Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LÕI NGÔ LÀM CHẤT HẤP PHỤ ĐỂ LỌC AMONI RA KHỎI NƯỚC Trình độ đào tạo : Đại học quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu Giảng viên hướng dẫn : ThS Diệp Khanh Sinh viên thực : Bùi Thị Thùy Dung MSSV: 12030272 Lớp: DH12HD Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP (Đính kèm Quy định việc tổ chức, quản lý hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT) Họ tên sinh viên: Bùi Thị Thùy Dung Ngày sinh: 9/10/1994 MSSV : 12030272 Lớp: DH12HD Địa : 106/1A Hàn Thuyên, phường 11, thành phố Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu E-mail : thuydung94vt@gmail.com Trình độ đào tạo : Đại học Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni khỏi nước Giảng viên hướng dẫn: ThS Diệp Khanh Ngày giao đề tài: 22/2/2016 Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 22/6/2016 Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng… năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN  Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học ThS Diệp Khanh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Trong luận văn có sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả, quan tổ chức khác có trích dẫn thích rõ ràng nguồn gốc Nếu phát gian lận xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung luận văn chịu hình thức kỉ luật theo quy định Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực Bùi Thị Thùy Dung LỜI CẢM ƠN  Lời xin gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu, khoa Hóa học Công nghệ thực phẩm tạo điều kiện cho mượn dụng cụ phòng thí nghiệm để hoàn thành đồ án Đặc biệt, gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Diệp Khanh tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian để nghiên cứu đề tài Cảm ơn đến quý Thầy, Cô khoa Hóa học Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trường Xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp dành thời gian đọc đưa lời nhận xét giúp hoàn thiện đồ án Cám ơn gia đình bạn bè tiếp thêm niềm tin, nghị lực giúp đỡ suốt thời gian qua Xin gửi đến lời cám ơn chân thành sâu sắc nhất! Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Bùi Thị Thùy Dung MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nitơ ô nhiễm amoni 1.1.1 Nitơ tình trạng ô nhiễm hợp chất có chứa nitơ 1.1.2 Sơ lược amoni 1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm Amoni Việt Nam 1.1.4 Tác hại của amoni hợp chất nitơ 1.1.5 Một số phương pháp xử lí Amoni 10 1.2 Giới thiệu nguyên liệu lõi ngô 14 1.2.1 Tổng quan ngô 14 1.2.2 Thành phần lõi ngô 16 1.2.3 Ứng dụng lõi ngô 18 1.3 Than hoạt tính cách hoạt hóa than 18 1.3.1 Giới thiệu than hoạt tính 18 1.3.2 Quá trình tạo than hoạt tính 19 1.3.3 Cơ chế làm việc than hoạt tính 20 1.4 Các lý thuyết trình hấp phụ 20 1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 20 1.4.2 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 22 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 25 i 2.1 Nguyên liệu hóa chất 25 2.2 Thiết bị 25 2.3 Tạo đường chuẩn 25 2.3.1 Lý thuyết trình 25 2.3.2 Pha dung dịch thuốc thử 25 2.3.3 Dung dich chuẩn 26 2.4 Tạo vật liệu 27 2.4.1 Khảo sát nồng độ axít sunfuric dùng để hoạt hóa lõi ngô 29 2.4.2 Khảo sát thời gian ngâm axít sunfuric 30 2.4.3 Khảo sát nhiệt độ xử lí 30 2.5 Hấp phụ amoni điều kiện tối ưu cho trình hấp phụ 31 2.5.1 Khảo sát trình hấp phụ amoni thay đổi khối lượng lõi ngô biến tính 31 2.5.2 Khảo sát trình hấp phụ amoni thay đổi nồng độ ban đầu amoni 32 2.5.3 Khảo sát trình hấp phụ thay đổi thời gian hấp phụ 32 2.5.4 Khảo sát trình hấp phụ thay đổi pH 32 2.6 Khảo sát trình tái hấp phụ lõi ngô hoạt hóa axít 33 2.7 Các phương pháp dùng thí nghiệm 33 2.7.1 Phương pháp xác định hàm lượng amoni 33 2.7.2 Phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Kết phân tích cấu trúc vật liệu 36 3.1.1 Kết chụp XRD mẫu vật liệu 36 3.1.2 Kết chụp SEM mẫu vật liệu 37 ii 3.2 Xây dựng đường chuẩn 38 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình biến tính lõi ngô 39 3.3.1 Khảo sát nồng độ axít dùng hoạt hóa lõi ngô 39 3.3.2 Khảo sát thời gian ngâm lõi ngô 41 3.3.3 Khảo sát nhiệt độ xử lí 42 3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ amoni vật liệu hấp phụ 46 3.4.1 Khảo sát khả hấp phụ amoni thay đổi khối lượng chất hấp phụ 46 3.4.2 Khảo sát khả hấp phụ amoni thay đổi nồng độ chất bị hấp phụ 48 3.4.3 Khảo sát khả hấp phụ amoni thay đổi thời gian hấp phụ 50 3.4.4 Khảo sát khả hấp phụ amoni thay đổi độ pH 52 3.5 Khảo sát trình tái hấp phụ vật liệu 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SEM: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) XRD: X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X) iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn Việt Nam quốc tế hợp chất Nitơ 10 Bảng 1.2: Thành phần hóa học lõi ngô 16 Bảng 1.3: Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 23 Bảng 2.1: Các bước thiết lập mẫu chuẩn 26 Bảng 3.1: Các số liệu xây dựng đường chuẩn amoni 38 Bảng 3.2: Ảnh hưởng nồng độ axít H2SO4 dùng để ngâm đến trình hấp phụ amoni lõi ngô biến tính 40 Bảng 3.3: Ảnh hưởng thời gian ngâm lõi ngô với axít H2SO4 đến trình hấp phụ amoni lõi ngô biến tính 41 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nhiệt độ xử lí lõi ngô hoạt hóa đến trình hấp phụ amoni lõi ngô biến tính 42 Bảng 3.5: Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ đến trình hấp phụ amoni lõi ngô biến tính 46 Bảng 3.6: Ảnh hưởng nồng độ chất bị hấp phụ đến trình hấp phụ amoni lõi ngô biến tính 48 Bảng 3.7: Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến trình hấp phụ Amoni lõi ngô biến tính 51 Bảng 3.8: Ảnh hưởng độ pH đến trình hấp phụ Amoni lõi ngô biến tính 52 Bảng 3.9: Các thông số trình tái hấp phụ 53 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Chu trình Nitơ tự nhiên Hình 1.2: Cây ngô 14 Hình 1.3: Cấu trúc lõi ngô 16 Hình 1.4: Thành phần hóa học vi sợi xenlulozơ (cellulose) 17 Hình 2.1: Quy trình tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 27 Hình 2.2: Lõi ngô nguyên liệu 28 Hình 2.3: Lõi ngô sau xử lý với H2SO4 NaHCO3 28 Hình 2.4: Vật liệu hấp phụ tạo từ lõi ngô 29 Hình 3.1: Giản đồ XRD lõi ngô nguyên liệu 36 Hình 3.2: Giản đồ XRD lõi ngô biến tính 36 Hình 3.3: Ảnh SEM mẫu vật liệu 37 Hình 3.4: Đường chuẩn Amoni 39 Hình 3.5: Ảnh hưởng nồng độ axít H2SO4 dùng để hoạt hóa lõi ngô đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 40 Hình 3.6: Ảnh hưởng thời gian ngâm lõi ngô với axít H2SO4 đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 42 Hình 3.7: Ảnh hưởng nhiệt độ xử lí lõi ngô hoạt hóa đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 43 Hình 3.8: Sơ đồ tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 45 Hình 3.9: Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 47 Hình 3.10: Ảnh hưởng nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 49 Hình 3.11: Đồ thị thể phương trình Langmuir lõi ngô biến tính 49 Hình 3.12: Đồ thị thể phương trình Freundlich lõi ngô biến tính 50 Hình 3.13: Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 51 Hình 3.14: Ảnh hưởng độ pH đến độ hấp phụ lõi ngô biến tính 53 Hình 3.15: Đồ thị thể thông số trình tái hấp phụ 54 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nền kinh tế phát triển dân số tăng nhanh phát sinh nhiều hệ lụy liên quan tình trạng ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng Ô nhiễm xuất nhiều nơi môi trường đất, nước lẫn không khí Một hình thức phổ biến dễ nhận thấy ô nhiễm nước Ô nhiễm nước gây nhiều nguyên nhân khác ion vô hòa tan (SO42-, Cl-, PO43-), muối nitơ (NH4+, NO3-, NO2), kim loại nặng (Hg, Pb, As, Cr), vi sinh vật….chính chất gây nguy hại không nhỏ đến người động vật Ô nhiễm nước hợp chất nitơ nói chung amoni nói riêng trình xuyên thấm từ tầng nước mặt xuống tầng phía qua cửa sổ địa chất thủy văn, nguồn nước mặt ô nhiễm nguồn nước ngầm theo mà ô nhiễm Theo đánh giá nhiều báo cáo hội thảo khoa học tình trạng ô nhiễm amoni nước ngầm phát nhiều vùng nước, phần lớn nước ngầm khu vực đồng Bắc Bộ gồm tỉnh: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình phía nam Hà Nội bị nhiễm bẩn amoni nặng Xác suất nguồn nước ngầm tỉnh nhiễm amoni có nồng độ cao tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3mg/l) khoảng 70 - 80%, nước ngầm trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn, thành phố Hồ Chí Minh) bị ô nhiễm amoni nặng (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) [1] Hợp chất Nitơ trường nước ngầm có pH từ đến nitơ nằm chủ yếu dạng NH4+ (Amoni) [2] Nước ô nhiễm amoni nghiêm trọng nhiều amoni dễ dàng chuyển hóa thành chất độc hại khác nitrit, lại khó xử lý Chính sản phẩm chuyển hóa amoni chất ảnh hưởng đến sức khỏe người, vào thể chiếm oxy Trong đó, máu có oxy đến khắp tế bào thể Trẻ em bị nhiễm chất xanh xao, ốm yếu, thiếu máu, khó thở Đến giai đoạn đó, bị nhiễm amoni nặng ngộp thở, không cấp cứu kịp thời tử vong Do việc xử lí amoni số vấn đề cấp bách [3] Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 Bên cạnh nước ta nước nông nghiệp, phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu, vỏ dừa, bã đậu nành, lỗi ngô… Với số lượng lớn không sử dụng vào mục đích thải môi trường năm, đồng thời phụ phẩm có thành phần chủ yếu xenluloze, có đặc tính tốt để sản xuất vật liệu hấp phụ giúp lọc nước Hướng có nhiều người nghiên cứu đạt thành tựu định Trong phụ phẩm lõi ngô - nguyên liệu với mục đích tạo vật liệu hấp phụ Tuy lõi ngô trước biến tính có khả lọc nước (theo Lalita Prasida - người đoạt giải thưởng Google Science Fair với đề tài “Hấp phụ sinh học với chi phí thấp” năm 2011) hiệu suất không cao cần biến tính làm vật liệu hấp phụ giúp cho trình lọc nước tốt Có nhiều cách khác để biến tính, số hoạt hóa axít H3PO4 [4,23], HNO3,…nhưng nghiên cứu sử dụng H2SO4 - chất có hoạt tính axít mạnh để biến tính lõi ngô làm vật liệu hấp phụ lọc amoni nước hạn chế hướng nghiên cứu đáng mong đợi Dựa sở thực đề tài: “Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni khỏi nước” Mục đích nghiên cứu Tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni khỏi nước Nhiệm vụ  Xây dựng quy trình hoạt hóa lõi ngô nhằm nâng cao khả xử lí amoni nước vật liệu hấp phụ  Khảo sát số đặc điểm cấu trúc vật liệu hấp phụ tạo từ lõi ngô  Khảo sát khả hấp phụ amoni, lựa chọn điều kiện thuận lợi cho trình hấp phụ Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:  Thu thập, tổng hợp, nghiên cứu phân tích tài liệu, tư liệu, sách báo nước có liên quan đền đề tài Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016  Xử lí thông tin lý thuyết đưa vấn đề cần thực trình thực nghiệm  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:  Thu gom xử lý mẫu lõi ngô  Hoạt hóa lõi ngô axít sunfuric  Xác định nồng độ amoni phương pháp phân tích trắc quang  Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): xác định cấu trúc vật liệu  Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM): xác định vi cấu trúc hình thái bề mặt mẫu vật liệu hấp phụ Bố cục Trong đồ án tìm hiều lý thuyết liên quan quy trình tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngỗ, khảo sát yếu tố để tạo vật liệu hấp phụ tốt nhất, bên cạnh khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ amoni trình bày qua chương bài: Chương Tổng quan; Chương Thực nghiệm; Chương Kết thảo luận Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nitơ ô nhiễm amoni 1.1.1 Nitơ tình trạng ô nhiễm hợp chất có chứa nitơ Nitơ môi trường tự nhiên tồn nhiều dạng hóa học khác bao gồm nitơ hữu amoni (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), nitơ oxit (N2O), nitric oxit (NO), nitơ vô khí nitơ (N2) Nitơ hữu tồn sinh vật sống, đất mùn, sản phẩm trung gian trình phân hủy vật chất hữu Các trình chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng sang dạng khác Một số trình tiến hành vi khuẩn, qua trình để chúng lấy lượng để tích tụ nitơ thành dạng cần thiết cho phát triển chúng Sơ đồ bên thể trình tương thích với để tạo chu trình nitơ [1] Hình 1.1: Chu trình Nitơ tự nhiên [1] Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 Đầu tiên Nitơ khí trơ mặt hóa học nhờ trình cố định nitơ mà nitơ dạng phân tử phân giải dạng nguyên tử tác dụng sấm sét, trình cố định theo đường sinh học, số vi khuẩn tảo có khả cố định nitơ Azotobacter, vi khuẩn sống cộng sinh nốt sần rễ họ đậu, tảo lam…nhờ trình cố định đạm mà nitơ khí chuyển đổi thành amoni, thành phần đất bổ sung phân bón hóa học Thực vật lấy nitơ đất cách hấp thu chúng rễ dạng ion nitrat amoni, amoni bước vào trình khử để tổng hợp nên amino axít, nucleic axít diệp lục trình gọi trình đồng hóa nitơ Thực vật nguồn thức ăn động vật, cung cấp cho động vật nguồn nitơ dạng chất hữu Sau động vật thực vật chết đi, dạng ban đầu nitơ chất hữu cơ, số trường hợp vi khuẩn nấm chuyển đổi nitơ xác thực vật động vật thành amoni, trình gọi trình amoni hóa hay khoáng hóa Sau trình chuyển đổi amoni thành nitrat, trình tiến hành vi khuẩn sống đất loại vi khuẩn nitrat hóa khác Trong giai đoạn nitrat hóa đầu tiên, oxy hóa amoni tiến hành vi khuẩn Nitrosomonas, trình chuyển đổi amoniac thành nitrit (NO2-) Các loại vi khuẩn khác Nitrobacter có nhiệm vụ oxy hóa nitrit thành nitrat (NO3-) Việc biến đổi nitrit thành nitrat trình quan trọng tích tụ nitrit gây ngộ độc cho thực vật Giai đoạn cuối chu trình nitơ trình khử nitrat, trình giúp khử nitrat thành khí nitơ hoàn thành chu trình nitơ Quá trình thực số vi khuẩn [1]  Sự tồn chất nitơ nước Nitơ tồn hệ thủy sinh nhiều dạng hợp chất vô hữu Các dạng vô cơ với tỷ lệ khác tùy thuộc vào môi trường nước Nitrat muối nitơ vô môi trường sục khí đầy đủ liên tục Nitrit (NO2-) tồn điều kiện đặc biệt, amoniac (NH3) tồn dạng điều kiện kỵ khí Amoni hòa tan nước tạo thành dạng hyđrôxit amoni (NH4OH) phân ly thành ion amoni (NH4+) ion hyđrôxit (OH-) Quá trình oxi hóa Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 chuyển tất dạng nitơ vô thành ion nitrat, trình khử chuyển hóa chúng thành dạng nitơ [5] Nguồn ô nhiễm nitơ nước mặt từ nhiều nguồn khác chủ yếu hoạt động người tạo như: Sinh hoạt, đô thị, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải thủy…[6] Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ khu dân cư, sở hoạt động thương mại xã hội công sở, trường học…trong nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều tạp chất dạng protein, cacbon hydrat, lipid, chất bẩn từ người, động vật, thực vật, loại rác, giấy, gỗ, chất hoạt động bề mặt,… có loại vi khuẩn như: trứng giun, virut, vi trùng, siêu vi trùng Hợp chất nitơ nước thải hợp chất amoniac, protein, peptit, axít amin thành phần khác chất thải rắn lỏng Các hợp chất chứa nitơ, đặc biệt protein urin nước tiểu phân hủy nhanh thành amoniac/amoni Trong nước thải sinh hoạt, nitrit nitrat có hàm lượng thấp nồng độ oxy hòa tan mật độ vi sinh vật tự dưỡng thấp Thành phần nmoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng nước thải [6] Nước thải đô thị: Là nước thải hệ thống thoát nước thành phố, khu đô thị Trong nước thải đô thị, nước thải sinh hoạt có nước thải số nước thải số sở sản xuất công nghiệp, nước thải bệnh viện, trạm y tế [6] Nước thải công nghiệp: Là nước thải từ nhà máy, xí nghiệp sản xuất từ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp hoạt động Các tạp chất nước thải công nghiệp đa dạng, phức tạp tùy thuộc vào đặc thù sản xuất nguyên liệu sử dụng, quy trình sản xuất, biện pháp kỹ thuật áp dụng… Thường tạp chất thường từ nguyên liệu sản xuất từ chất hình thành công đoạn sản xuất thực biện pháp kỹ thuật khác Các ngành công nghiệp sử dụng nitrat sản xuất nguồn chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nước Nitrat thải qua nước thải hay rác thải Trong hệ thống ống khói nhà máy chứa nhiều oxit nitơ thải vào khí quyển, gặp mưa Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 số trình biến đổi hóa học khác, chúng rơi xuống đất dạng HNO3, HNO2 Do hàm lượng ion nước tăng lên [6] Nước thải nông nghiệp: Là loại nước thải trình sản xuất nông nghiệp Tạp chất chủ yếu có nước thải nông nghiệp loại phân bón vô cơ, hữu cơ, hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng dư thừa bị rửa trôi Hàm lượng tạp chất phụ thuộc vào chế độ canh tác, mùa vụ sản xuất Nông nghiệp đại nguồn ô nhiễm lớn cho nước Việc sử dụng phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lí, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ… thông qua trình rửa trôi, thấm lọc lượng nitrat hóa, amoni nước bề mặt nước ngầm ngày cao [6] Nước thải giao thông vận tải thủy: Nước dòng sông, hồ, biển bị ô nhiễm phương tiện tàu, thuyền sông, biển thải ra, tàu chở dầu, hóa chất bị rò rỉ làm ảnh hưởng đến môi trường nước, làm chết loại động vật, thực vật sống môi trường sông biển [6] Nước rác: Bãi chôn lấp rác lò ủ vi sinh vật yếm khí, có tập đoàn vi sinh vật hoạt động phân hủy phần chất hữu chất rắn Quá trình phân hủy chất hữu vi sinh vật yếm khí bao gồm ba giai đoạn nối tiếp Thủy phân phân tử hữu có lớn polymer, lipit, protein, hydrat cacbon thành phân tử nhỏ monosacarit, amino axít… chúng nguyên liệu thích hợp cho việc tổng hợp tế bào Giai đoạn giai đoạn chúng chuyển hóa sản phẩm thủy phân thành axít, axít axetic, crotonic, adipic, puruvic Giai đoạn tạo khí metan CO2 thực bới nhóm vi sinh vật Methanogens Trong trình phân hủy yếm khí, protein hợp chất chứa nitơ bị thủy phân enzyme tiếp tục thành amoni CO2 với axít dễ bay Một lượng lớn amino axít, amoni vi sinh vật sử dụng để cấu tạo tế bào, lượng dư lại nước rác Sau chu kì hoạt động, vi sinh vật yếm khí chết bị phân hủy xác động vật Trong hồ yếm khí, hợp chất aitơ tồn chủ yếu dạng amoni, phần nằm tế bào vi sinh vật yếm khí Do không tách sinh khối Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 khỏi nước nên phân hủy, amoni trả lại nguyên vẹn vào môi trường nước [6] 1.1.2 Sơ lược amoni [6] Amoni bao gồm có dạng: trung hòa (NH3) ion (NH4+) Amoni có mặt môi trường có nguồn gốc từ trình chuyển hóa nông nghiệp, công nghiệp từ khử trùng nước cloramin Tác hại amoni xuất tiếp xúc với liều lượng khoảng 200mg/kg trọng lượng 1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm Amoni Việt Nam [1] Theo đánh giá nhiều báo cáo hội thảo khoa học tình trạng ô nhiễm amoni nước ngầm phát nhiều vùng nước Chẳng hạn thành phố Hồ Chí Minh, kết quan trắc nước ngầm gần cho thấy lượng nước ngầm khu vực ngoại thành diễn biến ngày xấu Cụ thể nước ngầm trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn) bị ô nhiễm amoni (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) Ngoài có số khu vực khác bi ô nhiễm nước ngầm khu vực bị ô nhiễm nước ngầm nặng nề nước khu vực đồng Bắc Bộ Theo kết khảo sát trung tâm nghiên cứu thuộc trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia trường Đại Học Mỏ - Địa Chất phần lớn nước ngầm khu vực đồng Bắc Bộ gồm tỉnh: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình phía nam Hà Nội bị nhiễm bẩn amoni nặng Xác suất nguồn nước ngầm nhiễm amoni có nồng độ cao tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3mg/l) khoảng 70 - 80% Trong nhiều nguồn nước ngầm nhiều hợp chất hữu cơ, độ oxi hóa có nguồn đạt 30 - 40mg O2/l Có thể cho phần lớn nguồn nước ngầm sử dụng không đạt tiêu chuẩn amoni hợp chất hữu Theo kết khảo sát nhà khoa học Viện Địa Lý thuộc Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam mẫu nước từ huyện tỉnh Hà Nam có tỷ lệ nhiễm amoni mức đáng báo động Chẳng hạn Lý Nhân có mẫu nước với hàm lượng lên tới 11,8mg/l gấp 74 lần so với tiêu chuẩn Bộ Y Tế , Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 Duy Tiên 93,8mg/l gấp 63 lần… Trong đó, kết khảo sát trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Hà Nội cho biết chất lượng nước ngầm tầng mạch nông mạch sâu địa phương có hàm lượng Nitơ trung bình >20mg/l vượt mức tiêu chuẩn Việt Nam cho phép nhiều lần 1.1.4 Tác hại của amoni hợp chất nitơ [3] Ở nước ngầm, amoni chuyển hóa thiếu oxy Khi khai thác lên, vi sinh vật nước nhờ oxy không khí chuyển amoni thành nitrat (NO2-), nitrit (NO3-) tích tụ nước ăn Chính hợp chất vào thể vô nguy hiểm liều lượng cao Nitrat tạo chứng thiếu vitamin kết hợp với amin để tạo nên nitrosamine nguyên nhân gây nên ung thư cho người Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ, qua nước dùng để pha sữa Sau lọt vào thể, nitrat chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột, ion nitrit nguy hiểm nitrat sức khỏe người Khi tác dụng với amin hay alkyl cacbonat thể người chúng tạo thành hợp chất chứa nitơ gây ung thư Các nitrit tác động lên huyết sắc tố Hemoglobin (Hb) có nhiệm vụ vận chuyển oxy, biến thành methamoglobin (Met-Hb) khả vận chuyển oxy Nhờ hệ men đặc biệt, Met-Hb chuyển thành Oxy-Hemoglobin (Oxy-Hb) Ở trẻ nhỏ, MetHb không thẻ chuyển thành Oxy-Hb trẻ sơ sinh hệ men cần thiết chưa phát triển đầy đủ Ở trẻ sơ sinh, nước dày ít, vi khuẩn tạo nhiều nitrit Mặt khác dày trẻ sơ sinh axít nên không ngăn cản nitrat chuyển hóa thành nitrit Kết lượng lớn nitrit chiếm lấy huyết sắc tố biến thành Met-Hb, khả vận chuyển oxy đến mô, làm trẻ xanh xao, bệnh tật (Bệnh Blue Baby) Nitơ amôn có mặt nước ngầm gây số hậu có làm giảm hiệu khâu khử trùng clo, phản ứng tạo thành cloramins, có tác dụng sát khuẩn yếu so với clo (khoảng 1.000 lần) Ngoài làm giảm khả xử lý sắt, mangan công nghệ truyền thống Nitơ amôn nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện cho vi sinh vật nước, kể tảo, phát triển nhanh, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước thương phẩm, đặc biệt Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung [...]... đây là hướng nghiên cứu mới đáng mong đợi Dựa trên những cơ sở trên tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước 2 Mục đích nghiên cứu Tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp là lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước 3 Nhiệm vụ  Xây dựng quy trình hoạt hóa lõi ngô nhằm nâng cao khả năng xử lí amoni ở trong nước của vật liệu hấp phụ  Khảo sát... được hoạt hóa đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 43 Hình 3.8: Sơ đồ tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 45 Hình 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 47 Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 49 Hình 3.11: Đồ thị thể hiện phương trình Langmuir của lõi ngô biến tính 49... Hấp phụ sinh học với chi phí thấp” năm 2011) nhưng hiệu suất không cao do đó chúng ta cần biến tính nó làm vật liệu hấp phụ giúp cho quá trình lọc nước tốt hơn Có nhiều cách khác nhau để biến tính, một trong số đó là hoạt hóa bằng axít như H3PO4 [4,23], HNO3,…nhưng hiện tại những nghiên cứu sử dụng H2SO4 - một chất có hoạt tính axít mạnh để biến tính lõi ngô làm vật liệu hấp phụ lọc amoni trong nước. .. đồng thời những phụ phẩm này có thành phần chủ yếu là xenluloze, có những đặc tính tốt để có thể sản xuất ra vật liệu hấp phụ giúp lọc nước Hướng đi này đã có nhiều người nghiên cứu và đạt được những thành tựu nhất định Trong các phụ phẩm đó thì lõi ngô - một nguyên liệu khá mới với mục đích tạo vật liệu hấp phụ Tuy lõi ngô trước khi biến tính cũng đã có khả năng lọc nước (theo Lalita Prasida - người... của lõi ngô đã được biến tính 36 Hình 3.3: Ảnh SEM của mẫu vật liệu 37 Hình 3.4: Đường chuẩn của Amoni 39 Hình 3.5: Ảnh hưởng nồng độ axít H2SO4 dùng để hoạt hóa lõi ngô đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 40 Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian ngâm lõi ngô với axít H2SO4 đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 42 Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí lõi ngô. .. Hình 1.2: Cây ngô 14 Hình 1.3: Cấu trúc lõi ngô 16 Hình 1.4: Thành phần hóa học của vi sợi xenlulozơ (cellulose) 17 Hình 2.1: Quy trình tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 27 Hình 2.2: Lõi ngô nguyên liệu 28 Hình 2.3: Lõi ngô sau khi xử lý với H2SO4 và NaHCO3 28 Hình 2.4: Vật liệu hấp phụ được tạo từ lõi ngô 29 Hình 3.1: Giản đồ XRD của lõi ngô nguyên... liệu hấp phụ  Khảo sát một số đặc điểm cấu trúc của vật liệu hấp phụ được tạo từ lõi ngô  Khảo sát khả năng hấp phụ đối với amoni, lựa chọn những điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ 4 Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:  Thu thập, tổng hợp, nghiên cứu và phân tích các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngoài nước có liên quan đền đề tài Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực... của lõi ngô biến tính 49 Hình 3.12: Đồ thị thể hiện phương trình Freundlich của lõi ngô được biến tính 50 Hình 3.13: Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 51 Hình 3.14: Ảnh hưởng của độ pH đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 53 Hình 3.15: Đồ thị thể hiện thông số của quá trình tái hấp phụ 54 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHÓA 2012 - 2016 LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề... trong nước tiểu phân hủy rất nhanh thành amoniac /amoni Trong nước thải sinh hoạt, nitrit và nitrat có hàm lượng thấp do nồng độ oxy hòa tan và mật độ vi sinh vật tự dưỡng thấp Thành phần nmoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải [6] Nước thải đô thị: Là nước thải trong hệ thống thoát nước của một thành phố, một khu đô thị Trong nước thải đô thị, ngoài nước thải sinh hoạt còn có thể có nước. .. sử dụng phân bón hóa học chứa nitơ với số lượng lớn, thành phần không hợp lí, sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu, diệt cỏ… thông qua quá trình rửa trôi, thấm lọc lượng nitrat hóa, amoni trong nước bề mặt và nước ngầm ngày càng cao [6] Nước thải do giao thông vận tải thủy: Nước trên các dòng sông, hồ, biển có thể bị ô nhiễm do các phương tiện tàu, thuyền trên sông, biển thải ra, các tàu chở dầu, hóa chất