Xử lý sắt trong nước bằng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MƠI TRƯỜNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: XỬ LÝ SẮT TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA Người thực : ĐỒN THU HIỀN Lớp : K62KHMTA Khóa : 62 Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH Địa điểm thực tập : HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Hà Nội – Năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp “XỬ LÝ SẮT TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA” cơng trình nghiên cứu thân tơi với hỗ trợ từ Giáo viên hướng dẫn PGS TS Nguyễn Thị Hồng Hạnh Các nội dung nghiên cứu kết đề tài trung thực chưa công bố nghiên cứu trước Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng kết nghiên cứu khóa luận Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên Đồn Thu Hiền i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập khoa Tài Nguyên Môi Trường – Học viện Nơng Nghiệp Việt Nam hồn thành khóa luận tốt nghiệp, ngồi cố gắng thân, tơi nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ thầy cơ, gia đình, bạn bè ngồi trường Trước hết tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám đốc, Ban chủ nhiệm khoa thầy giáo, cô giáo khoa Tài Nguyên Môi Trường tạo diều kiện giúp đỡ truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập, rèn luyện hồn thành khóa luận tốt nghiệp Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Hồng Hạnh người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi q trình thực tập viết báo cáo khóa luận tốt nghiệp Qua đây, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giảng viên, cán bộ mơn Hóa học giúp đỡ, chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện tốt để hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cuối tơi xin cảm ơn tới gia đình bạn bè ln động viên, giúp đỡ, khích lệ tơi suốt thời gian học tập trình thực đề tài tốt nghiệp Do hạn chế thời kì dịch Covid- 19 trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận bảo, đóng góp thầy, để báo cáo hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên Đoàn Thu Hiền ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Nước ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.1.1 Vai trò nước 1.1.2 Tình trạng nhiễm nước kim loại nặng 1.1.3 Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 1.2 Ảnh hưởng kim loại nặng tới sức khỏe người môi trường 1.2.1 Tác dụng sinh hóa kim loại nặng người môi trường 1.2.2 Ảnh hưởng kim loại nặng tới sức khỏe người 10 1.3 Tổng quan Sắt 14 1.3.1 Giới thiệu Sắt 14 1.3.2 Tính chất phân bố sắt mơi trường 14 1.3.3 Vai trị Sắt 15 1.3.4 Độc tính sắt 16 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 16 1.4.1 Khái niệm 16 1.4.2 Hấp phụ vật lý 17 1.4.3 Hấp phụ hóa học 18 1.4.4 Động học hấp phụ 18 1.4.5 Cân hấp phụ 19 1.4.6 Các mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ 21 iii 1.4.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 25 1.4.8 Hấp phụ môi trường nước 26 1.5 Giới thiệu vật liệu hấp phụ 27 1.5.1 Một số hướng nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ 27 1.5.2 Tổng quan bã mía 28 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1 Đối tượng nghiên cứu 34 2.2 Phạm vi nghiên cứu 34 2.3 Nội dung nghiên cứu 34 2.4 Phương pháp nghiên cứu 34 2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu 34 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 35 2.4.3 Phương pháp xác định sắt 36 2.4.4 Xây dựng đường chuẩn sắt 37 2.4.5 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ 38 2.4.6 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ 39 2.5 Phương pháp thống kê xử lý số liệu excel 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Kết chế tạo vật liệu hấp phụ 42 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu 46 3.3 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu 47 3.3.