nghiên cứu cân bằng và động học hấp phụ phospho trong nước bằng than sinh học có nguồn gốc từ vỏ hạt mac ca (macadamia husk)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG  - BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ PHOSPHO TRONG NƯỚC BẰNG THAN SINH HỌC CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ HẠT MAC-CA (MACADAMIA HUSK) GVHD: SVTH: Th.S Nguyễn Văn Phương Nguyễn Thị Xuân Thảo Phạm Gia Bảo 19454771 19433671 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2023 DHMT15A DHMT15A KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 1) Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Xuân Thảo Ngày, tháng, năm sinh:04/03/2000; Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19454771 2) Họ tên sinh viên: Phạm Gia Bảo Ngày, tháng, năm sinh: 19/02/2001; Nơi sinh: Bến Tre Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐHMT15A; MSSV: 19433671 I TÊN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU CÂN BẰNG VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ PHOSPHO TRONG NƯỚC BẰNG THAN SINH HỌC CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ HẠT MAC-CA (MACADAMIA HUSK)” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Nhiệm vụ: - Đánh giá khả ứng dụng than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca - Nội dung: - Xác định tính chất hóa học bề mặt than sinh học nhiệt độ nhiệt phân - Khảo sát ảnh hưởng liều lượng pH ban đầu đến hấp phụ P than sinh học III IV V Khảo sát cân động học trình hấp phụ P NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 10/11/2022 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 31/5/2023 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS Nguyễn Văn Phương Giảng viên hướng dẫn (Ghi họ tên chữ ký) CN Bộ môn Công nghệ Môi trường (Ghi họ tên chữ ký) Nguyễn Văn Phương Trần thị Tường Vân i KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo tốt nghiệp trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Viện Khoa học Công Nghệ Quản lý Môi Trường, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM tận tình truyền đạt kiến thức qua mơn học để chúng em có tảng kiến thức vững chắc, từ vận dụng vào trình thực báo cáo Đặc biệt nhóm chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn Th.S Nguyễn Văn Phương tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em trình thực hiện, viết hồn chỉnh báo cáo ii KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………… TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giáo viên phản biện iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………… TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn iv KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC i LỜI CẢM ƠN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iv MỤC LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix DANH SÁCH HÌNH ẢNH x MỞ ĐẦU xi Đặt vấn đề xi Mục tiêu nghiên cứu xii Đối tượng nghiên cứu xii Nội dung nghiên cứu xii Ý nghĩa khoa học thực tiễn xiii 5.1 Ý nghĩa khoa học xiii 5.2 Ý nghĩa thực tiễn xiii Tính đề tài xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan nguồn P nước 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Vai trò P đời sống 1.1.3 Nguồn phát sinh P 1.1.4 Tác hại hợp chất phospho tan môi trường nước .3 1.1.5 Các phương pháp loại bỏ phospho nước .4 1.2 Tổng quan phương pháp hấp phụ 10 v KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 1.2.1 Khái niệm .10 1.2.2 Tính chất hấp phụ 10 1.2.3 Động học trình hấp phụ 11 1.2.4 Đẳng nhiệt hấp phụ P 13 1.2.5 Cơ chế hấp phụ .15 1.3 Hấp phụ P than sinh học .19 1.3.1 Điều chế than sinh học 19 1.3.2 Đặc tính than sinh học 20 1.3.3 Vai trò hấp phụ P than sinh học .21 1.