MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỞ ĐẦU 8 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 11 1.1. Tổng quan về than hoạt tính 11 1.1.1 Giới thiệu chung về than hoạt tính 11 1.1.2 Các phương pháp sản xuất và biến tính than hoạt tính 11 1.1.3 Các lĩnh vực sử dụng than hoạt tính 13 1.2. Tổng quan về amoni 15 1.2.1. Ô nhiễm amoni trong nước ngầm nói chung và trên địa bàn Hà nội nói riêng 15 1.2.2. Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm 18 1.2.3. Tình hình nghiên cứu xử lý amoni ở nước ta 21 1.3. Tình hình nghiên cứu về chế tạo than hoạt tính 21 1.3.1. Tình hình nghiên cứu chế tạo than ngoài nước 21 1.3.2. Tình hình nghiên cứu chế tạo than trong nước 23 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 26 2.1. Chế tạo than Cacbon 26 2.1.1. Chuẩn bị nguyên vật liệu, thiết bị 26 2.1.2. Chế tạo và biến tính than hoạt tính 26 2.2. Khảo sát các điều kiện tối ưu để chế tạo than hoạt tính sử dụng để hấp phụ amoni trong nước ngầm 31 2.2.1. Bố trí thí nghiệm 31 2.2.2. Phương pháp phân tích amoni trong nước 31 2.3. Xác định cấu trúc của than 33 2.3.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 33 2.3.2. Phương pháp BET (Brunnauer, Emmett, Teller) 34 2.4. Khảo sát khả năng xử lý amoni trên mô hình động 34 2.4.1. Khảo sát khả năng xử lý amoni 34 2.4.2. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu 35 2.5. Đánh giá khả năng xử lý amoni trong mẫu môi trường 35 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Xây dựng đường chuẩn sử dụng phân tích hàm lượng amoni 36 3.2. Khảo sát các điều kiện tối ưu để chế tạo than hoạt tính sử dụng để hấp phụ amoni trong nước ngầm 37 3.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni (NH4+) của các loại than cacbon hóa làm từ lõi ngô thải trên mẫu chuẩn 37 3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu (thời gian hấp phụ) amoni của than cacbon hóa 44 3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ amoni đến dung lượng hấp phụ của than cacbon hóa 46 3.3. Kết quả đánh giá cấu trúc bề mặt của than 47 3.3.1. Kết quả chụp SEM 47 3.3.2. Kết quả đo diện tích bề mặt BET 50 3.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ amoni trên mô hình động 52 3.4.1. Kết quả hiệu suất hấp phụ amoni trên môi hình động 52 3.4.2. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu 53 3.5. Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trên mẫu môi trường 55 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình đại học thực tốt đồ án tốt nghiệp, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình quý thầy cô khoa Môi trường cùng các thầy cô Phòng thí nghiệm khoa Môi trường Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Vũ Thị Mai – giảng viên trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tận tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Môi trường cho em ý kiến, góp ý, lời động viên suốt thời gian qua Cuối cùng, xin cảm ơn người thân gia đình, bạn bè chia sẻ, động viên, ủng hộ, tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian qua Mặc dù thân có nhiều cố gắng đồ án không tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo từ quý thầy cô người quan tâm tới nội dung nghiên cứu để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Văn