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt 47 3.3.2 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Sắt 48 3.3.3 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ Sắt 50 3.3.4 Xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu 51 3.3.5 Khả giải hấp, tái sinh vật liệu hấp phụ 53 iv KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55 KẾT LUẬN 55 ĐỀ NGHỊ 55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 60 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 :Tác hại kim loại nặng nồng độ tiêu chuẩn nước 10 Bảng 1.2: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 22 Bảng 1.3: So sánh Việt Nam với quốc gia sản xuất mía đường giới năm 2017 30 Bảng 1.4 Thành phần hoá học bã mía 31 Bảng 2.1 Kết xác định đường chuẩn sắt 38 Bảng 3.1 Các thông số hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ 46 Bảng 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ Sắt 47 Bảng 3.3: 49 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ sắt 50 Bảng 3.5 Kết khảo sát xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu vào nồng độ cân sắt 51 Bảng 3.8 Kết tái sinh vật liệu hấp phụ 54 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Hình ảnh nước bị ô nhiễm kim loại nặng Hình 1.2 : Một số hình ảnh Sắt 14 Hình 1.3 Phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 24 Hình 1.4 Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf 24 Hình 1.5: Hình ảnh bã mía mía 29 Hình 2.1: Dãy chuẩn sắt (III) 37 Hình 2.2 Phương trình đường chuẩn xác định nồng độ sắt (III) 38 Hình 3.1 Ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ sắt 48 Hình 3.2: Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ sắt 49 Hình 3.3.: Ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ sắt 50 Hình 3.4: Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ q vào nồng độ cân Cf Fe3+ dung dịch 52 Hình 3.5: Sự phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf 52 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, xã hội lo ngại tình trạng ô nhiễm môi trường Tại Việt Nam, nguồn nước thải hầu hết sở sản xuất xử lý sơ bộ, chí xả thải trực tiếp ngồi mơi trường Do đó, môi trường nước (bao gồm nước mặt nước ngầm) khu vực bị ô nhiễm nặng nề Vì vậy, ngồi việc nâng cao nhận thức cộng đồng thắt chặt quản lý công tác quản lý môi trường, điều quan trọng phải tìm cách loại bỏ ion kim loại nặng hợp chất hữu độc hại từ chúng để loại bỏ khỏi mơi trường nước Có nhiều phương pháp áp dụng để tách ion kim loại nặng khỏi mơi trường nước, ví dụ: Phương pháp hóa lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion ), phương pháp sinh học, phương pháp hóa học Một phương pháp quan tâm tận dụng phế phẩm nông nghiệp, công nghiệp để chế tạo vật liệu hấp phụ ion kim loại Và phương pháp hấp phụ sử dụng rộng rãi mang lại hiệu cao Ưu điểm phương pháp từ nguyên liệu giá thành thấp, quy trình đơn giản khơng có tác nhân gây hại cho mơi trường Với phát triển nghiên cứu, tìm nhiều chất hấp phụ giá thành thấp, dễ kiếm (như: bã mía, rơm, vỏ trấu, xơ dừa, vỏ lạc, lõi ngô ) nghiên cứu sử dụng để hấp phụ ion kim loại nặng môi trường nước Bã mía phụ phẩm ngành công nghiệp đánh giá tiềm lớn để chế tạo thành vật liệu hấp phụ xử lý ô nhiễm mơi trường Vì vậy, đề tài em chọn thực khóa luận là: “Xử lý sắt nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Loại bỏ giảm thiểu sắt (III) nước thải - Tìm loại vật liệu mới, khả xử lý sắt (III) tốt, nguyên liệu dễ kiếm giá thành rẻ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Nước ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.1.1 Vai trị nước Nước phần khơng thể thiếu có vai trị quan trọng người sinh vật trái đất Nước nguồn tài nguyên vô quý giá quan trọng nhiên lại vô tận Nước cần cho sống phát triển Theo thống kê, ngày người cần 250 lít nước cho sinh hoạt, 1.500 lít nước cho hoạt động cơng nghiệp 2.000 lít cho hoạt động nơng nghiệp Nước chiếm 99% trọng lượng sinh vật sống môi trường nước 44% trọng lượng thể người Bên cạnh chức tham gia vào chu trình sống người, nước tác động tạo lượng (hải triều, thuỷ năng) tác nhân điều hồ khí hậu, thực chu trình tuần hồn vật chất tự nhiên Có thể nói sống người sinh vật trái đất phụ thuộc vào nước Tài ngun nước giới theo tính tốn 1,39 tỷ km3, tập trung thuỷ 97,2% (1,35 tỷ km3), cịn lại khí thạch 94% lượng nước nước mặn, 2% nước tập trung băng hai cực, 0,6% nước ngầm, cịn lại nước sơng hồ Lượng nước khí khoảng 0,001%, sinh 0,002%, sông suối 0,00007% tổng lượng nước trái đất Lượng nước người sử dụng xuất phát từ nước mưa (lượng mưa trái đất 105.000km3/năm Lượng nước người sử dụng năm khoảng 35.000 km3, 8% cho sinh hoạt, 23% cho cơng nghiệp 63% cho hoạt động nơng nghiệp) Trích https://xulynuoc.com/co-ban-vetai-nguyen-nuoc/2020 1.1.2 Tình trạng nhiễm nước kim loại nặng Trong khoảng thập kỉ trở lại đây, với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, nông nghiệp dịch vụ nhằm đáp ứng nhu cầu phục vụ người làm cho nguồn nước bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ảnh hưởng Tình trạng nước bị nhiễm kim loại nặng thường gặp lưu vực nước gần khu công nghiệp, thành phố lớn khu vực khai thác mỏ Ô nhiễm kim loại nặng biểu nồng độ khoáng chất cao kim loại nước Đã xuất vài trường hợp cá thủy sinh vật chết hàng loạt Ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng có tác động tiêu cực đến mơi trường sống sinh vật người Kim loại nặng tích tụ dọc theo chuỗi thức ăn sau thâm nhập vào thể người Hiện Việt Nam, Nhà nước đưa nhiều giải pháp khắc khục vấn đề nan giải ô nhiễm môi trường, nhiên thực tế tình trạng nhiễm nguồn nước vấn đề đáng lo ngại Ở thành phố lớn,vì lí lợi nhuận khơng có đầy đủ cơng trình xử lý nên cụm cơng nghiệp tập trung có nhiều sở sản xuất, nhà máy, xí nghiệp gây tình trạng nhiễm mơi trường Ô nhiễm nước sản xuất công nghiệp nặng Ví dụ: ngành cơng nghiệp dệt may, ngành cơng nghiệp giấy bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; số nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), nhu cầu ô xy hoá học (COD) lên đến 700mg/1 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải ngành có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên gây ô nhiễm nặng nề nguồn nước mặt vùng dân cư Tình trạng ô nhiễm nước sông mang đến hệ lụy lớn đến môi trường sống sinh vật thủy sinh sức khỏe người Vậy nên việc xử lý nước thải các cụm nhà máy, xí nghiệp, xử lý tập trung khu vực cơng nghiệp việc ưu tiên đòi hỏi quản lý chặt chẽ, sát quan chức cấp quản lý 1.2 Tổng quan Sắt Sắt kim loại có ký hiệu hóa học Fe, từ viết tắt Ferrum Trong tiếng Latinh gọi sắt Kim loại sắt có nguyên tử khối 26 Với tình 73 chất cứng lại dễ uốn dẻo sắt kim loại ứng dụng nhiều đời sống Sắt có nhiều Trái Đất, thành phần cấu thành lớp vỏ bên lõi Trái Đất Sắt kim loại phổ biến Nó thành tố phổ biến thứ 10 tính theo khối lượng vũ trụ Sắt có mặt 34 lớp khác Trái Đất, chiếm tới 5% lớp vỏ bên ngồi.(Theo Wikipedia) Hình 1.2: Một số hình ảnh sắt Một ngun tử sắt điển hình có khối lượng gấp 56 lần khối lượng nguyên tử hidro điển hình Sắt kim loại phổ biến người ta cho nguyên tố phổ biến thứ 10 vũ trụ Sắt nguyên tố phổ biến (theo khối lượng, 34,6%) tạo Trái Đất Sắt có ánh kim xám nhẹ, nguyên tố phổ biến Trái Đất, chiếm khoảng 5% khối lượng vỏ Trái Đất Phần lớn sắt tìm thấy dạng oxit sắt khác nhau, chẳng hạn khoáng chất hematit, magnetit, taconit Khoảng 5% thiên thạch chứa hỗn hợp sắt – niken chúng dạng sắt kim loại tự nhiên bề mặt Trái Đất Sắt kim loại tách từ mỏ quặng sắt khó tìm thấy dạng tự Để thu sắt tự do, tạp chất phải loại bỏ phương 74 pháp khử hóa học Sắt sử dụng sản xuất gang thép, hợp kim, hòa tan kim loại khác (và số kim hay phi kim, đặc biệt cacbon) Sắt có vai trị cần thiết thể sống, ngoại trừ số vi khuẩn Nó chủ yếu liên kết ổn định bên protein kim loại (vì dạng tự sinh gốc tự nói chung độc với tế bào Nói sắt tự khơng có nghĩa tự di chuyển chất lỏng thể Sắt liên kết chặt chẽ với phân tử sinh học gắn với màng tế bào, axit nucleic, protein v.v Nếu nồng độ thấp, sắt không gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người việc hấp thụ lượng lớn sắt gây ngộ độc sắt (II) dư thừa phản ứng với peroxit thể để sản xuất gốc tự Khi sắt nồng độ vừa đủ thể sản sinh chế chống oxi hóa để kiểm sốt q trình Các gốc tự sản sinh khiến lượng dư thừa sắt khơng thể kiểm sốt 1.3 Tổng quan bã mía Theo từ điển bách khoa tồn thư, mía tên gọi chung số loài loại Saccharum, bên cạnh loài lau, lách khác Chúng vốn lồi cỏ, có thân cao từ 2-6 m, chia làm nhiều đốt, bên có chứa đường Tất giống mía trồng giống mía lai nội chi nội loại phức tạp Cây mía cịn coi sáu nhiên liệu sinh học tốt giới tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành tảo).(Theo Viện nghiên cứu mía đường, Bộ NN&PTNT) Mía công nghiệp lấy đường quan trọng ngành công nghiệp đường Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, dịch có chứa khoảng 16-18% đường Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía đem ép lấy nước dịch Nước dịch mía chế lọc đặc thành đường Phần nguyên liệu lại sau chiết xuất đường gọi bã mía Bã mía chiếm khoảng 75 25-30% khối lượng mía đem ép Trong số công nghiệp ngắn ngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 năm 2015 Bã mía chiếm 29% khối lượng mía, điều có nghĩa năm nước thải 163.674 bã mía Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng chưa triệt để Khu vực thường xuyên ô nhiễm xung quanh nhà máy đường Hình 1.3: Hình ảnh bã mía mía Bã mía phần xơ cịn lại thân mía sau q trình ép mía Bã mía gồm có sợi xơ, nước lượng tương đối nhỏ chất hịa tan chủ yếu đường Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% nước; 48,5% xơ (trong 45 – 55% xenlulozơ); 2,5% chất hịa tan (đường) Tuỳ theo loại mía đặc điểm nơi trồng mía mà thành phần hố học có bã mía biến đổi Với thành phần xenlulozo hemixenlulozo, bã mía biến tính để trở thành vật liệu tốt Trên giới có số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường Tại Việt Nam, có nhiều cơng trình nghiên cứu vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía công bố như: Nghiên cứu tác giả Lê Hữu Thiềng(2010) Đại học Sư Phạm, Đại học Thái Nguyên Các tác giả sử dụng phương pháp biến tính sau: bã mía sau 76 rửa cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi 30 phút để loại bỏ đường hịa tan, sau sấy khơ 800C 24 Bã mía khơ nghiền thành bột mịn (nguyên liệu đầu) Sau nguyên liệu trộn với axit đặc H SO 98% để than hóa bã mía theo tỉ lệ 1:1 (bã mía (gam): axit H SO 98% (ml)) nung 1500C 24 Nguyên liệu sau sấy rửa nước cất lần ngâm NaHCO 1% 24h để loại bỏ axit dư lọc sấy 1500C đến khơ, rây rây kích thước ≤ 0,02 mm Kết vật liệu có khả hấp phụ kim loại nặng Cu2+, Ni2+, dung lượng hấp phụ cực đại với Cu2+ 54,054 mg/g vật liệu, với Ni2+ 44,834 mg/g vật liệu Như vậy, bã mía hồn tồn sử dụng làm nguyên liệu để chế tạo vật liệu hấp phụ, mở hướng cho việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên để xử lý nhiễm mơi trường Sử dụng bã mía lĩnh vực khác: - Sử dụng để trồng nấm linh chi: Nấm linh chi trồng bã mía có số hoạt chất nhóm polysarcarit số axit amin không thay với hàm lượng cao nấm linh chi trồng mùn cưa Những hoạt chất có tác dụng tăng sức đề kháng thể, điều chỉnh hàm lượng cholesterol máu Bã mía sau chế biến trồng thu hoạch nấm trở thành nguồn phân bón hữu chất lượng thay phân hóa học để cải tạo đất trồng mía, góp phần phục hồi độ màu đất, phục vụ ngành sản xuất đường - Sử dụng bã mía làm ván ép Ván ép sản phẩm làm từ phế phẩm nơng nghiệp, chúng có tính hút nước thấp, độ giãn nở thấp, đạt tiêu chuẩn xây dựng Ứng dụng giải đầu cho phế phẩm nơng nghiệp mà cịn mang thu nhập lớn cho người dân nhà máy Nhà máy đường cơng ty cổ phần Đường Bình Định (BISUCO) công ty đầu việc đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất ván ép 77 bã mía cơng suất 5.000 m3 sản phẩm/năm Sản phẩm công ty đạt giải thưởng chất lượng triển lãm Giảng Võ – Hà Nội năm 2013 - Sử dụng bã mía tạo điện Theo hiệp hội Mía đường Việt Nam, với công nghệ đại, từ mía sản xuất 100 kWh điện, dự báo đến năm 2020 nước sản xuất khoảng 24 triệu mía – tương đương 2.400 MW, phát huy mạnh tiềm này, ngành mía đường đảm nhận khoảng 10% sản lượng điện quốc gia - Sử dụng bã mía làm chậu cảnh Khác hẳn với chậu sành, sứ, loại chậu thấm nước mưa khơng gây ngập úng Rễ xuyên qua chậu để tiếp xúc với đất, chậu bền, dai không bị vỡ bưng bê Sản phẩm cho thân thiện với mơi trường cần tháng sau chơn xuống đất, bị phân hủy tạo lớp mùn 1.4 Giới thiệu phương pháp hấp phụ Hấp phụ tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí-rắn, lỏngrắn, khí- lỏng, lỏng-lỏng) Chất hấp phụ: chất mà phần tử lớp bề mặt có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với Chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn khả hấp phụ mạnh Hấp phụ vật lý trình hấp phụ gây lực Vander Walls phân tử chất bị hấp phụ bề mặt chất hấp phụ (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hướng, khuếch tán), liên kết yếu dễ bị phá vỡ Vì hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao : Phân tử bị hấp phụ không tương tác với nguyên tử mà với nhiều nguyên tử bề mặt Do vậy, phân tử hấp phụ hình thành nhiều lớp phân tử bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ hóa học gây liên kết hóa học (liên kết cộng hóa trị, lực ion, lực liên kết phối trí…) Trong hấp phụ hóa học có trao đổi 78 electron chất hấp phụ chất bị hấp phụ Cấu trúc electron phân tử chất tham gia q trình hấp phụ có biến đổi lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học Nhiệt lượng tỏa hấp phụ hóa học thường lớn 22 kcal/mol Chất bị hấp phụ hình thành lớp đơn phân tử hấp phụ, chúng hình thành hợp chất bề mặt Hấp phụ hóa học địi hỏi phải có lực hóa học bề mặt chất hấp phụ chất bị hấp phụ, mang tính đặc thù rõ rệt Đây khơng phải q trình thuận nghịch 79 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía - Mẫu nước thải giả định - dung dịch sắt (III) pha từ hóa chất phịng thí nghiệm để tiến hành thử nghiệm 2.2 Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi khơng gian: Bộ mơn Hóa học, Khoa Tài ngun môi trường - Phạm vi thời gian: tháng 11/2021– tháng 03/2022 2.3 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu thành phần, đặc tính bã mía - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu (thời gian, nồng độ, pH, nồng độ cân ) 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu Thu thập thông tin từ cơng trình nghiên cứu, báo cáo, báo khoa học có liên quan đến đề tài, bao gồm: Thơng tin đặc tính, trữ lượng, thành phần bã mía Các thơng tin quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía Nghiên cứu tính chất, tác hại nhiễm chất hữu nguồn nước bị ô nhiễm Xử lý thông tin lý thuyết để đưa vấn đề cần thực trình thực nghiệm Tổng hợp, phân tích, so sánh, đánh giá tài liệu nghiên cứu Từ định hướng bước thực đề tài 80 2.4.2 Phương pháp thực nghiệm 2.4.2.1 Phương pháp chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía (Tham khảo Lê Hữu Thiềng Hoàng Ngọc Hiền(2008), Nghiên cứu khả hấp phụ Cu²+và Pb²+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía.) - B1: Bã mía cắt khúc nhỏ 5cm, rửa nước cất nóng lần 30 phút để loại bỏ hết đường tự nhiên, sấy khô 100ºC giờ, sau nghiền nhỏ bã mía đến kích cỡ 1mm lọc qua giấy lọc thu nguyên liệu - B2: Lấy 65g bã mía thêm vào lít dung dịch NaOH 0,1M, khuấy vịng nhiệt độ phịng Sau đem rửa cho vào nước cất khuấy 30 phút nhiệt độ phịng Lặp lại q trình hết kiềm (kiểm tra giấy thị) - B3: Lấy phần bã mía cho vào 500 ml axit citric 0,4M pha Huyền phù axit citric – bã mía để phản ứng 48 nhiệt độ phòng - B4: Sau đó, bã mía lọc khỏi axit citric, sấy khô nhiệt độ 60ºC hoạt hóa 120ºC - B5: Vật liệu sau hoạt hóa ngâm rửa lit nước cất giờ, lặp lại khoảng lần nhằm rửa hết axit citric dư Sau sấy khô lại nhiệt độ 60ºC Bảo quản lọ thủy tinh có đậy nắp 2.4.2.2 Phương pháp xác định sắt - B1: Lấy lượng mẫu nước cần phân tích cho lượng sắt khơng vượt q 0,2 mg cho vào bình tam giác có dung tích 250 ml - B2: Thêm 2,5ml dung dịch H SO (1:2); 2,5ml dung dịch KMnO 0,1N đun sôi hỗn hợp – phút - B3: Nhỏ vào hỗn hợp giọt dung dịch Axit Oxalic H C O 0,1N đến màu tím Để nguội, dung dịch đục lọc 81 - B4: Thu tất nước lọc nước rửa vào bình định mức, thêm 2,5ml dung dịch HCl (1:1), 5ml dung dịch KSCN 20% lắc định mức tới vạch nước cất 2.4.2.3 Xây dựng đường chuẩn sắt - Xác định nồng độ sắt (III) dung dịch phương pháp trắc quang - Cách tiến hành: Từ dung dịch sắt nồng độ 20mg/l pha dung dịch có nồng độ nhỏ để đo quang bước sóng 440nm Lấy kết đo lập đường chuẩn tìm phương trình hồi quy Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ sắt (III): Chuẩn bị bình định mức có dung tích 100ml, lấy bình 0, 2, 4, 6, 10ml dung dịch chuẩn sắt có nồng độ 20mg/l 2.4.2.4 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu vật liệu hấp phụ B1: Chuẩn bị bình tam giác dung tích 250 ml B2: Cho vào bình thứ 1g nguyên liệu bình thứ hai 1g vật liệu hấp phụ B3: Thêm vào bình bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l B4: Lắc bình máy lắc khoảng thời gian 60 phút, tiến hành lọc phễu giấy lọc B5: Thu nước lọc đem làm trình tự phân tích 2.4.2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ  Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu đến trình hấp phụ, ta tiến hành sau: - Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 250 ml 82 - Cho vào bình 1g vật liệu hấp phụ 100 ml dung dịch sắt chuẩn với nồng độ 20 mg/l - Lắc bình máy lắc, khoảng thời gian khác 20; 40; 60; 80; 100; 120; 140 phút tiến hành lọc, thu dung dịch lọc để xác định  Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ Để khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến trình hấp phụ, ta tiến hành sau: - Chuẩn bị bình tam giác có dung tích 250 ml Đánh số thứ tự bình - Cho vào bình 0,4; 0,7; 1; 1,5; 1,9; 2,3g vật liệu hấp phụ 100 ml dung dịch sắt chuẩn với nồng độ 20 mg/l Tiến hành lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc xác định nồng độ sắt sau xử lý  Khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ vật liệu Một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả hấp phụ vật liệu pH, để khảo sát ảnh hưởng pH ta tiến hành sau: - Chuẩn bị: bình tam giác dung tích 250 ml Đánh số thứ tự bình - Cho vào bình 100 ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ - Điều chỉnh pH khác bình từ 1; 2; 3; 4; - Đem lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc đo nồng độ đầu dung dịch  Xác định tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu Để khảo sát phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân vật liệu, bước tiến hành sau: Chuẩn bị: bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ đến - Pha dung dịch sắt chuẩn với nồng độ khác nhau: 20; 40; 60; 80; 100; 120; 140; 160mg/l 83 - Cho vào bình 100ml dung dịch sắt nồng độ 1,5g vật liệu hấp phụ - Điều chỉnh pH tối ưu tiến hành lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc xác định nồng độ sắt sau xử lý  Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ Khảo sát khả giải hấp - Lấy 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l 1,5g vật liệu hấp phụ (khối lượng vật liệu tối ưu) cho vào bình tam giác 250ml đem lắc 100 phút Sau đo nồng độ dung dịch sau xử lý, từ tính hàm lượng sắt mà bã mía hấp phụ - Sau tiến hành giải hấp tách sắt khỏi vật liệu dung dịch HNO 1M, trình giải hấp tiến hành lần, lần lấy 100ml dung dịch HNO - Xác định nồng độ Fe3+ sau giải hấp phương pháp trắc quang Từ tính hàm lượng sắt rửa giải Khảo sát khả tái sinh - Lấy 100ml dung dịch sắt chuẩn nồng độ 20 mg/l cho vào bình tam giác dung tích 250ml 1,5g (khối lượng vật liệu tối ưu) vật liệu hấp phụ qua giải hấp - Điều chỉnh pH tối ưu tiến hành lắc khoảng thời gian đạt cân hấp phụ sau lọc xác định nồng độ sắt sau xử lý 2.9 Phương pháp thống kê xử lý số liệu excel  Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết thu được, tính dung lượng hấp phụ cực đại, phân tích số liệu thực nghiệm hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir Tính dung lượng hấp phụ cực đại q (mg/g) hiệu suất hấp phụ H (%) vật liệu hấp phụ dung dịch bị hấp phụ theo công thức: 84 q= C0 - Ccb m *V H= C0 - Ccb C0 * 100 Trong đó: q: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) H: hiệu suất hấp phụ (%) C o, C cb : nồng độ ban đầu nồng độ sau hấp phụ dung dịch bị hấp phụ (mg/l) V: thể tích dung dịch bị hấp phụ (l) m: khối lượng vật liệu hấp phụ (g)  Đồ thị, bảng biểu xử lý phần mềm excel 85 CHƯƠNG 3: DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC - Chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguồn nguyên liệu phế thải bã mía thơng qua q trình xử lý hóa học - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ vật liệu (thời gian, nồng độ, pH, nồng độ cân ) để tìm phương hướng giải tốt 86 PHẦN 3: KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT Tháng Nội dung công việc Tháng Tháng Tháng 11/2021 12/2021 01/2022 02/2022 03/2022 Chuẩn bị đề cương Bảo vệ đề cương x Đi thực tế thu thập số liệu x Tổng hợp số liệu viết tổng x x Tháng x quan Xử lý số liệu, viết luận văn x sơ thông qua giáo viên hướng dẫn Báo cáo tiến độ Hồn thiện khóa luận/chun x x đề Báo cáo thử Nộp x bảo vệ khóa x luận/chun đề thức Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực đề tài (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) BỘ MƠN QUẢN LÝ SINH VIÊN: Trưởng mơn (Ký ghi rõ họ tên) 87