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ P 21 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Vật liệu nghiên cứu .25 2.1.1 Thu mẫu vỏ mácca 26 2.1.2 Phương pháp phân tích 26 2.2 Thiết bị - Dụng cụ hóa chất 26 2.3 Chuẩn bị than sinh học 27 2.4 Bố trí thí nghiệm 28 2.4.1 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ P lên Ca-BC 28 2.4.2 Ảnh hưởng liều lượng than đến hấp phụ P 28 2.4.3 Bố trí khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học 28 2.4.4 Bố trí khảo sát động học hấp phụ P lên than sinh học 29 2.5 Xử lý số liệu thí nghiệm 29 2.5.1 Tính tốn cân hấp phụ hấp phụ 29 2.5.2 Tính tốn động học hấp phụ 30 2.5.3 Xử lý số liệu 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 Xác định tính chất hóa học bề mặt than sinh học 31 3.2 Ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ P lên than sinh học 32 3.2.1 Than 300 .32 3.2.2 Than 450 .33 3.2.3 Than 600 .34 vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 3.3 Ảnh hưởng liều lượng than sinh học đến hấp phụ P 36 3.3.1 Than 300 .36 3.3.2 Than 450 .37 3.3.3 Than 600 .38 3.4 Bố trí khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học 40 3.4.1 Than 300 .40 3.4.2 Than 450 .41 3.4.3 Than 600 .42 3.5 Bố trí khảo sát động học hấp phụ P lên than sinh học 44 3.5.1 Than 300 .44 3.5.2 Than 450 .46 3.5.3 Than 600 .47 CHƯƠNG Kết LUẬN KIẾN NGHỊ 50 4.1 KẾT LUẬN 50 4.2 KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 54 Letter of acceptance .54 Tóm tắt – Abstract .55 vii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BET Brunauer-Emmett-Teller Phương pháp đo diện tích bề mặt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi sinh học CEC Cation Exchange Capacity Khả trao đổi cation FTIR Fourier transform infrared Hồng ngoại biến đổi Fourier pzc Point of zero charge Điểm điện tích khơng SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét TOC Total organic carbon Tổng lượng carbon hữu TCVN WWTP Tiêu chuẩn Việt Nam Wastewater Treatment Plant Nhà máy xử lý nước thải viii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Danh sách thiết bị sử dụng cho nghiên cứu .27 Bảng 3.1 Các đặc tính than sinh học .31 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ P lên than sinh học 300 32 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ 450 33 Bảng 3.4 Kết khảo sát ảnh hưởng pH dung dịch đến hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ 600 34 Bảng 3.5 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng than sinh học đến hấp phụ P nhiệt độ than 300 36 Bảng 3.6 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng than sinh học đến hấp phụ P nhiệt độ 450 38 Bảng 3.7 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng than sinh học đến hấp phụ P nhiệt độ than 600 39 Bảng 3.8 Kết khảo sát cân trình hấp phụ P than 300 40 Bảng 3.9 Kết khảo sát cân trình hấp phụ P than 450 41 Bảng 3.10 Kết khảo sát cân trình hấp phụ P than 600 43 Bảng 3.11 Các thông số cân đẳng nhiệt hấp phụ 44 Bảng 3.12 