Long SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG MỤC LỤC SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG DANH MỤC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT SEM Scanning Electron Microscope BET Brunnauer, Emmett, Teller SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG DANH MỤC HÌNH SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG MỞ ĐẦU Nước ta có 70% dân số sống nông thôn khoảng 80% số dân chưa tiếp cận với nguồn cấp nước Trong tình trạng ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt nông thôn miền núi trở nên nghiêm trọng Nguồn nước ngầm (giếng khoan) bị ô nhiễm kim loại nặng (arsen, sắt, mangan), chất hữu cơ, amoni… Nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, suối, kênh rạch, giếng khơi…) bị ô nhiễm nặng chất hữu cơ, hóa chất từ khu công nghiệp, phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật vi khuẩn gây bệnh,… Nguồn nước mưa không coi an toàn Nó bị ô nhiễm nặng khói bụi từ khu công nghiệp, phương tiện giao thông vận chuyển, trình bốc loại thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật loại chất ô nhiễm khác qua dụng cụ thu gom Ở Việt Nam có khoảng 17,2 triệu người tương đương khoảng 21,5% dân số sử dụng nguồn nước sinh hoạt chưa kiểm nghiệm hay qua xử lý Theo thống kê Bộ Y tế Bộ Tài nguyên Môi trường, trung bình năm có khoảng nghìn người tử vong nguồn nước điều kiện vệ sinh kém; hàng năm gần trăm nghìn người mắc bệnh ung thư phát mà nguyên nhân từ ô nhiễm môi trường nước [13] Thành phố Hà Nội trung tâm nước, nơi người dân có đời sống cao so với mặt chung nước Song nước vấn đề cần quan tâm quyền địa phương nhà khoa học Phần lớn người dân vùng nông thôn, ngoại ô phải sử dụng nước sinh hoạt từ nước ngầm cách tự đào, khoan giếng Theo kết khảo sát Liên đoàn Địa chất thủy văn - Địa chất công trình miền Bắc vừa công bố, hàm lượng amoni, nitrat, nitrit nước ngầm Hà Nội vượt tiêu cho phép từ 20 - 30 lần [13] Sử dụng nguồn nước ô nhiễm amoni mối đe dọa cho sức khỏe, đời sống người thủ đô SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG Bên cạnh đó, phế phẩm nông nghiệp trấu, vỏ lạc, xơ dừa, lõi ngô, thân ngô, vỏ măng cụt, vỏ cà phê, thân lạc, đỗ, vỏ mít, bã mía nguồn nguyên liệu sẵn có, tiềm để sản xuất than hoạt tính, than cacbon hóa úng dụng cho xử lý nước sinh hoạt, xử lý nước thải, xử lý mùi lọc không khí Ngoài tính hấp phụ hấp thụ sử dụng làm chất mang vi sinh (Bio-film) hiệu cho ứng dụng công nghệ môi trường lượng Hiện nay, Việt Nam sản xuất than gáo dừa Trà Bắc có chất lượng tốt, nhiên giá thành cao chủ yếu xuất sang nước Một sở tư nhân Hòa Bình sản xuất than từ tre (dạng nguyên liệu thô) để xuất sang Nhật Bản Hàn Quốc với sản lượng không 10 tấn/tháng Đã có nhiều nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp: vỏ trấu, gáo dừa … công trình tạo than hoạt tính làm từ lõi ngô hạn chế Vậy nên chọn thực đề tài “Nghiên cứu biến tính than làm từ lõi ngô H3PO4 để xử lý amoni nước ngầm địa bàn Hà Nội” Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Chế tạo thành công than hoạt tính được biến tính ở các điều kiện khác Bước đầu thử nghiệm được khả hấp phụ amoni của than đã được biến tính, mô hình tĩnh và mô hình động Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát điều kiện tạo than hoạt tính để hấp phụ amoni (ảnh hưởng nhiệt độ, tỉ lệ ngâm than, nồng độ axit) SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG - Nghiên cứu hấp phụ amoni than cacbon hóa biến tính hấp phụ tĩnh hấp phụ mô hình động (đánh giá ảnh hưởng nồng độ amoni đầu vào,thời gian tiếp xúc đến hiệu xử lý than) - Đánh giá tính hóa học than cacbon hóa biến tính (pH than, kết đo SEM, BET) Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Nghiên cứu chế tạo than hạt tính từ phế liệu nông nghiệp sản phẩm không mới, chưa ý đến lõi ngô - Về mặt kinh tế phế liệu nông nghiệp sẵn có tiềm Việt Nam, dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan than hoạt tính 1.1.1 Giới thiệu chung than hoạt tính Có nhiều định nghĩa than hoạt tính hiểu cách khái quát than hoạt tính sau: Than hoạt tính có thành phần chủ yếu cacbon, chiếm từ 85 đến 95% khối lượng Phần lại nguyên tố khác hydro, nito, lưu huỳnh, oxi, có sẵn nguyên liệu ban đầu liên kiết với cacbon trình hoạt hóa Thành phần than hoạt tính thông thường là: 88% C, 0.5% H, 0.5% N, 1% S 6-7% O Hàm lượng oxi thay đổi từ đến 20% tùy thuộc vào nguyên liệu cách điều chế than hoạt tính Than hoạt tính có diện tích bề mặt khoảng 800 – 1500 m 2/g chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính 2nm tạo ra, thể tích mao quản từ 0,2 – 0,6 cm3/g Than hoạt tính dạng cacbon xử lý để mang lại cấu trúc xốp, có diện tích bề mặt lớn thường đặc trưng cấu trúc nhiều đường mao dẫn phân tán tạo nên lỗ với kích thước hình dạng khác Tính chất hấp phụ than hoạt tính phụ thuộc nhiều vào cấu trúc chúng Các nghiên cứu cho thấy bề mặt riêng, mao quản siêu nhỏ định tính chất hấp phụ than Thêm vào đó, để than có khả hấp phụ các cation amonium nước cần phải biến tính bề mặt than để chúng có khả hấp phụ tốt 1.1.2 Các phương pháp sản xuất và biến tính than hoạt tính Các nguyên liệu thường được dùng để sản xuất than hoạt tính là các thuộc họ tre, gỗ và gáo dừa, Ưu điểm của các nguyên liệu này là thân nguyên liệu đã chứa hệ thống mao quản lớn có kích thước nằm khoảng 10-50µm Nhưng nhược điểm là giá thành sản phẩm cao nên không phù hợp để xử lý nước thải Hiện nay, để xử lý nước thải người ta quan tâm đến loại than hoạt tính được chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp như: xơ dừa, trấu, SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG sợi đay, bã mía có thành phần chủ yếu là cellulose (xơ dừa, sợi đay, bã mía) và bán cellulose (hemicellulose) Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm hai giai đoạn chính: than hoá hoạt hoá Quá trình than hóa chủ yếu được chế tạo phương pháp nhiệt phân nhiệt độ từ 8500C - 9500C điều kiện yếm khí Sau đó, để tăng cường khả hấp phụ than, người ta hoạt hóa than nước, khí CO 2, kẽm clorua axit H2SO4 đặc Trong trình đó, xảy phản ứng hóa học biến đổi vật lý Ví dụ dùng CO2 để hoạt hóa biến tính than xảy phản ứng: C + CO2 → CO Khi dùng nước: C + H2O → CO + H2 Các phản ứng (đốt cháy phần than đá) tạo nên độ xốp với bề mặt chứa nhóm chức hoạt động lớn, từ 600 đến 1700 m 2/g Như vậy, quy trình chung để sản xuất than hoạt tính là: từ nguyên liệu ban đầu, qua trình hoạt hóa để làm tăng hoạt tính hấp phụ than Còn bước xử lý với điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác… cụ thể để tạo sản phẩm than hoạt tính phù hợp với mục đích sử dụng kinh doanh bí mật công nghệ nhà sản xuất Quá trình hoạt hóa tạo nên lỗ nhỏ li ti làm cho than có khả hấp phụ giữ tạp chất tốt nhiều so với than ban đầu Từ nguyên liệu có diện tích bề mặt khoảng 10 -15 m2 /g, sau trình hoạt hóa, than đạt diện tích bề mặt lớn ngàn lần, trung bình 700-1.200 m2/g Bán kính lỗ rỗng than hoạt tính thường phân làm ba khoảng: micropores (< 40Å), mesopores (40 - 5.000Å) macropores (5.000 - 20.000 Å) Trong loại có khả hấp phụ tốt lỗ hổng cỡ micropores.Than hoạt tính có khả hấp thụ tốt chất không phân cực chất hữu cơ, hấp phụ yếu chất phân cực nước, khí amoniac… Khả hấp phụ than hoạt tính tùy thuộc vào kết cấu, kích thước, mật độ khe rỗng, diện tích tiếp xúc than, tính chất SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 KHOA MÔI TRƯỜNG loại tạp chất cần loại bỏ công nghệ nhà sản xuất Cấu trúc xốp độ hoạt động phụ thuộc loại nguyên liệu chế độ hoạt hoá Do than có nhiều loại với phạm vi sử dụng khác 1.1.3 Các lĩnh vực sử dụng than hoạt tính Lọc khí: Có hai hệ thống lọc khí đặc trưng Một ứng dụng lọc khí nơi đông người văn phòng, bệnh viện, phòng thí nghiệm, nhà hàng máy chế biến thực phẩm, nơi cần khí tự Một hệ thống khác dùng để hạn chế khí ô nhiễm môi trường từ khí thải hoạt động công nghiệp như: sản xuất thuốc súng, nhựa, chất dẻo tổng hợp, thuộc da, quy trình công nghiệp như: Công nghiệp cao su, công nghiệp sơn, vec ni, tơ sợi, chất dẻo kết dính… Than hoạt tính dùng cho trình lọc khí nơi công cộng cần có cấu trúc xốp vi mô cao có hiệu lớn việc hấp phụ độ đậm đặc thấp Trong trường hợp than hoạt tính dùng để kiểm soát việc ô nhiễm môi trường, lổ phải có khả hấp phụ lớn nồng độ ô nhiễm 10500ppm Rất khó để xác định xác đường kính nhưng, thông thường lổ có đường kính, có mật độ vi lổ cao dãi trung gian ưa dùng hấp phụ độ ô nhiễm Than hoạt tính dùng mặt nạ phòng độc: Có hai dạng mặt nạ phòng độc, đặc tính tự nhiên than hoạt tính yêu cầu khác Mặt nạ phòng độc dùng công nghiệp hóa chất có chứa chất hoá học độc tương đối thấp thông thường có trọng lượng phân tử cao, hoá chất than hoạt tính hấp phụ nhanh mạnh Nhưng than hoạt tính dùng quân đội yêu cầu có bảo vệ triệt để chất hóa học độc mạnh Hơn nữa, số hoá chất có liên quan đến trình hấp phụ vật lý, mật số chất khác SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 KHOA MÔI TRƯỜNG Kết quả ảnh hưởng của nồng độ amoni đến dung lượng hấp phụ của than được thể hiện bảng 3.6 Bảng 3.6 Ảnh hưởng nồng độ amoni đến dung lượng hấp phụ than Nồng độ NH4+ ban đầu (mg/l) Nồng độ NH4+ sau hấp phụ (mg/l) Hiệu suất (%) 11,08 1,99 82,07 21,87 6,88 68,55 43,15 18,39 57,39 81,64 41,58 49,07 Hình 3.9 Ảnh hưởng của nồng độ amoni đầu vào đến hiệu suất xử lý amoni Dựa bảng 3.6 đồ thị hình 3.9 nhận thấy nồng độ amoni dung dịch thấp hiệu suất xử lý amoni cao cụ thể nồng độ dung dịch đầu vào 10 mg/l hiệu suất 82,07% thấp thất nồng độ dung dịch đầu vào 80 mg/l Tuy nhiên theo khảo sát nồng độ ô nhiễm amoni nước ngầm thành phố Hà Nội chủ yếu từ 15 – 35 mg/l nên thí nghiệm em chọn nồng độ dung dịch mẫu 20 mg/l 3.3 Kết đánh giá cấu trúc bề mặt than 3.3.1 Kết quả chụp SEM Ảnh vi điện tử quét được chụp tại viện