 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.2.1 Nội dung nghiên cứu 23 2.2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 24 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết phân tích đặc tính hình thái vật liệu đ điều chế 35 3.2 Kết ứng dụng vật liệu sinh h c đ điều chế xử l màu nhuộm methylene blue 38 3.2.1 Ảnh hƣởng pH đến hiệu hấp phụ methylene blue 38 3.2.2 Ảnh hƣởng liều lƣợng vật liệu đến hiệu hấp phụ methylene blue 39 3.2.3 Ảnh hƣởng thời gian đến hiệu hấp phụ methylene blue 40 3.2.4 Ảnh hƣởng nồng độ đến hiệu hấp phụ methylene blue 41 3.2.5 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu hấp phụ methylene blue 43 3.3 Kết xây dựng phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt vật liệu đ đƣợc điều chế 44 3.3.1 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt 44 3.3.2 Động h c hấp phụ 47 3.4 Kết khảo sát khả tái sử dụng vật liệu sinh h c đƣợc điều chế từ vỏ hạt Macadamia 49 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 4.1 Kết luận 51 4.2 Kiến nghị 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 58 PHỤ LỤC A H NH ẢNH TRONG QUÁ TR NH THỰC NGHIỆM 58 PHỤ LỤC B DỮ LIỆU THỰC NGHIỆM 66 PHỤ LỤC C HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ PHÂN TÍCH 79 iv BOD DAN MỤC C Ữ V ẾT TẮT Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BT Than biến tính COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa h c FT-IR Fourier Transformation Infrared Spectrometer Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR Infra Red Phổ hồng ngoại IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry Hội hóa h c ứng dụng quốc tế KLN Kim loại nặng MB Methylene blue PTL Phân tử lớn TC Biochar TS Tổng chất rắn v DANH MỤC BẢNG B ỂU Bảng 1.1 Thành phần tính chất nƣớc thải dệt nhuộm Bảng 1.2 Các chất gây ô nhiễm đặc tính nƣớc thải ngành dệt nhuộm Bảng 1.3 Các nghiên cứu điều chế vật liệu sinh h c giới 18 Bảng 2.1 Những thiết bị sử dụng đề tài 22 Bảng 2.2 Những hóa chất sử dụng đề tài 22 Bảng 3.1 Các điều kiện thí nghiệm nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 45 Bảng 3.2 Các tham số mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 46 Bảng 3.3 So sánh dung lƣợng hấp phụ loại vật liệu sinh h c 47 Bảng 3.4 Các tham số mơ hình động h c hấp phụ bậc bậc 49 vi DAN MỤC ÌN ẢN Hình 1.1 Sơ đồ quy trình dệt nhuộm Hình 2.1 Nội dung nghiên cứu 23 Hình 2.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế than biến tính 25 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả hấp phụ màu MB 29 Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 33 Hình 3.1 Kết phân tích SEM biochar (a) than biến tính (b) 35 Hình 3.2 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 vật liệu biochar 36 Hình 3.3 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 vật liệu biến tính 37 Hình 3.4 Kết phân tích FT-IR biochar (TC) than biến tính (BT) 38 Hình 3.5 Kết khảo sát ảnh hƣởng pH đến hiệu suất loại bỏ màu MB 38 Hình 3.6 Kết khảo sát ảnh hƣởng liều lƣợng vật liệu đến hiệu suất loại bỏ màu MB 40 Hình 3.7 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hiệu suất loại bỏ MB 41 Hình 3.8 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ đến hiệu suất loại bỏ MB 42 Hình 3.9 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu MB đến dung lƣợng hấp phụ 42 Hình 3.10 Kết khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến hiệu suất loại bỏ MB 43 Hình 3.11 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 45 Hình 3.12 Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 46 Hình 3.13 Ảnh hƣởng thời gian đến dung lƣợng hấp phụ màu MB 48 Hình 3.14 Phƣơng trình giả động h c bậc 48 Hình 3.15 Phƣơng trình giả động h c bậc 49 Hình 3.16 Kết khảo sát khả tái sử dụng vật liệu 50 vii P ẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện trạng ô nhiễm nƣớc thải phẩm nhuộm Việt Nam phát sinh từ hoạt động làng nghề dệt nhuộm Vì với quy mô nhỏ công nghệ thủ công nên thƣờng hệ thống xử l nƣớc thải xử l chƣa triệt để gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng xung quanh Đặc thù nghề dệt nhuộm sử dụng nhiều hóa chất thuốc nhuộm nên thành phần chất ô nhiễm nƣớc thải từ làng nghề dệt nhuộm bao gồm: tạp chất tự nhiên (tách từ sợi vải) chất bẩn dầu sáp hợp chất chứa nitơ pectin (trong trình nấu tẩy) chuội tơ hóa chất (sử dụng quy trình xử l vải nhƣ hồ tinh bột NaOH H2SO4, HCl, Na2CO3,…) loại thuốc nhuộm chất tẩy giặt Khoảng 10 - 30% lƣợng thuốc nhuộm hóa chất sử dụng đƣợc thải với nƣớc thải (Nguyễn Xuân Hoàng Lê Hoàng Việt 2012) Những chất xả trực tiếp vào nguồn nƣớc gây nhiều ảnh hƣởng nghiêm tr ng tới hệ sinh thái môi trƣờng sống xung quanh Độ màu cao dƣ lƣợng thuốc nhuộm dƣ nƣớc thải gây màu cho nguồn tiếp nhận gây cản trở ánh sáng làm chậm trình quang hợp ức chế phát triển sinh sản sinh vật Bên cạnh giá trị cao (pH > 9) gây độc hại môi trƣờng thủy sinh gây ăn m n cơng trình nƣớc hệ thống xử l nƣớc thải Do ảnh hƣởng nhiều phƣơng pháp đ đƣợc áp dụng để loại bỏ tác nhân độc hại nƣớc thải dệt nhuộm nhƣ xử l Chitosan (Guibal and Roussy, 2007) xử l công nghệ màng nano (Akbari et al., 2006) hay xử l vật liệu nano kết hợp với biogum (Tan et al., 2000) … Ngoài phƣơng pháp phƣơng pháp xử l than hoạt tính có nguồn gốc sinh h c cụ thể phế phẩm nông nghiệp đ đƣợc áp dụng rộng r i hiệu suất xử l cao nguồn vật liệu lại dồi thân thiện với môi trƣờng nhƣ: cỏ nến (Shi et al., 2010), Euphorbia rigida (Gerỗel et al., 2007) rm l a mch (Husseien et al., 2007) vỏ lạc (Malik et al., 2007) … Bảng 14 Kết phân tích T-Test thời gian 240 300 Mean 80.60791 84.40291 Variance 0.527275 5.085419 3 Observations Pearson Correlation -0.87163 Hypothesized Mean Difference df t Stat -2.25892 P(T