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 300 .45 Bảng 3.13 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 450 .46 Bảng 3.14 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 600 .47 Bảng 3.16 Kết tính tốn thơng số động học q trình hấp phụ P .48 ix KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 100 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ, mg/g 30,0 80 60 20,0 40 10,0 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g 40,0 20 0,0 0 100 200 300 400 Nồng độ P ban đầu C0, mg/L 500 Hình 3.7 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 300 theo nồng độ P ban đầu 3.4.2 Than 450 Kết khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học có nguồn gốc từ vỏ Macca điều chế nhiệt độ 450 cho thấy dung lượng hấp phụ tăng theo nồng độ ban đầu P Cụ thể C0 tăng từ đến 400 mg P/L, dung lượng hấp phụ cao trạng thái cân bão hịa 20,09 mg/g (Hình 3.8) Bảng 3.9 Kết khảo sát cân trình hấp phụ P than 450 Khối lượng than, m (g) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 25,00 50,00 100,00 150,00 200,00 400,0 0,0 0,07 0,68 2,93 5,29 9,93 20,09 0,0 0,02 0,14 0,57 0,47 0,06 0,17 Hiệu suất xử lý, % _ 5,0 22,7 48,8 58,8 82,7 83,7 SD _ 1,5 4,8 9,4 5,3 0,5 0,7 Nồng độ P ban đầu, C0, mg/L Dung lượng hấp phụ trung bình, mg/g SD Kết cho thấy dung dượng hấp phụ tăng từ 0,7 mg/g lên 0,68 mg/g nồng độ ban đầu tăng từ 25 mg/L lên 50 mg/L Sau đó, dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng từ 2,93 mg/g lên 5,29 mg/g nồng độ ban đầu tăng từ 100,00 mg/L lên 150 mg/L Cuối dung lượng tăng mạnh từ 9,93 mg/g lên 20,09 mg/g nồng độ ban từ 200,00 mg/L lên 400,00 mg/L Nhưng hiệu suất tăng ổn định 41 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 100 Hiệu suất xử lý, % 80 Dung lượng hấp phụ, mg/g 20,0 60 40 10,0 y = 0,0529x - 1,4182 R² = 0,9833 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g 30,0 20 0,0 0 100 200 300 400 Nồng độ P ban đầu, mg/L 500 Hình 3.8 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 450 theo nồng độ P ban đầu 3.4.3 Than 600 Kết khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học có nguồn gốc từ vỏ Macca điều chế nhiệt độ 600 cho thấy dung lượng hấp phụ tăng theo nồng độ ban đầu P than 600 đạt trạng thái hấp phụ bão hịa điều kiện thí nghiệm, Hình 3.9 Cụ thể C0 tăng từ đến 400 mg P/L, dung lượng hấp phụ cao trạng thái cân bão hòa 34,32 mg/g (Bảng 3.15, Hình 3.9) Kết cho thấy dung dượng hấp phụ tăng mạnh từ 0,63 mg/g lên 1,82 mg/g nồng độ ban đầu tăng từ 25 mg/L lên 50 mg/L Sau đó, dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng từ 5,52 mg/g lên 8,59 mg/g nồng độ ban đầu tăng từ 100,00 mg/L lên 150,00 mg/L Cuối dung lượng tăng mạnh từ 14,83 mg/g lên 34,32 mg/g nồng độ ban từ 200,00mg/L lên 400,00mg/L Nhưng hiệu suất tăng ổn định 42 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Bảng 3.10 Kết khảo sát cân trình hấp phụ P than 600 Khối lượng than, m (g) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Nồng độ P ban đầu, C0, mg/L 25,00 50,00 100,00 150,00 200,00 400,0 Dung lượng hấp phụ trung bình, mg/g 0,0 0,63 1,82 5,52 8,59 14,83 34,32 SD 0,0 0,17 0,13 0,09 0,07 0,24 0,75 Hiệu suất xử lý, % _ 25,1 36,5 55,2 57,3 74,1 85,8 SD _ 6,9 2,5 0,9 0,5 1,2 1,9 100 Hiệu suất xử lý, % 80 Dung lượng hấp phụ, mg/g 30,0 60 20,0 y = 0,0879x - 2,244 R² = 0,9843 