Khoa học vật liệu thuộc viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 Than cacbon hóa ở độ phóng đại 5000 lần lần lần KHOA MÔI TRƯỜNG Than cacbon hóa ở độ phóng đại 3000 lần Than cacbon hóa ở độ phóng đại 2500 Than cacbon hóa ở độ phóng đại1500 Than cacbon hóa ở độ phóng đại 400 lần lần lần lần Than cacbon hóa ở độ phóng đại 2000 Than cacbon hóa ở độ phóng đại 900 Than cacbon hóa ở độ phóng đại 200 Hình 3.10 Một số ảnh vi quét điện tử của than hoạt tính SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 KHOA MÔI TRƯỜNG Lõi ngô độ phóng đại 2000 lần Lõi ngô độ phóng đại 1500 lần Lõi ngô độ phóng đại 900 lần Lõi ngô độ phóng đại 400 lần Hình 3.11 Một số hình ảnh vi quét điện tử lõi ngô Ở hình chụp mẫu than ta dễ nhân thấy cấu trúc than co cụm lại (cụ thể hình chụp độ phóng đại 400 lần), bề mặt có xuất nhiều khe, rãnh nhỏ Không có ánh sáng phản chiếu chứng tỏ trình chế tạo tách thành phần có nguyên liệu để hình thành chỗ trống tăng thêm độ xốp than hoạt tính Ở chụp có độ phóng đại 200 lần thấy phân bố lỗ mao quản bề mặt than giày đặc thể đặc tính bề mặt than hoạt tính, việc bề mặt than có nhiều lỗ mao quản nhỏ đem lại hiệu xử lý amoni than tốt Còn hình chụp lõi ngô, thể chưa xuất lỗ rỗng lỗ mao quản bề mặt lõi ngô so sánh hình chụp độ phóng 400 lần than lõi ngô cho thấy trình biến tính than hóa giúp cho SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43 KHOA MÔI TRƯỜNG lõi ngô có bề mặt rỗng xốp nhiều lỗ mao quản dẫn đến hiệu sử lý than biến tính tốt 3.3.2 Kết quả đo diện tích bề mặt BET Kết đo diện tích bề mặt BET, đường đẳng nhiệt hấp phụ khí nitơ thực Viện Hóa Học – Môi trường quân Kết đọc Phòng Hóa môi trường – Viện hóa học thuộc viện Hàn lâm Khoa học công nghệ Việt Nam Kết diện tích bề mặt vật liệu sau: - Diện tích bề mặt theo BET: 1046.1796 m2/g Diện tích bề mặt theo Langmuir: 1412.1074 m2/g Diện tích hạt micropope: 479.3160 m2/g Diện tích tích luỹ hấp phụ lỗ 17.000 Å 3000.000 Å đường kính: 504.2125 m2/g Hình 3.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí nito SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 44 KHOA MÔI TRƯỜNG Hình 3.13 Mối tương quan giữa lượng nito hấp phụ với thể tích mao quản và đường kính mao quản Hình 3.14 Mối tương quan giữa thể tích mao quản và đường kính mao quản (dưới dạng vi phân) SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 KHOA MÔI TRƯỜNG 3.4 Kết khảo sát khả hấp phụ amoni mô hình động 3.4.1 Kết hiệu suất hấp phụ amoni môi hình động Sau cho lít dung dịch chảy qua cột chứa gam than biến tính dung dịch axit H3PO4 50% (tỷ lệ lõi ngô:H3PO4 1:1,5), tiến hành đo nồng độ amoni mẫu thí nghiệm đầu ra, kết thu bảng 3.7 Bảng 3.7 Kết quả phân tích amoni bằng mô hình động Abs Th ời gian (h) T Kh N D D hể tích ối lượng ồng độ + ung dị c h ung dị ch mẫu đầu than NH4 ban (ml) cột (g) đầu (mg/l) ban đầu đầu (f= (f= 20) 20) 0, 1 0, 2 10 12 035 ,73 042 046 20 1, 489 200 1 1,2 9,77 496 0,1 1,63 482 480 2,6 ,78 863 3,9 0 60 ,87 267 5,4 ,82 0, 80 0, 40 20 N ồng độ H dung iệu suất dịch đầu (%) ,12 9,95 ,23 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn nồng độ ứng với thể tích dung dịch qua cột Từ kết thu bảng 3.7 đồ thị hình 3.14 ta nhận thấy với gam than nhồi cột, với dung dịch chảy qua cột