Nghiên cứu điều chế chất hấp phụ từ xỉ than của vỏ trấu và ứng dụng xử lý photphat và amoni trong nước thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIÊN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ TỪ XỈ THAN CỦA VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ PHOTPHAT VÀ AMONI TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 7510406 GVHD: Th.S Trần Thị Ngọc Diệu SVTH: Lê Tấn Lộc MSSV: 19447381 LỚP: DHMT15A KHÓA: 2019-2023 SVTH: Nguyễn Phúc Luân MSSV: 19442751 LỚP: DHMT15A KHĨA: 2019-2023 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023 i NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1) Họ tên sinh viên: Lê Tấn Lộc Ngày, tháng, năm sinh:02/07/2001; Nơi sinh: Khánh Hịa Chun ngành: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19447381 2) Họ tên sinh viên: Nguyễn Phúc Luân Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/2001; Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19442751 TÊN ĐỀ TÀI I “NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ CHẤT HẤP PHỤ TỪ XỈ THAN CỦA VỎ TRẤU VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ PHOTPHAT VÀ AMONI TRONG NƯỚC THẢI” II III IV V NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Nhiệm vụ: Điều chế chất hấp phụ từ xỉ than vỏ trấu, đánh giá khảo sát khả hấp phụ của vật mẫu nước thải - Nội dung: Hoạt hóa mẫu khảo sát điều kiện tối ưu để điều chế vật liệu hấp phụ Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ vật liệu Khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ vật liệu Khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến trình hấp phụ vật liệu Khảo sát ảnh hởng nồng độ chất nhiễm đến q trình hấp phụ vật liệu Khảo sát khả tái sinh vật liệu NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/11/2022 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : / /2023 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS Trần Thị Ngọc Diệu Giảng viên hướng dẫn Trưởng Bộ môn Công nghệ Môi trường (Ghi họ tên chữ ký) (Ghi họ tên chữ ký) ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giáo viên phản biện iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………… TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn iv LỜI CẢM ƠN Lời báo cáo đồ án tốt nghiệp, chúng em khơng biết nói ngồi gửi đến tất thầy cơ, gia đình bạn bè lời cảm ơn chân thành - người sát cánh bên chúng em suốt thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn viện Khoa học công nghệ quản lý môi trường tạo điều kiện để chúng em học tập hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Chúng em xin cảm ơn cô Trần Thị Ngọc Diệu, giảng viên Khoa học công nghệ quản lý môi trường Đại học Cơng nghiệp TP HCM tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Suốt gần bốn năm vừa qua, chúng em nhận quan tâm, bảo tận tình tất thầy mơn trường Đại Học Cơng Nghiệp TP HCM nói chung thầy cô Viện Khoa Học Công Nghệ Và Quản Lý Mơi Trường nói riêng Thầy ân cần truyền đạt cho chúng em điều hay lẽ phải, kiến thức cần thiết môn học kiến thức thực tế giúp chúng em có hành trang vững để bước vào tương lai Do thời gian làm đồ án tốt nghiệp có hạn kiến thức mà chúng em tìm hiểu cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Do vậy, chúng em kính mong nhận góp ý bảo thêm quý thầy để giúp chúng em hồn thiện kiến thức đề tài đồ án tốt nghiệp Chúng em xin chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài nghiên cứu điều chế chất hấp phụ từ xỉ than vỏ trấu để xử lý NH4+, PO43trong nước thải với vật liệu hấp phụ điều chế từ xỉ than vỏ trấu hóa H2SO4 để hấp phụ NH4+, PO43- hoạt hóa NaOH dung riêng để xử lý NH4+ quy mơ phịng thí nghiệm Kết nghiên cứu điều chế vật liệu hấp phụ từ xỉ than hoạt hóa H2SO4 cho thấy tỉ lệ tối ưu H2SO4/H2O để hoạt háo xỉ than 1:1, ngâm thời gian 24h với kích cỡ hạt 1mm mang lại hiệu xử lý PO43- 37,4% Đối với xỉ than hoạt hóa NaOH nồng độ NaOH tối ưu 20% thời gian ngâm 22h với kích cỡ 1mm mang lại hiệu 57,4% Kết nghiên cứu khảo sát trình hấp phụ hai vật liệu mang ại hiệu tốt, xỉ than hoạt hóa H2SO4 cho thấy hiệu xử lý NH4+ 77,1 ± 1,77% pH = 8, thời gian khuấy 0,5h với tốc độ 60 vòng/phút; hiệu xử lý PO43- 76,6 ± 2,14% pH = 7, thời gian khuấy 1h với tốc độ 70 vòng/phút, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu NH4+ 10,57 (mg/g) PO43- 6,54 (mg/g) Đối với xỉ than hoạt hóa NaOH cho thấy hiệu xử lý NH4+ đạt 71,81 ± 0,73% pH = 7, thời gian khuấy 1,5h với tốc độ 80 vòng/phút; tải trọng hấp phụ vật liệu đạt 12,46 (mg/g) So sánh khả tái sinh vật liệu không cao hiệu loại bỏ nồng độ NH4+ PO43- ban đầu cho thấy phương pháp hấp phụ vật liệu có nguồn gốc từ phụ phâm nơng nghiệp xử lý lượng đáng kể NH4+ PO43-ban đầu i MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH ẢNH i MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5.1 Thời gian 5.2 Không gian Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Ý nghĩa khoa học 6.2 Ý nghĩa thực tiễn TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LİÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 1.1.1 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.1.2 Khái niệm hấp phụ i 1.1.3 Các mơ hình hấp phụ 1.1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 1.1.5 Ứng dụng phương pháp hấp phụ việc xử lý nước thải 10 1.2 TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ 10 1.2.1 Giới thiệu vật liệu hấp phụ 10 1.2.2 Giới thiệu vỏ trấu 16 1.2.3 Thành phần vỏ trấu 16 1.2.4 Ứng dụng vỏ trấu 17 1.3 PHOTPHAT VÀ AMONI TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NI TẠI VIỆT NAM 19 1.3.1 Q trình phát triển ngành chăn nuôi trạng ô nhiễm môi trường từ hoạt động chăn nuôi 19 1.3.2 Khối lượng đặc tính nước thải chăn nuôi 22 1.3.3 Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi đến môi trường 23 1.4 ĐẶC TÍNH CỦA PHOTPHAT VÀ AMONI TRONG MƠİ TRƯỜNG NƯỚC 23 1.4.1 Đặc tính photphat mơi trường nước 23 1.4.2 Đặc tính amoni mơi trường nước 24 1.5 TÁC ĐỘNG CỦA PHOTPHAT VÀ AMONI ĐẾN MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI 25 1.5.1 Tác động photphat đến môi trường người 25 1.5.2 Tác động amoni đến môi trường người 25 1.6 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC LIÊN QUAN ĐẾN VİỆC ĐIỀU CHẾ XỈ THAN TỪ VỎ TRẤU LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 26 1.6.1 Các nghiên cứu nước 26 1.6.2 Các nghiên cứu nước 28 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 VẬT LIỆU NGUYÊN CỨU 35 ii 2.1.1 Xỉ than 35 2.1.2 Nước thải chăn nuôi 35 2.1.3 Hóa chất thí nghiệm 36 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.2.1 Phương pháp kế thừa, tổng hợp phân tích thơng tin liệu 37 2.2.2 Phương pháp chuyên gia 37 2.2.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích 38 2.2.4 Phương pháp tính tốn xử lý số liệu 38 2.3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU 39 2.3.1 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ 40 2.3.2 Khảo sát trình hấp phụ xỉ than hoạt hóa H2SO4 45 2.3.3 Khảo sát trình hấp phụ xỉ than hoạt hóa NaOH 49 2.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 49 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Giai đoạn điều chế chất hấp phụ 45 3.1.1 Hoạt hóa chất hấp phụ H2SO4 45 3.1.2 Hoạt hóa chất hấp phụ NaOH 49 3.2 Giai đoạn khảo sát trình hấp phụ 52 3.2.1 Xỉ than hoạt hóa H2SO4 52 3.2.2 Xỉ than hoạt hóa NaOH 66 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1: Thành phần hóa học vỏ trấu 16 Bảng 1-2: Khả hấp phụ trấu kim loại nặng qmax/(mg.g-1) 19 Bảng 2-1: Các bước xây dựng đường chuẩn NH4+ 35 Bảng 2-2: Các bước xây dựng đường chuẩn PO43- 36 Bảng 2-3: Danh sách hóa chất sử dụng thí nghiệm 36 Bảng 2-4: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian ngâm dung dịch H2SO4 đến trình hấp phụ 40 Bảng 2-5: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2SO4/H2O đến trình hấp phụ 41 Bảng 2-6: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng kích cở hạt đến q trình hấp phụ 42 Bảng 2-7: Các bước tiến hành khảo sát điều kiện tối ưu đến trình hấp phụ NH4+, PO43- 42 Bảng 2-8: Khảo sát nồng độ NaOH để hoạt hóa xỉ than làm vật liệu hấp phụ 44 Bảng 2-9: Khảo sát thời gian ngâm NaOH để hoạt hóa xỉ than làm vật liệu hấp phụ 44 Bảng 2-10: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ NH4+ 45 Bảng 2-11: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ PO43- 46 `Bảng 2-12: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ NH4+ 46 Bảng 2-13: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ PO43- 47 Bảng 2-14: Các bước tiến hành khảo sát tốc độ khuấy đến trình hấp phụ NH4+ 47 Bảng 2-15: Các bước tiến hành khảo sát tốc độ khuấy đến trình hấp phụ PO43- 48 Bảng 2-16: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến trình hấp phụ 48 Bảng 2-17: Các bước tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ PO43- đến trình hấp phụ 48 iv Ảnh hưởng nồng độ amoni đến khả hấp phụ vật liệu 8,46 9,00 7,66 Tải trọng hấp phụ,mg/L 8,00 6,92 6,80 7,00 5,64 6,00 5,00 4,35 4,00 3,00 3,00 1,54 2,00 1,00 0,00 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 Nồng độ amoni lại sau hấp phụ,mg/L Hình 3-12: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ NH4+ tang trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf theo lý thuyết hấp phụ đẳng Langmuir vật liệu hấp phụ xỉ than mơ tả hình 3.13 từ đồ thị xác định giá trị tải trọng hấp phụ cực đại qmax vật liệu amoni 62 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf 25,00 y = 0,0946x + 5,2076 R² = 0,9798 18,60 20,00 Tỷ lệ Cf/q 22,10 20,99 15,00 8,99 10,00 6,64 10,16 10,92 7,48 5,00 0,00 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 Nồng độ amoni lại sau hấp phụ mg/L Hình 3-13: Đường biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf Sự phụ thuộc Cf/q Cf mơ tả phương trình: 𝑦 = 0,0946𝑥 + 5,2076 Ta có 𝑡𝑔 = 1⁄𝑞𝑚𝑎𝑥 → 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 1⁄𝑡𝑔 = 1⁄0,0946 = 10,57 (mg/g) Như vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu NH4+ 10,57 (mg/g) b) Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ photphat đến trình hấp phụ Sau khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian khuấy tốc độ khuấy ta tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ PO43- đến khả hấp phụ vật liệu pH = 7, thời gian 1h tốc độ 70 vòng/phút Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ PO43- đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ xỉ than trình bày bảng 313 Bảng 3-13: Kết ảnh hưởng nồng độ photphat đến khả hấp phụ vật liệu 200ml Dd PO43- nồng độ, mg/L 49,67 98,5 PO43- Cân PO43- Bị hấp phụ q(mg/g) Cf/q 15,6 ± 1,8 37,5 ± 3,3 34,0 61,0 1,36 ± 0,1 2,44 ± 0,1 11,50 ± 1,9 15,36 ± 2,2 63 200ml Dd PO43- nồng độ, mg/L 151,2 201,5 249,7 298,5 347,5 398,7 PO43- Cân PO43- Bị hấp phụ q(mg/g) Cf/q 63,0 ± 5,6 86,6 ± 7,0 121,6 ± 6,5 163,5 ± 7,8 226,1 ± 1,7 260,1 ± 12,6 88,2 114,9 128,1 135,0 121,4 138,6 1,36 ± 0,3 1,36 ± 0,4 1,36 ± 0,5 1,36 ± 0,6 1,36 ± 0,7 1,36 ± 0,8 17,84 ± 2,8 18,83 ± 2,7 23,73 ± 2,5 30,29 ± 3,3 46,54 ± 1,0 46,92 ± 6,6 Từ kết bảng 3-13 vẽ đồ thị biểu diễn kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ photphat đến khả hấp phụ vật liệu Ảnh hưởng nồng độ photphat đến khả hấp phụ vật liệu Tải trọng hấp phụ q,mg/g 6,00 5,54 5,40 5,12 4,86 4,60 5,00 3,53 4,00 2,44 3,00 2,00 1,36 1,00 0,00 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 Nồng độ photphat lại sau hấp phụ, mg/l Hình 3-14: Ảnh hưởng nồng độ amoni đến khả hấp phụ vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ PO43- tang trọng hấp phụ vật liệu tang dần Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf theo lý thuyết hấp phụ đẳng Langmuir vật liệu hấp phụ xỉ than mô tả hình 3.15 từ đồ thị xác định giá trị tải trọng hấp phụ cực đại qmax vật liệu photphat 64 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf 60,00 y = 0,1529x + 7,757 46,54 R² = 0,9688 50,00 46,92 Tỉ lệ Cf/q 40,00 30,29 30,00 23,73 20,00 15,36 17,84 18,83 11,50 10,00 0,00 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 Nồng độ Photphat lại sau hấp phụ,mg/L Hình 3-15: Đường biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf Sự phụ thuộc Cf/q Cf mô tả phương trình: 𝑦 = 0,1529𝑥 + 7,757 Ta có 𝑡𝑔 = 1⁄𝑞𝑚𝑎𝑥 → 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 1⁄𝑡𝑔 = 1⁄0,1529 = 6,54 (mg/g) Như vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu PO43- 6,54 (mg/g) Nhận xét: Các kết khảo sát cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ xỉ than mô tả tốt, số liệu thực nghiệm thể qua số hồi quy R2 Tải trọng hấp phụ đạt cực đại qmax tính theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ NH4+ 10,57 (mg/g) PO43- 6,54 (mg/g) 65 Khảo sát khả tái sinh vật liệu Kết thí nghiệm khảo sát khả tái sinh vật liệu trình bày bảng 3-12 Bảng 3-14: Kết khảo sát khả tái sinh vật liệu sau ngâm NaHCO3 C0 C1 C2 C3 TB SD H% Hấp phụ 50,28 12,88 13,90 13,51 13,43 0,51 73,29 Tái sinh 57,87 44,52 23,21 22,35 30,03 12,56 48,12 Nhận xét: Kết cho thấy khả hấp phụ vật liệu hấp phụ sau ngâm NaHCO3 để tái sinh bị giảm đáng kể Hiệu suất đạt 48,12% Vậy vât liệu có khả tái sinh khơng cao 3.2.2 Xỉ than hoạt hóa NaOH 3.2.2.1 Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến q trình hấp phụ amoni Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ amoni tiến hành khảo sát khoảng pH (4,05 ± 0,08 đến 8,93 ± 0,02) nồng độ đầu vào 12,84 mgNH4+/l Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ xỉ than trình bày bảng 3-13 Bảng 3-15: Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ amoni STT pH C0 C1 C2 C3 H1% H2% H3% TB SD 4,05 ± 0,08 12,84 6,13 6,85 6,59 52,29 46,69 48,70 49,2 2,84 4,7 ± 0,55 12,84 5,60 6,44 5,98 56,41 49,84 53,43 53,2 3,29 6,09 ± 0,02 7,05 ± 0,1 8,06 ± 0,12 8,93 ± 0,02 12,84 12,84 12,84 12,84 5,98 4,41 4,34 4,30 6,10 4,66 4,50 4,43 5,82 4,52 4,55 4,48 53,43 65,62 66,23 66,49 52,47 63,69 64,92 65,53 54,66 64,83 64,57 65,09 53,5 64,7 65,2 65,7 1,10 0,97 0,88 0,72 Từ kết vẽ đồ thị biểu diễn hiệu hấp phụ amoni dung dịch theo pH 66 Hiệu hấp phụ theo pH 80,0 70,0 Hiệu hấp phụ % 60,0 50,0 49,2 ± 2,84 53,2 ± 3,29 53,5 ± 2,02 4,7 ± 0,55 6,09 ± 0,02 64,7 ± 0,97 65,2 ± 0,88 65,7 ± 0,72 7,05 ± 0,1 8,06 ± 0,12 8,93 ± 0,02 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 4,05 ± 0,08 pH Hình 3-16: Hiệu hấp phụ amoni theo pH Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 3-12 cho thấy hiệu hấp phụ tăng pH tăng Từ pH 4,05 ± 0,08 đến 7,05 ± 0,1 hiệu hấp phụ tăng chậm từ 49,2% đến 64,7%, từ pH 7,05 ± 0,1 đến 8,93 ± 0,02 hiệu hấp phụ dường khơng thay đổi Điều cho thấy nhóm OH- bề mặt xỉ than tham gia liên kết với NH4+ giúp chuyển hóa hầu hết thành NH3OH↑ bay khỏi dung dịch phần định pH tăng cao Vậy giá trị pH mà vật liệu hấp phụ đạt hiệu tốt phù hợp pH = 67 3.2.2.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ amoni Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ amoni tiến hành khoảng thời gian 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3h nồng độ amoni ban đầu dung dịch 29,5 mgNH4+/l Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ amoni trình bày bảng 3-14 Bảng 3-16: Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian khuấy đến trình hấp phụ amoni STT T/g Khuấy, h C0 C1 C2 C3 H1 % H2 % H3 % TB SD 0,5 1,5 2,5 29,50 21,29 23,03 21,68 27,85 21,93 26,51 25,43 3,10 29,50 18,98 20,27 18,92 35,67 31,28 35,86 34,27 2,59 29,50 10,99 13,63 12,62 62,75 53,79 57,22 57,92 4,52 29,50 16,39 16,73 17,23 44,44 43,30 41,58 43,11 1,44 29,50 16,62 17,74 17,46 43,68 39,86 40,82 41,45 1,99 29,50 17,07 17,12 17,74 42,15 41,96 39,86 41,32 1,27 Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn hiệu hấp phụ amoni dung dịch theo thời gian khuấy 68 Hiệu hấp phụ theo thời gian khuấy Hiệu hấp phụ% 70,00 57,92 ± 4,52 60,00 50,00 40,00 30,00 43,11 ± 1,44 41,45 ± 1,99 41,32 ± 1,27 2,5 34,27 ± 2,59 25,43 ± 3,10 20,00 10,00 0,00 0,5 1,5 Thời gian khuấy,h Hình 3-17: Hiệu hấp phụ amoni theo thời gian khuấy Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 3-13 cho thấy thời gian đầu đến 1,5h hiệu xử lý amoni xỉ than tăng dần từ 25,43% đến 57,92%, từ khoảng thời gian sau hiệu hấp phụ giảm xuống 43,11% không thay đổi Vậy xỉ than trình hấp phụ NH4 + đạt trạng thái cân sau khoảng thời gian 1,5 3.2.2.3 Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến trình hấp phụ amoni Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến trình hấp phụ amoni tiến hành mức tốc độ khuấy 50; 60; 70; 80; 90; 100 vòng/phút nồng độ amoni ban đầu dung dịch 29,33 mgNH4+/l Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến trình hấp phụ amoni trình bày bảng 3-15 Bảng 3-17: Kết khảo sát ảnh hưởng tốc độ khuấy đến trình hấp phụ amoni STT Tốc độ khuấy, vòng/phút C0 C1 C2 C3 H1 % H2 % H3 % 50 60 70 80 90 100 29,33 8,54 9,14 9,347 70,89 68,82 68,13 29,33 8,60 8,99 9,145 70,66 69,36 68,82 29,33 8,67 8,85 8,785 70,43 69,82 70,05 29,33 8,04 8,47 8,29 72,58 71,12 71,74 29,33 8,33 8,69 8,85 71,58 70,36 69,82 29,33 8,56 8,87 9,19 70,82 69,74 68,67 69 STT TB SD 69,28 1,44 69,61 0,95 70,10 0,31 71,81 0,73 70,59 0,90 69,74 1,07 Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn hiệu hấp phụ amoni dung dịch theo tốc độ khuấy Hiệu hấp phụ theo tốc độ khuấy 73,00 71,81 ± 0,73 Hiệu hấp phụ % 72,00 71,00 70,59 ± 0,90 70,10 ± 0,31 70,00 69,28 ± 1,44 69,74 ± 1,07 69,61 ± 0,95 69,00 68,00 67,00 50 60 70 80 90 100 Tốc độ khuấy, vịng/phút Hình 3-18: Hiệu hấp phụ amoni theo tốc độ khuấy Nhận xét: Từ đồ thị hình 3-14 cho thấy tốc độ khuấy tăng từ 50 đến 80 vịng/phút hiệu hấp phụ tăng không đáng kể, từ sau tốc độ khuấy 80 vịng phút dường hiệu hấp phụ giảm lại lúc ban đầu Vậy xỉ than trình hấp phụ NH4 + đạt hiệu tối ưu tốc độ khuấy 80 vòng/phút 3.2.2.4 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ amoni đến trình hấp phụ Sau khảo sát ảnh hưởng pH, thời gian khuấy tốc độ khuấy ta tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến khả hấp phụ vật liệu pH = 7, thời gian 1,5h tốc độ 80 vòng/phút Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ NH4+ đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ xỉ than trình bày bảng 3-18 70 Bảng 3-18: Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ amoni đến trình hấp phụ 200ml Dd NH4+ nồng độ, mg/L 49,72 98,41 148,9 198,56 248,78 297,81 348,5 398,82 NH4+ Cân NH4+ Bị hấp phụ q(mg/g) Cf/q 8,72 ± 0,24 18,42 ± 1,11 35,15 ± 4,13 44,82 ± 2,03 67,14 ± 4,97 89,12 ± 3,19 152,48 ± 4,61 192,33 ± 5,12 41,0 80,0 113,8 153,7 181,6 208,7 196,0 206,5 2,05 ± 0,01 4,00 ± 0,06 5,69 ± 0,21 7,69 ± 0,10 9,08 ± 0,25 10,43 ± 0,16 9,8 ± 0,23 10,32 ± 0,26 4,25 ± 0,14 4,61 ± 0,34 6,18 ± 0,96 5,83 ± 0,34 7,39 ± 0,75 8,545 ± 0,44 15,56 ± 0,85 18,63 ± 0,96 Từ kết bảng -18 vẽ đồ thị biểu diễn kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ NH4 + đến khả hấp phụ vật liệu Ảnh hưởng nồng độ amoni đến khả hấp phụ vật liệu Tải trọng hấp phụ,mg/L 12,00 10,43 9,08 10,00 9,80 10,32 7,69 8,00 5,69 6,00 4,00 4,00 2,05 2,00 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Nồng độ amoni lại sau hấp phụ mg/L Hình 3-19: Đồ thị ảnh hưởng nồng độ amoni đến khả hấp phụ vật liệu Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ NH4+ tăng trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf theo lý thuyết hấp phụ đẳng Langmuir vật liệu hấp phụ xỉ than mơ tả hình 3-20, từ đồ thị xác định giá trị tải trọng hấp phụ cực đại qmax vật liệu amoni 71 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q Cf 20,00 18,63 y = 0,0802x + 2,774 R² = 0,9781 18,00 15,56 16,00 Tỷ lệ Cf/q 14,00 12,00 10,00 8,54 7,39 8,00 6,00 6,185,83 4,25 4,61 4,00 2,00 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Nồng độ amoni cịn lại sau hấp phụ mg/L Hình 3-20: Đồ thị biểu diễn phụ thuốc Cf/q Cf Sự phụ thuộc Cf/q Cf mô tả phương trình: 𝑦 = 0,0802𝑥 + 2,774 Ta có 𝑡𝑔 = 1⁄𝑞𝑚𝑎𝑥 → 𝑞𝑚𝑎𝑥 = 1⁄𝑡𝑔 = 1⁄0,0802 = 12,46 (mg/g) Như vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu NH4+ 12,46 (mg/g) Hiệu xử lý amoni mang lại cao so với xỉ than hoạt hoát H2SO4 3.2.2.5 Kết khảo sát khả tái sinh Kết thí nghiệm khảo sát khả tái sinh vật liệu trình bày bảng 3-16 Bảng 3-19: Kết khảo sát khả tái sinh vật liệu Hấp phụ Tái sinh C0 26,69 25,06 C1 9,21 12,53 C2 9,74 12,67 C3 9,94 12,78 TB 9,63 12,66 SD 0,38 0,13 H% 63,92 49,48 Nhận xét: Kết cho thấy khả hấp phụ vật liệu hấp phụ sau ngâm NaOH để tái sinh bị giảm đáng kể Hiệu suất đạt 49,48% Vậy vât liệu có khả tái sinh không cao 72 KẾT LUẬN Nghiên cứu điều chết chất hấp phụ từ xỉ than vỏ trấu để hấp phụ NH4+ PO43thu số kết sau: ➢ Đối với vật liệu hấp phụ điều chế H2SO4 Tỉ lệ H2SO4/H2O tối ứu để hoạt hóa xỉ than 1:1; Thời gian ngâm H2SO4 để hoạt hóa xỉ than 24h; Kích thước hạt phù hợp cho trình hấp phụ 1mm; Khảo sát xác định pH tối ưu cho hấp phụ amoni photphat vật liệu hấp phụ: vật liệu hấp phụ xỉ than giá trị pH thích hợp cho hấp phụ NH4+ = 8; PO43= 7; Khảo sát xác định thời gian khuấy tối ưu cho hấp phụ amoni photphat vật liệu hấp phụ: vật liệu hấp phụ xỉ than thời gian khuấy thích hợp cho hấp phụ NH4+ = 0,5h; PO43- = 1h; Khảo sát xác định tốc độ khuấy tối ưu cho hấp phụ amoni photphat vật liệu hấp phụ: vật liệu hấp phụ xỉ than tốc độ khuấy thích hợp cho hấp phụ NH4+ = 60 vòng/phút; PO43- = 70 vòng/phút; Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ NH4 + PO4 3- đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ xỉ than: tải trọng hấp phụ cực đại thu từ phương trình đẳng nhiệt Lamgmuir vật liệu NH4 + PO4 3- sau: NH4 +: qmax = 10,57 mg/g; PO4 3- : qmax = 6,54 mg/g; Khả tính sinh vật liệu khơng cao, hiệu xử lý đạt 48,12% ➢ Đối với xỉ than hoạt hóa NaOH Nồng độ NaOH tối ưu để hoạt hóa xỉ than để hấp phụ amoni 20%; Thời gian ngâm NaOH để hoạt hóa xỉ than 22h; Khảo sát xác định pH tối ưu cho trình hấp phụ: pH phù hợp cho xỉ than xử lý amoni pH = 7; 73 Khảo sát xác định thời gian khuấy tối ưu cho trình hấp phụ: thời gian khuấy phù hợp để xử lý amoni 1,5h; Khảo sát xác định tốc độ khuấy tối ưu cho trình hấp phụ: tốc độ khuấy phù hợp để xử lý amoni 80 vòng/phút; Khảo sát ảnh hưởng nồng độ amoni đến trình hấp phụ: tải trọng hấp phụ cực đại từ phương trình đẳng nhiệt Lamgmuir thí nghiệm: qmax = 12,46 (mg/g); Khả tính sinh vật liệu không cao, hiệu xử lý đạt 49,48% Như vậy, việc sử dụng xỉ than vỏ trấu làm vật liệu hấp phụ trình sử lý amoni photphat mang lại nhiều ưu điểm Tân dụng nguồn phế thải từ nhà máy xí nghiệp hộ gia đình làm nơng, khơng dễ kiễm, giá thành rẻ mà cịn có khả tách loại amoni photphat tốt Với thuận lợi mở triển vọng quan cho việc nghiên cứu tân dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ, thân thiện với mơi trường, góp phần vào q trình xử lý nguồn nước bị nhiễm nhằm thực mục tiêu “phát triễn bền vững” nước ta giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhân, Trần Văn, Sửu, Nguyễn Thạc and Tuế, Nguyễn Văn - Tập s.l : NXB Giáo Dục Nhân, Trần Văn and Nga, Ngơ Thị Giáo Trình Cơng nghệ xử lý nước thải Hà Nội: Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2002 Utilization of Rice Husk and Their Ash: A Review S, Kumar, et al India : Environment bioremediation laboratory, Department of Environmental Sciences, M.D.University, Rohtak, Haryana-124001 Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ Trấu phương pháp Oxi hóa ứng dụng làm chất hấp phụ xử ký nước thải Thúy, ThS Phạm Thị Minh and Hà, Bùi Thị Hải Phòng : Bộ Giáo dục Đào Tạo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, 2006 http://www.haisontq.com/tin-tuc-su-kien/tin-tuc/190-tinh-trang-o-nhiem- moi-truong-nuoc-tai-viet-nam.html [Online] Khalil, Usman, et al Adsorption-reduction performance of tea waste and rice husk biochars for Cr(VI) elimination from wastewater s.l : Journal of Saudi Chemical Society Amen, Rabia, et al Lead and cadmium removal from wastewater using ecofriendly biochar adsorbent derived from rice husk, wheat straw, and corncob s.l : Cleaner Engineering and Technology, December 2020 Pham, Thi Huong, et al Alginate-modified biochar derived from rice husk waste for improvement uptake performance of lead in wastewater s.l : Chemosphere, November 2022 Tại, Đặng Kim and Hồng, Vũ Xuân Điều chế tro trấu biến tính ứng dụng xử lý Cu2+ nước s.l : Khoa Sư phạm Lý - Hóa - Sinh, Trường Đại học Đồng Tháp, 2019 50 10 Tình, Lê Thị and Trung, PGS.TS Nguyễn Xuân Nghiên cứu khả hấp phụ Cr vỏ trấu ứng dụng xử lý tách Cr khỏi nguồn nước thải s.l : Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 2011 11 Diễm, Ngô Thị Thanh Nghiên cứu xử lý Cr, Ni nước thải xi mạ vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu s.l : Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM , 27/5/2021 12 Thảo, Mai Thị Thu and Thu, ThS Nguyễn Thị Cẩm Nghiên cứu xử lý FE3+ nước vật liệu hấp phụ chế tạo bã Cafe Hải Phòng : Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng, 2015 13 Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính lõi ngơ phương pháo Oxi hóa biến tính để ứng dụng làm chất hấp phụ Huyền, Nguyễn Thị and Dưỡng, TS Nguyễn Văn Anh Hải Phòng : Bộ Giáo Dục Đào Tạo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG, 2013 14 huệ, Hoàng Văn Xử lý nước thải Hà Nội : NXB Xây Dựng, 1996 15 Nguyên, Nguyễn Xuân Nước thải công nghệ xử lý nước thải s.l : NXB KH & KT Hà Nội, 2003 16 Than từ phụ phẩm nông nghiệp s.l : Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 06/12/2021 17 sự, Ban Thời 70% nước thải công nghiệp sinh hoạt chưa xử lý triệt để s.l : VTV 51