40 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g 40,0 10,0 20 0,0 0 100 200 300 400 500 Nồng độ P ban đầu, mg/L Hình 3.9 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 600 theo nồng độ P ban đầu 43 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Bảng 3.11 Các thông số cân đẳng nhiệt hấp phụ Các thông số Mô hình Mơ hình Langmuir Mơ hình Freundlich R2 qTn Nhiệt độ điều chế q0 (mg/g) KL Than 300℃ -0,51 -0,023 0,88 35 Than 450℃ -0,11 -0,018 0,92 20 Than 600℃ -1,45 -0,017 0,98 34 nF KF Than 300℃ 0,19 4,97E-08 0,94 Than 450℃ 0,20 6,98E-09 0,97 Than 600℃ 0,29 2,18E-05 0,92 qTn dung lượng hấp phụ thí nghiệm Kết tính tốn thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt trình bày Bảng 3.10 Kết nghiên cứu cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir khơng phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ Mặc dù, số R2 cho thấy có mối tương quan tốt dao động 0,88 đến 0,98 Tuy nhiên giá trị q0 KL cho thấy hồn tồn khơng phù hợp Do đó, mơ hình langmuir khơng phù hợp để giải thích chế hấp phụ P lên ba dạng than sinh học nghiên cứu Các thông số mơ hình Freundlich (Bảng 3.10), cho thấy với R2 dao động 0,92-0,97; cho thấy mơ hình phù hợp để giải thích chế hấp phụ P lên than sinh học nF tăng tăng nhiệt độ nhiệt phân Các số nF tăng tăng nhiệt độ nhiệt phân, cho thấy mức độ liên kết hấp phụ tăng tăng nhiệt độ nhiệt phân than Kết cho thấy trình hấp phụ P bị chi phối hóa học bề mặt phản ứng trao đổi 3.5 Bố trí khảo sát động học hấp phụ P lên than sinh học 3.5.1 Than 300 Quá trình hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ điều chế với thời gian tiếp xúc khác nhau, Hình 3.12, cho thấy động học hấp phụ xảy ba giai đoạn chính: 44 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 nhanh, chậm cân Giai đoạn đầu giai đoạn nhanh (sau 20 phút) than loại bỏ so với dung lượng hấp phụ tối đa đạt hiệu suất 92,8%, chậm dần sau 20 phút hiệu suất tăng thêm 2,9 % sau 80 phút hay dung lượng tăng thêm 4% xem bão hỏa Kết cho thấy dung dượng hấp phụ tăng từ 18,56mg/g lên 19,13mg/g khoảng thời gian từ 20 phút lên 40 phút Sau đó, dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng nhẹ từ 19,35mg/g lên 19,43mg/g khoảng thời gian 80 phút lên 160 phút Cuối dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng từ khoảng 19,48mg/g lên 19,54mg/g khoảng thời gian 320 phút lên 1440 phút Hiện tượng giải thích giai đoạn đầu, số lượng lớn vị trí hoạt động bề mặt than dẫn đến khả hấp phụ tăng nhanh Bảng 3.12 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 300 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Nồng độ P, C0, mg/L 200 200 200 200 200 200 200 Thời gian t, phút 20 40 80 160 320 1440 Dung lượng hấp phụ trung bình, mg/g 0,00 18,56 19,13 19,35 19,43 19,48 19,54 SD 0,00 0,02 0,04 0,03 0,02 0,10 0,03 Hiệu suất xử lý, % 0,0 92,8 95,7 96,8 97,2 97,4 97,7 SD 0,0 0,1 0,2 0,1 0,1 0,5 0,1 25,0 100 20,0 80 15,0 60 Hiệu suất loại bỏ 10,0 Dung lượng hấp phụ 5,0 40 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g Khối lượng than, m (g) 20 0,0 200 400 600 800 Thời gian, phút 1000 1200 1400 1600 Hình 3.10 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 300 theo thời gian 45 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Sau khoảng thời gian này, số lượng vị trí trống giảm, trình hấp phụ chậm lại trì ổn định nên hiệu suất tăng ko đáng kể Kết tương tự than 450 than 600 3.5.2 Than 450 Kết khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ 450 trình bày Bảng 3.12, Hình 3.11 Kết cho thấy dung dượng hấp phụ tăng từ 17,88 mg/g lên 18,54 mg/g khoảng thời gian từ 20 phút lên 40 phút Sau đó, dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng nhẹ dao động khoảng từ 18,66 mg/g lên 18,97 mg/g khoảng thời gian 80 phút lên 160 phút Cuối dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng từ khoảng 19,12 mg/g lên 19,36 mg/g khoảng thời gian 320 phút lên 1440 phút Tương tự cho trình loại bỏ P nước Kết cho thấy sau 80 phút trình hấp phụ đạt trạng thái bão hòa hấp phụ Bảng 3.13 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 450 Khối lượng than, m (g) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Nồng độ P, C0, mg/L 200 200 200 200 200 200 200 20 40 80 160 320 1440 Dung lượng hấp phụ trung bình, mg/g 0,00 17,88 18,54 18,66 18,97 19,12 19,36 SD 0,00 0,12 0,01 0,02 0,02 0,03 0,13 Hiệu suất xử lý, % 0,0 89,4 92,7 93,3 94,8 95,6 96,8 SD 0,0 0,6 0,1 0,1 0,1 0,2 0,6 Thời gian t, phút 46 25,0 100 20,0 80 15,0 60 Hiệu suất loại bỏ 10,0 Dung lượng hấp phụ 5,0 40 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 20 0,0 200 400 600 800 Thời gian, phút 1000 1200 1400 1600 Hình 3.11 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 450 theo thời gian 3.5.3 Than 600 Kết khảo sát cân hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ 600 trình bày bảng 3.13 Kết cho thấy dung dượng hấp phụ tăng nhẹ dao động khoảng 18,12 mg/g, 18,69 mg/g, 18,82mg/g,18,97 mg/g ứng với khoảng thời gian 20, 40, 80, 160 phút Cuối cùng, dung lượng hấp phụ tiếp tục tăng từ 19,13mg/g lên 19,42 mg/g khoảng thời gian 320 phút lên 1440 phút Bảng 3.14 Kết khảo sát động học trình hấp phụ P than 600 Khối lượng than, m (g) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Nồng độ P, C0, mg/L 200 200 200 200 200 200 200 20 40 80 160 320 1440 0,00 18,12 18,69 18,82 18,97 19,13 19,42 0,20 0,05 0,03 0,04 0,03 0,06 Hiệu suất xử lý, % 0,0 90,6 93,5 94,1 94,8 95,7 97,1 SD 0,0 1,0 0,2 0,1 0,2 0,1 0,3 Thời gian t, phút Dung lượng hấp phụ trung bình, mg/g SD 47 25,0 100 20,0 80 15,0 60 Hiệu suất loại bỏ 10,0 Dung lượng hấp phụ 5,0 40 Hiệu suất xử lý, % Dung lượng hấp phụ P-PO4, mg/g KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 20 0,0 200 400 600 800 Thời gian, phút 1000 1200 1400 1600 Hình 3.12 Biểu diễn dung lượng hấp phụ P hiệu suất xử lý than 600 theo thời gian Bảng 3.15 Kết tính tốn thơng số động học q trình hấp phụ P Mơ hình Giả bậc Giả bậc Nhiệt độ nung qe (mg/g) Hằng số động học q (thực nghiệm) R2 Than 300 ͦC 0,38 k1(g /(mg.giờ))= 0,001 19,60 0,61 Than 450 ͦC 0,88 k1(g /(mg.giờ))= 0,002 19,40 0,92 Than 600 ͦC 0,99 k1(g /(mg.giờ))= 0,004 19,42 0,84 Than 300 ͦC 19,57 k2 (1/giờ)= 0,049 19,60 0,99 Than 450 ͦC 19,16 k2 (1/giờ)= 0,036 19,40 0,97 Than 600 ͦC 19,13 k2 (1/giờ)= 0,048 19,42 0,98 Kết tính tốn thơng số động học nghiên cứu trình bày Bảng 3.14 Kết cho thấy, với mơ hình động học giả bậc có mối tương quan R2 dao động khoảng 0,61- 0,92 Tuy nhiên, giá trị qe tính tốn hồn tồn khơng phù hợp với giá trị thực nghiệm, cụ thể, qe tính toán cho dạng than dao động 0,38-0,99 mg/g, khi, giá trị thực nghiệm dao động 19,4-19,6 mg/g Do đó, mơ hình động học giả bậc khơng