có nồng độ SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 KHOA MÔI TRƯỜNG 20 mg/l tốc độ ml/phút hiệu xử lý than xử lý tốt 800ml đầu tiên, từ 800 ml trở đến 1440ml khả hấp phụ than bão hòa Khi ta dừng việc qua cột lại, tiến hành trình tái sử dụng than 3.4.2 Khảo sát khả tái sử dụng của vật liệu Sau than đã hấp phụ đạt ngưỡng cựu đại, ta thực hiện quá trình giải hấp than với mục đích lấy lại khả hấp phụ amoni ban đầu Vật liệu cột sau bão hòa được tiến hành giải hấp bằng dung dịch NaOH 0,1M thời gian 8h Sau đó rửa lại vật liệ bằng nước cất đến pH không đổi và lại tiếp tục được nhồi lên cột và thực hiện cho dung dịch amoni 20 mg/l chảy qua với tốc tộ dòng ml/phút và lại sau 2h lấy dung dịch ở đầu đem phân tích amoni Kết quả phân tích so sánh với mẫu than ban đầu để khẳng định sự tái sinh của vật liệu Bảng 3.8 Kết quả của than sau giải hấp Th ời gian (h) 0, N T K ồng độ hể tích hối lượng NH4+ ban mẫu đầu than đầu (ml) cột (g) (mg/l) 2 40 80 20 20 60 200 Abs D D ung dịch ung dịch ban đầu (f đầu (f = = 20) 20) 0, 046 0, 063 0, 1, 346 472 0, 823 1, 265 1, 491 N ồng độ dung dịch đầu ,87 ,09 ,82 1,09 6,91 9,89 H iệu suất (%) 4,6 2,5 4,9 3,5 5,4 ,6 9 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn nồng độ ứng với thể tích dung dịch qua cột SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 KHOA MÔI TRƯỜNG Như vậy, than biến tính đã qua trao đổi ion với amoni có thể tái sử dụng rất tốt bằng cách cho dung dịch NaOH 0,1M chạy qua cột thời gian 8h Sau rửa lại bằng nước cất đến Ph không đổi sau tiếp thục thực trình xử lý dung dịch amoni có nồng độ 20mg/l Dựa vào bảng 3.8 hình 3.16 ta nhận thấy than sau tái sinh có khả hấp phụ tương đối tốt, 500ml hiệu xử lý từ 75% - 95%, nồng độ amoni dung dịch đầu đạt chuẩn, từ sau 500ml đến 1200ml than bắt đẩu lại bão hòa dần Vậy ta kết luận than sau tái sinh có khả hấp phụ hiệu gần ban đầu vào khoảng 62.5 % 3.5 Đánh giá hiệu xử lý amoni mẫu môi trường Kết phân tích hàm lượng amoni mẫu nước ngầm sau: + Mẫu 1: hàm lượng NH4+ là 23mg/l + Mẫu 2: hàm lượng NH4+ là 25mg/l Như vậy, hàm lượng amoni mẫu nước ngầm hai địa điểm nghiên cứu vượt giới hạn cho phép theo QCVN 01:2009/BYT lần Như vậy, mẫu nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt, ăn uống trình xử lý tối ưu hàm lượng amoni mẫu Sau kết quả đo được thực hiện lựa chọn mẫu làm dung để thực hiện xử lý cột hấp phụ có chứa than đã được biến tính Kết xử lý mẫu môi trường sau: Bảng 3.8 Kết trình xử lý mẫu môi trường mô hình động Th T SVTH: Nguyễn Văn Long K N Abs N H Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ời gian (h) 0, 10 48 KHOA MÔI TRƯỜNG ồng độ D D hể tích hối lượng + NH4 ban ung dịch ung dịch mẫu đầu than đầu ban đầu (f đầu (f = (ml) cột (g) (mg/l) = 20) 20) 40 80 20 60 200 053 074 ,86 24 847 1, 098 772 481 839 0, 0, 0, 0, 1, 1, ồng độ dung iệu suất dịch đầu (%) ,96 ,25 ,56 ,58 3,12 2,27 1 6,1 4,9 3,7 3,5 7,2 0,4 9 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn nồng độ ứng với thể tích dung dịch qua cột Kết thu trình xử lý mẫu môi trường mô hình động cho thấy khả xử lý amoni mẫu môi trường tường đối tốt đạt hiệu cao 500 ml hiệu suất hấp phụ lên đến 95%, phải đến 1200 ml than cột bị bão hòa KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận: - Đã nghiên cứu thành công điều kiện ảnh hưởng đến trình chế tạo than hoạt tính SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 KHOA MÔI TRƯỜNG - Lựa chọn điều kiện hợp lý để biến tính than ,ở thu kết tốt than ngâm H3PO4 50% (tỷ lệ 1:1,5) nung 5000C sau ngâm với NaOH 0,4M (tỷ lệ 1:20) - Than biến tính tạo phân tích SEM, BET Xác định diện tích cấu trúc bề mặt than - Bước đầu khảo sát mô hình tĩnh mô hình dộng khả hấp phụ amoni than biến tính - Khảo sát khả xử lý mẫu môi trường than Kiến nghị: - SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 KHOA MÔI TRƯỜNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: Bách khoa toàn thư, Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Lê Văn Cát ( 2005- 2006), Nghiên cứu chế tạo sử dụng vật liệu xử lý nước từ số nguồn phế liệu nông nghiệp nhằm cải thiện chất lượng nước sinh hoạt cho vùng nông thôn Việt Nam, đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê Hà Nội Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê Hà Nội Trịnh Xuân Đại (2010), Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu xử lý kim loại nước amoni, Luận văn tốt nghiệp Đại Học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Thành Phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh Tài liệu riêng nhà máy than hoạt tính Trà bắc (Trang 74) Tài liệu tiếng anh: V.Laev, (2011), Oil adsorption by rice husk ash R.M Suzuki, A.D Andrade, J.C Sousa, M.C Rollemberg, (2006), Preparation and characterization of activated carbon from rice bran Lili Ding, Bo Zou, Hequn Liu, Yannan Li, Zichen Wang, Ying Su, Yupeng Guo, Xiaofeng Wang (2013), A new route for conversion of corncob to porous carbon by hydrolysis and activation, China 10 C Namasivayam, K Kadirvelu, (1997), Activated carbons prepared from coir pith by physical and chemical activation methods SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHOA MÔI TRƯỜNG PHỤ LỤC Hình ảnh trình thực nghiệm SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Văn Long KHOA MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Văn Long KHOA MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH: Nguyễn Văn Long KHOA MÔI TRƯỜNG Lớp: ĐH1KM [...]... của lõi ngô: có thể được chế tạo làm thức ăn cho gia súc, có thể lên men lõi ngô để thu được ancol etylic hoặc axit lactic, người ta còn phối trộn lõi ngô với bê tông để trở thành bê tông lõi ngô có đặc tính rất nhẹ Đặc biệt, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô Lõi ngô cũng được ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường với giá thành... hình nghiên cứu xử lý amoni ở nước ta Trong những năm gần đây chúng ta có một số công trình nghiên cứu xử lý các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ trong nước cấp cũng như nước thải Các nghiên cứu còn hạn chế chưa đầy đủ nhưng có thể liệt kê một số công trình nghiên cứu sau đây: - Nghiên cứu xử lý N -Amoni trong nước ngầm Hà Nội Nguyễn Văn Khôi, Cao thế Hà (2002) – Đề tài cấp thành phố 01C-09/11-2002 SVTH: Nguyễn... tài trên đều khẳng định có thể xử lý tốt amoni trong nước ngầm cũng như trong nước thải Đối với quy mô vừa và nhỏ thì phương pháp trao đổi ion được sử dụng hiệu quả và dễ dàng hơn 1.3 Tình hình nghiên cứu về chế tạo than hoạt tính 1.3.