phù hợp để giải thích động học q trình hấp phụ P lên than sinh học nghiên cứu 48 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Theo kết tính tốn từ mơ hình động học giả bậc nghiên cứu (Bảng 3.14) cho thấy, có mối tương quan chặt (R2 = 0,97-0,99) kết tính toán qe phù hợp với kết thực nghiệm Do đó, sử dụng mơ hình động học giả bậc để giải thích động học q trình hấp phụ P lên than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca phù hợp Điều có nghĩa việc kiểm sốt q trình động học có đóng góp q trình hấp phụ hóa học [26] 49 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 CHƯƠNG KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu trên, cho phép rút số kết luận sau: - Vỏ hạt Macca thu ĐakNong để điều chế than sinh học Hiệu suất thu hồi, tính chất hóa lý bề mặt than sinh học (TOC, pH, pHpzc, số nhóm H+, OH-, CEC) nhiệt độ điều chế xác định - Khảo sát cân hấp phụ P than sinh học nhiệt độ điều chế khác Các thông số hấp phụ P lên than sinh học nhiệt độ điều chế 300, 450 600℃ cho kết dung lượng hấp phụ tối đa dao động 20 đến 35 mgP/g Mơ hình cân đẳng nhiệt Freundlich phù hợp để giải thích q trình hấp phụ P cho dạng than sinh học - Khảo sát động học hấp phụ P than sinh học ở nhiệt độ điều chế khác cho thấy thời gian đạt trạng thái cân hấp phụ dao động khoảng 80 phút Mơ hình động học giả bậc phù hợp để giải thích trình động học hấp phụ P lên than sinh học Kết chất thải nông nghiệp tử vỏ macca chuyển đổi thành than sinh học giá trị gia tăng chất hấp phụ chất thải chứa dinh dưỡng P 4.2 KIẾN NGHỊ Tóm lại, từ kết nghiên cứu ứng dụng than sinh học vào việc loại bỏ P môi trường nước cách hiệu trình bày, báo cáo đề xuất số kiến nghị sau: - Cần có nghiên cứu với mơ hình qui mơ cơng nghệ hấp phụ cột - Cần có nghiên cứu bổ sung sử dụng vật liệu sau hấp phụ để làm phân bón, tái sử dụng nơng nghiệp 50 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Y Xu, H Liao, J Zhang, H Lu, X He, Y Zhang, Z Wu, H Wang and M Lu, “A Novel Ca-Modified Biochar for Efficient Recovery of Phosphorus from Aqueous Solution and Its Application as a Phosphorus Biofertilizer,” Nanomaterials, vol 12, pp 1-14, 2022 [2] Y.-K Choi, H M Jang, E Kan, A R Wallace and W Sun, “Adsorption of phosphate in water on a novel calcium hydroxide-coated dairy manure-derived biochar,” Environ Eng Res., vol 24, no 3, pp 434-442, 2019 [3] H N Phương, T T T Nhi, N M Kỳ and N H Lâm, “HIỆU QUẢ CHUYỂN HÓA VÀ XỬ LÝ CÁC CHẤT DINH DƯỠNG (NITƠ, PHỐT PHO) TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG CÔNG NGHỆ USBF,” TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP, vol 3, pp 85-92, 2017 [4] “ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HẦM BIOGAS QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH Ở THỪA THIÊN HUẾ,” TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, vol 37, no 4, pp 83-92, 2012 [5] M Vanotti and A Szogi, “Technology for recovery of phosphorus from animal wastewater through calcium phosphate precipitation,” London, 2009 [6] I W Almanassra, G Mckay, V Kochkodan, M A Atieh and T Al-Ansari, “A state of the art review on phosphate removal from water by biochars,” Chemical Engineering Journal, vol 409, pp 1-15, 2021 [7] L V Cát, Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, Nhà Xuất Bản thống kê Hà Nội, 2002 [8] T V Nhân and N T Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải, Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 [9] D Luo, L Wang, H Nan, Y Cao, H Wang, T V Kumar and C Wang, “Phosphorus adsorption by functionalized biochar: a review,” Environmental Chemistry Letters, pp 1-29, 2022 51 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 [10] Hongyan Suna, Xiaoyun Wang, “NH4 asdsorption and adsorption kinetics by sediments in a drinking water reserỏi,” 2016 [11] Hyung-Keun Chung et al, “Application of Langmuir and Freundlich isotherms to predict adsorbate removal efficiency or required amount of adsorbent,” Journal of Industrial and Engineering Chemistry, p 241–246, 2015 [12] M Zhang, G Song, D L Gelardi, L Huang, E Khan, O Mašek, S J Parikh and Y S Ok, “Evaluating biochar and its modifications for the removal of ammonium, nitrate, and phosphate in water,” Water Research, vol 186, pp 1-10, 2020 [13] Chavda, S B, Pandya and M.J., “Evaluation of Removal of TDS, COD and Heavy metals from Wastewater using Biochar,” International journal of innovative research in technology, vol 1, no 9, pp 1-5, 2014 [14] J Zhang, B Huang, L Chen, Y L, W L and Z Luo, “Characteristics of biochar produced from yak manure at different pyrolysis temperatures and its effects on the yield and growth of highland barley,” Journal Chemical Speciation & Bioavailability, vol 30, no 1, pp 57-67, 2018 [15] X T, R KR, W CW and e al, “Characteristics and applications of biochar for environmental remediation: a review,” Critical Reviews in Environmental Sceience and Technolgy, vol 45, no 9, pp 939-969, 2015 [16] G B Z M e a Yao Y, “Effect of biochar amendment on sorption and leaching of nitrate, ammonium, and phosphate in a sandy soil,” Chemosphere, vol 89, pp 1467-1471, 2012 [17] M Zhang, G Song, D L Gelardi, L Huang, E Khan, O ˇ Mašek, S J Parikh and Y S Ok, “Evaluating biochar and its modifications for the removal of ammonium, nitrate, and phosphate in water.,” Water Research, vol 186, pp 1-10, 2020 [18] CEN/TS 14429, “Characterization of waste – Leaching behaviour test – Influence of pH on leaching with initial acid/base addition,” EUROPEAN COMMITTEE FOR SANDARDIZATION, 2005 [19] R.-y Shi, Z.-n Hong, J.-y Li, J Jiang, M A.-A Baquy, R.-k Xu and W Qian, “Mechanisms for Increasing the pH Buffering Capacity of an Acidic Ultisol by 52 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Crop Residue-Derived Biochars,” Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol 65, pp 8111-8119, 2017 [20] W Cheung, S Lau, S Leung, A Ip and G McKay, “Characteristics of Chemical Modified Activated Carbons from Bamboo Scaffolding,” Chinese Journal of Chemical Engineering, vol 20, no 3, pp 515-523, 2012 [21] TCVN 8941, “Chất lượng đất - Xác định Cacbon hữu tổng số - Phương pháp Walkey Black,” Bộ Tài nguyên Môi trường, 2011 [22] CEN/TS 14429, “Characterization of waste – Leaching behaviour test – Influence of pH on leaching with initial acid/base addition,” European Committee For Standardization, 2005 [23] N V Phuong, N K Hoang, L V Luan and L V Tan, “Evaluation of NH + Adsorption Capacity in Water of Coffee HuskDerived Biochar at Different Pyrolysis Temperatures,” International Journal of Agronomy, pp 1-9, 2021 [24] L A Breton, Z Mahdi, C Pratt and A E Hanandeh, “Modification of Hardwood Derived Biochar to Improve Phosphorus Adsorption,” Environments, vol 8, no 41, pp 1-20, 2021 [25] G Yang, L Wu, Q Xian, F Shen, J Wu and Y Zhang, “Removal of Congo Red and Methylene Blue from Aqueous Solutions by VermicompostDerived Biochars,” PLoS ONE, vol 11, no 5, pp 1-19, 2016 [26] A Khalil, N Sergeevich and V Borisova, “Removal of ammonium from fish farms by biochar obtained from rice straw: Isotherm and kinetic studies for ammonium adsorption,” Adsorption Science & Technology, vol 36, no 5-6, pp 1294-1309, 2018 53 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 PHỤ LỤC Phụ lục 1: letter of acceptance 54 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC – 6/2023 Phụ lục 2: tóm tắt – Abstract ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHOSPHO TRONG NƯỚC BẰNG THAN SINH HỌC CÓ NGUỒN GỐC TỪ VỎ HẠT MAC-CA (MACADAMIA HUSK) NGUYỄN THỊ XUÂN THẢO, PHẠM GIA BẢO, NGUYỄN VĂN PHƯƠNG Viện Khoa học Kỹ thuật & Quản lý Mơi trường, Đại học Cơng nghiệp TP.HCM nguyenthixuanthao0403@gmail.com Tóm Tắt: Phốt (P) dư thừa thải vào nước dẫn đến ô nhiễm môi trường nước gây hại cho sức khỏe người Loại bỏ P nước phương pháp hấp phụ dựa than sinh học có nguồn gốc từ chất thải nơng nghiệp ứng dụng phổ biến Trong nghiên cứu này, than sinh học có nguồn gốc từ vỏ mácca nhiệt phân 300, 450, 600℃ điều chế xác định số tính chất bề mặt bố trí thực nghiệm khảo sát điều kiện loại bỏ PO43- nước pH, liều lượng, nồng độ ban đầu, thời gian cách cho than sinh học tiếp xúc với dung dịch PO43- tiến hành Kết cho thấy pH 4,2 liều lượng 1:100 (w/v), thời gian hấp phụ 20 phút tối ưu cho trình loại bỏ P nước với dạng than sinh học Dữ liệu hấp phụ PO43- phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt Freundlich mơ hình động học giả bậc cho thấy chế hấp phụ chủ yếu phản ứng hóa học bề mặt Than sinh học có nguồn gốc từ vỏ macca nhiệt phân nhiệt độ 300 600℃ chất hấp phụ tiềm hiệu chi phí thấp để loại bỏ phốt phát từ nước Từ khóa: than sinh học, hấp phụ, phốt pho, vỏ macca ASSESSMENT OF THE ADSORPTION OF PHOSPHORUS IN WATER BY BIOCHAR FROM MACADAMIA PEEL NGUYEN THI XUAN THAO, PHAM GIA BAO, NGUYEN VAN PHUONG Institute of Science, Technology & Environmental Management, Industrial University of Ho Chi Minh City nguyenthixuanthao0403@gmail.com Abstract: Excess phosphorus (P) released into water can lead to water pollution and harm to human health Removal of P from water by adsorption method based on biochar derived from agricultural waste is gaining popularity In this study, biochar derived from macadamia shells pyrolysis at 300, 450, and 600℃ was prepared and determined some surface properties experimentally investigating PO43- removal conditions in water such as pH, dose, initial concentration, time by contacting biochar with PO43solution was carried out The results showed that pH 4.2 dose 1:100 (w/v), the optimal adsorption time of 20 minutes for P removal from water with biochars The PO43- adsorption data are consistent with the Freundlich isotherm model and the pseudo-second order kinetic model showing that the adsorption mechanism is mainly surface chemical reaction Biochar derived from macadamia shell pyrolysis at 300 and 600℃ are potential effective and low cost adsorbents for phosphate removal from water Keywords: biochar, adsorption, phosphorus, macadamia husk 55