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo than ngoài nước a, Với nguyên liệu lõi ngô Than lõi ngô có thành phần khối lượng 63,13 % C; 4,41% H; 0,46% N; 31,74% O và 0,21% tro Than. .. than hoạt tính dùng cho xử lý amoni trong nước ngầm tại khu vực Hà Nội Các thiết bị được sử dụng trong quá trình chế tạo than bao gồm, tủ sấy, máy nghiền, bộ sàng rây kích thước của lõi ngô sau khi nghiền, lò nung, và một số vật dụng khác 2.1.2 Chế tạo và biến tính than hoạt tính Chế tạo than hoạt tính bằng cách kết hợp hai giai đoạn, giai đoạn than hóa và hoạt hóa được tiến hành đồng thời Lõi ngô sau... amoni trong nước vẫn còn ở mức cao, vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần 1.2.2 Các phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm Trong nước ngầm các hợp chất nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ là: Nitrit, Nitrat và amoni Có rất nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước ngầm đã được các nước trên thế giới thử nghiệm và đưa vào áp dụng dưới đây là một số phương pháp xử lý amoni trong. .. thuốc, phospho, phenol… Than hoạt tính dùng để lọc thuốc lá khử nicotine và khí độc khác trong khói thuốc 1.2 Tổng quan về amoni 1.2.1 Ô nhiễm amoni trong nước ngầm nói chung và trên địa bàn Hà nội nói riêng a, Nguồn gốc ô nhiễm amoni trong nước ngầm Amoni thật ra không quá độc đối với sức khỏe con người song do quá trình khai thác, xử lý, lưu trữ NH 4+ chuyển hóa thành nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-)... thu hồi bàng than hoạt tính 5 Than hoạt tính dùng trong nước giải khát: Rượu và rượu mạnh lọc qua than hoạt tính dạng hạt để thu hồi nguyên tố có trong mẫu và dầu Đối với rượu Brandy được lọc qua than hoạt tính thu hồi những hương vị không mong muốn, được loại ra trong suốt quá trình sản xuất và bảo quản Than hoạt tính làm giảm lượng Aldehyde trong quá trình chưng cất thô và làm tăng sự kết tụ Trong. .. và nước b, Phương pháp làm thoáng Muốn khử NH4+ ra khỏi nước bằng phương pháp làm thoáng, phải đưa pH của nước nguồn lên 10.5 – 11.0 để biến 99% NH 4+ thành khí NH3 hòa tan trong nước - Nâng pH của nước thô: Để nâng pH của nước thô lên 10.5 – 11.0 thường dùng vôi hoặc xút Sau bể lọc pha axit vào nước để đưa pH từ 10.5 – 11.0 xuống còn 7.5 - Tháp làm thoáng khử khí amoniac NH3 thường được thiết kế để. .. đề tài xử lý Amoni quy mô nhỏ của viện khoa học và công nghệ Việt Nam bằng phương pháp vi sinh, chủ trì đề tài Nguyễn Văn Nhị - Đề tài xử lý Nitơ quy mô nhỏ bằng phương pháp trao đôi ion với vật liệu Zeolit, chủ trì Nguyễn Hưu Phú- Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam - Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm bằng điện thẩm tách (EDR), chủ trì đề tài Nguyễn Thị Hà, đề tài cấp Đại học quốc gia Hà Nội, mã... thể dùng để xử lý triệt để nước thải sau khi đã xử lý bằng phương pháp khác mà cụ thể với đề tài tốt nghiệp tôi đã chọn là “ xử lý amoni trong nước ngầm bằng than cacbon hóa ” là rất phù hợp SVTH: Nguyễn Văn Long Lớp: ĐH1KM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 KHOA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo than Cacbon 2.1.1 Chuẩn bị nguyên vật liệu, thiết bị Nguồn nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính là