Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý môi trường

Header Page of 16 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Thái Nguyên, 2010 Footer Page 1Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hoá phân tích Mã số: 60.44.29 LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ HỮU THIỀNG Thái Nguyên, 2010 Footer Page 2Sốofhóa 16.bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Sơ lược thuốc nhuộm 1.1.2 Thuốc nhuộm azo 1.1.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 1.1.4 Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 10 1.2.3 Động học hấp phụ 11 1.2.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 12 1.3 Giới thiệu phương pháp phân tích trắc quang 15 1.3.1 Cơ sở phương pháp phân tích trắc quang 16 1.3.2 Các phương pháp phân tích định lượng trắc quang 17 1.4 Giới thiệu vật liệu hấp phụ (VLHP) bã mía 18 1.5 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường 19 Chƣơng THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ 22 2.1 Hóa chất thiết bị 22 2.1.1 Hoá chất 22 2.1.2 Thiết bị 23 2.2 Chế tạo khảo sát số đặc trưng cấu trúc VLHP 23 2.2.1 Chế tạo VLHP từ bã mía 23 2.2.2 Một số đặc trưng cấu trúc VLHP 24 2.3 Định lượng metyl đỏ 28 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 2.4 Khảo sát khả hấp phụ nguyên liệu VLHP 29 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP 30 2.5.1 Ảnh hưởng pH 30 2.5.2 Ảnh hưởng thời gian 32 2.5.3 Ảnh hưởng khối lượng VLHP 36 2.5.4 Ảnh hưởng kích thước VLHP 39 2.5.5 Ảnh hưởng nồng độ metyl đỏ ban đầu 40 2.5.6 So sánh khả hấp phụ VLHP với than hoạt tính 44 2.6 Xử lý thử mẫu nước thải chứa metyl đỏ 45 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường nước vấn đề toàn xã hội quan tâm Ở Việt Nam tồn thực trạng nước thải hầu hết sở sản xuất xử lí sơ chí thải trực tiếp môi trường Hậu môi trường nước kể nước mặt nước ngầm nhiều khu vực bị ô nhiễm nghiêm trọng Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức người, xiết chặt công tác quản lí môi trường việc tìm phương pháp nhằm loại bỏ ion kim loại nặng, hợp chất hữu độc hại khỏi môi trường nước có ý nghĩa to lớn Thuốc nhuộm sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp như: dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…Do tính tan cao, thuốc nhuộm tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước hậu tổn hại đến người sinh vật sống Hơn nữa, thuốc nhuộm nước thải khó loại bỏ chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt tác nhân gây oxy hoá Trong số nhiều phương pháp nghiên cứu để tách loại phẩm màu môi trường nước, phương pháp hấp phụ lựa chọn mang lại hiệu cao Ưu điểm phương pháp từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình đơn giản không đưa thêm vào môi trường tác nhân độc hại Hiện nay, có nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi…) sử dụng để loại bỏ chất gây độc hại môi trường nước Bã mía (phụ phẩm ngành công nghiệp mía đường) đánh giá tiềm để chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường Xuất phát từ lí trên, luận văn thực đề tài: “Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý môi trường” Với mục đích đó, đề tài nghiên cứu nội dung sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 Chế tạo VLHP từ bã mía Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã mía metyl đỏ môi trường nước Thử xử lí số mẫu nước thải chứa metyl đỏ VLHP chế tạo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Nƣớc thải dệt nhuộm Ngành dệt nhuộm ngành quan trọng có từ lâu đời gắn liền với nhu cầu loài người may mặc Sản lượng dệt giới ngày tăng với gia tăng chất lượng sản phẩm, đa dạng mẫu mã, mầu sắc sản phẩm Chẳng hạn Ấn Độ, hàng năm sản xuất khoảng 4000 triệu mét vải với lực lượng lao động ngành xấp xỉ 95 vạn người 670 xí nghiệp Ở Việt Nam, ngành công nghiệp dệt may trở thành ngành mũi nhọn ngành công nghiệp, mục tiêu ngành đến năm 2010 sản xuất tỷ mét vải [3] Nguồn nước thải phát sinh công nghệ dệt nhuộm từ công đoạn hồ sợi, giũ hồ, nấu, tẩy, nhuộm hoàn tất, lượng nước thải chủ yếu trình giặt sau công đoạn Nhu cầu sử dụng nước nhà máy dệt nhuộm lớn thay đổi theo mặt hàng khác Nhu cầu sử dụng nước cho mét vải nằm phạm vi từ 12 đến 65 lít thải từ 10 đến 40 lít Vấn đề ô nhiễm chủ yếu ngành dệt nhuộm ô nhiễm nguồn nước [3], [8] 1.1.1 Sơ lược thuốc nhuộm Thuốc nhuộm chất hữu có màu, hấp thụ mạnh phần định quang phổ ánh sáng nhìn thấy có khả gắn kết vào vật liệu dệt điều kiện quy định (tính gắn màu) Thuốc nhuộm có nguồn gốc thiên nhiên tổng hợp Hiện người sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm bật loại thuốc nhuộm độ bền màu tính chất không bị phân hủy Màu sắc thuốc nhuộm có cấu trúc hóa học: cách chung nhất, cấu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu nhóm trợ màu Nhóm mang màu nhóm chứa nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định như:  C  C  ,  C  N  ,  N  N  ,  NO2 … Nhóm trợ màu nhóm cho nhận điện tử như:  NH , COOH , SO3 H , OH … đóng vai trò tăng cường màu nhóm mang màu cách dịch chuyển lượng hệ điện tử [5] - Khái quát số loại thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp đa dạng thành phần hoá học, màu sắc, phạm vi sử dụng Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất: Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [8] Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [8] Ở đề cập đến số loại thuốc nhuộm nhằm làm sáng tỏ loại thuốc nhuộm sử dụng phần thực nghiệm luận văn ● Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu nhóm azo (  N  N  ) phân tử thuốc nhuộm có nhóm azo (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo) ● Thuốc nhuộm trực tiếp: Là loại thuốc nhuộm anion có dạng tổng quát Ar–SO3Na Khi hoà tan nước phân ly cho dạng anion thuốc nhuộm bắt màu vào sợi Trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp có 92% thuốc nhuộm azo ● Thuốc nhuộm bazơ cation: Các thuốc nhuộm bazơ dễ nhuộm tơ tằm, cầm màu tananh Là muối clorua, oxalat muối kép bazơ hữu chúng dễ tan nước cho cation mang màu Trong màu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page of 16 thuốc nhuộm bazơ, lớp hoá học phân bố: azo (43%), metin (17%), triazylmetan (11%), arycydin (7%), antriquinon (5%) loại khác ● Thuốc nhuộm axit: Là muối axit mạnh bazơ mạnh chúng tan nước phân ly thành ion: Ar–SO3Na → Ar–SO3– + Na+ , anion mang màu thuốc nhuộm tạo liên kết ion với tâm tĩnh điện dương vật liệu Thuốc nhuộm axit có khả tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) môi trường axit Xét cấu tạo hoá học có 79% thuốc nhuộm axit azo, 10% antraquinon, 5% triarylmetan 6% lớp hoá học khác 1.1.2 Thuốc nhuộm azo Thuốc nhuộm azo chứa nhóm azo (  N  N  ) phân tử nhóm trợ màu tuỳ theo đặc tính nhóm trợ màu Nếu nhóm trợ màu mang tính bazơ có nhóm đẩy electron mạnh –NH2, –NR2… gọi thuốc nhuộm azo-bazơ Nếu nhóm trợ màu có tính axit nhóm – OH, – COOH, –SO3H gọi thuốc nhuộm azo-axit Đây họ thuốc nhuộm quan trọng có số lượng lớn chiếm khoảng 60-70% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp [5], [6] Phần lớn thuốc nhuộm sử dụng thuốc nhuộm azo Đây phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng diện một vài nhóm azo ( N  N ) tạo hệ liên hợp với cấu trúc nhân thơm Metyl đỏ monoazo thường sử dụng phòng thí nghiệm, dệt may ngành công nghiệp khác Metyl đỏ gây bệnh mắt, da, đường hô hấp, đường tiêu hóa [9] Công thức phân tử: C15H15N3O2 Công thức cấu tạo: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 10 of 16 1.1.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu ngày sử dụng nhiều dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm ngành công nghiệp thực phẩm Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định đa dạng so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm sản phẩm chúng gây ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới người môi trường Khi vào nguồn nước nhận sông, hồ…Với nồng độ nhỏ thuốc nhuộm cho cảm giác màu sắc Màu đậm nước thải cản trở hấp thụ oxy ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho hô hấp, sinh trưởng loại thuỷ sinh vật Như tác động xấu đến khả phân giải vi sinh chất hữu nước thải Đối với cá loại thủy sinh: thử nghiệm cá 3000 thuốc nhuộm nằm tất nhóm từ không độc, độc vừa, độc đến cực độc Trong có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc cho cá thủy sinh, 2% thuốc nhuộm mức độ độc cực độc cho cá thủy sinh [10], [16] Đối với người gây bệnh da, đường hô hấp, phổi Ngoài ra, số thuốc nhuộm chất chuyển hoá chúng độc hại gây ung thư (như thuốc nhuộm Benzidin, Sudan) Các nhà sản xuất châu Âu ngừng sản suất loại này, thực tế chúng tìm thấy thị trường giá thành rẻ hiệu nhuộm màu cao [10] 1.1.4 Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt xử lý khô Xử lý ướt gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa Công đoạn xử lý ướt sử dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1kg hàng dệt cần 50  300lít nước tùy chủng loại vật liệu máy móc thiết bị Hầu hết lượng nước cỡ 88,4% thải ngoài, 11,6% lượng nước bay trình gia công Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 10 of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 41 of 16 Ở tất thời gian hấp phụ khác nhau: với khối lượng VLHP từ 0,2÷0,4g/100ml dung dịch, hiệu suất hấp phụ hai VLHP tăng nhanh; với khối lượng VLHP từ 0,4÷1,0g/100ml dung dịch, hiệu suất hấp phụ hai VLHP tăng chậm Sự hấp phụ tăng lên khối lượng VLHP giải thích tăng lên diện tích bề mặt vị trí hấp phụ VLHP Chúng chọn khối lượng VLHP 0,4g cho thí nghiệm 2.5.4 Ảnh hưởng kích thước VLHP Tiến hành hấp phụ điều kiện: 100ml dung dịch metyl đỏ nồng độ 248,27mg/l, pH = khối lượng VLHP 0,4g (với kích thước khác từ ≤0,02mm; 0,03÷0,05mm; 0,06÷0,1mm), khuấy dung dịch với tốc độ 160 vòng/phút, thời gian hấp phụ 120 phút nhiệt độ phòng (27±10C) Lọc lấy phần dung dịch, xác định nồng độ metyl đỏ lại dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP metyl đỏ Kết trình bày bảng 2.6 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 41 of 16 39 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 42 of 16 Bảng 2.6 Ảnh hưởng kích thước VLHP đến hiệu suất dung lượng hấp phụ chúng Kích thước hạt (mm) ≤0,02 0,03÷0,05 0,06÷0,1 VLHP (H%) Co (mg/l) 248,27 248,27 248,27 Ccb (mg/l) 76,65 86,76 98,51 H (%) 69,13 65,05 60,32 q (mg/g) 42,91 40,38 37,44 VLHP (H%) Co (mg/l) 248,27 248,27 248,27 Ccb (mg/l) 20,48 28,72 45,23 H (%) 91,75 88,43 81,78 q (mg/g) 56,95 54,89 50,76 Nhận xét: Kết bảng 2.6 cho thấy khoảng kích thước VLHP khảo sát, tăng kích thước hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ VLHP giảm có giảm diện tích bề mặt riêng vị trí hấp phụ Ở kích thước ≤0,02mm hiệu suất hấp phụ VLHP lớn nhất, chọn kích thước ≤0,02mm cho thí nghiệm 2.5.5 Ảnh hưởng nồng độ metyl đỏ ban đầu Tiến hành hấp phụ với 0,4g VLHP 100ml dung dịch metyl đỏ có nồng độ xác định khác (từ 48,80÷248,27mg/l), pH dung Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 42 of 16 40 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 43 of 16 dịch điều chỉnh đến 7, khuấy dung dịch với tốc độ 160 vòng/phút, thời gian hấp phụ VLHP VLHP tương ứng 60 phút 90 phút, nhiệt độ phòng (27±10C) Lọc lấy phần dung dịch, xác định nồng độ metyl đỏ lại dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP metyl đỏ Kết trình bày bảng 2.7 Bảng 2.7 Ảnh hưởng nồng độ metyl đỏ ban đầu đến hiệu suất dung lượng hấp phụ VLHP VLHP VLHP Co Ccb H q Ccb/q Co Ccb H q Ccb/q (mg/l) (mg/l) (%) (mg/g) (g/l) (mg/l) (mg/l) (%) (mg/g) (g/l) 48,80 8,15 83,30 10,16 0,80 48,80 3,22 93,40 11,40 0.28 98,51 23,15 76,50 18,84 1,23 98,51 7,81 92,07 23,68 0.33 148,50 49,75 66,50 24,69 1.49 148,50 17,65 88,12 32,71 0.54 197,92 70,68 64,20 31,81 2,02 197,92 28,01 85,85 42,48 0.66 248,27 88,38 64,40 39,97 2.21 248,27 38,16 84,63 52,53 0.73 Hiệu suất (%) 120 100 80 VLHP VLHP 60 40 20 48.8 98.51 148.5 197.92 248.27 Nồng độ ban đầu (mg/l) Hình 2.12 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP VLHP vào nồng độ metyl đỏ ban đầu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 43 of 16 41 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 44 of 16 Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu cho thấy hai VLHP thời gian hấp phụ khác nồng độ metyl đỏ ban đầu tăng hiệu suất hấp phụ giảm Trong khoảng nồng metyl đỏ ban đầu khảo sát (48,8÷248,27mg/l) hiệu suất hấp phụ VLHP giảm từ 83,30÷64,40%, VLHP giảm từ 93,40÷84,63% Như vậy, khả hấp phụ metyl đỏ VLHP tốt so với VLHP Từ kết thu bảng 2.7 nghiên cứu cân hấp phụ metyl đỏ hai loại VLHP theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Kết trình bày hình 2.13, 2.14 2.15, 2.16 a VLHP 2.5 45 40 y = 17.732Ln(x) + 10.506 R2 = 0.9948 y = 0.447x + 0.085 R = 0.9956 35 Ccb/q (g/l) q (mg/g) 30 25 20 1.5 15 10 0.5 5.71 18.97 46.23 65.91 87.52 5.71 Ccb (mg/l) Hình 2.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir metyl đỏ VLHP Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 44 of 16 18.97 46.23 65.91 87.52 Ccb (mg/l) Hình 2.14 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb metyl đỏ VLHP1 42 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 45 of 16 b VLHP y = 23.832Ln(x) + 10.711 R2 = 0.9952 60 y = 0.12x + 0.046 R2 = 0.995 0.7 0.6 50 0.5 Ccb/q (g/l) q (mg/g) 40 30 20 0.4 0.3 0.2 10 0.1 0 2,09 6,39 12,60 22,71 2,09 35,59 6,39 12,60 22,71 35,59 Ccb (mg/l) Ccb (mg/l) Hình 2.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 2.16 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Langmuir metyl đỏ VLHP Ccb metyl đỏ VLHP Nhận xét: Từ kết khảo sát cho thấy: Sự hấp phụ hai loại VLHP dung dịch metyl đỏ mô tả tốt theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Từ đồ thị biểu diễn phụ thuộc Ccb/q vào Ccb metyl đỏ hình 2.14 2.16, tính giá trị dung lượng hấp phụ cực đại q max số Langmuir b hai loại VLHP Kết trình bày bảng 2.8 Bảng 2.8 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir hai loại VLHP VLHP VLHP qmax (mg/g) b qmax (mg/g) b 46.75 0.071 63,00 0.088 Nhận xét: Dung lượng hấp phụ cực đại VLHP cao VLHP Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 45 of 16 43 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 46 of 16 2.5.6 So sánh khả hấp phụ VLHP với than hoạt tính Để đánh giá khả hấp phụ VLHP tiến hành so sánh dung lượng hiệu suất hấp phụ vật liệu với than hoạt tính CAS 7440-44-0 (Trung Quốc) điều kiện hấp phụ tối ưu loại VLHP Tiến hành hấp phụ tương tự VLHP kết xác định điều kiện hấp phụ than hoạt tính metyl đỏ là: pH = 6, thời gian đạt cân hấp phụ 45 phút Tiến hành hấp phụ với 0,4g loại vật liệu: VLHP than hoạt tính; 100ml dung dịch metyl đỏ có nồng độ 248,27mg/l; VLHP pH dung dịch điều chỉnh đến 7, than hoạt tính pH dung dịch điều chỉnh đến 6; khuấy dung dịch với tốc độ 160 vòng/phút, thời gian hấp phụ VLHP than hoạt tính tương ứng 90 phút 45 phút; nhiệt độ phòng (27±10C) Lọc lấy phần dung dịch, xác định nồng độ metyl đỏ lại dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hiệu suất hấp phụ VLHP metyl đỏ Kết trình bày bảng 2.9 Bảng 2.9 Các thông số hấp phụ VLHP than hoạt tính CAS 7440-44-0 Than hoạt tính VLHP Co Ccb H q Co Ccb H q (mg/l) (mg/l) (%) (mg/g) (mg/l) (mg/l) (%) (mg/g) 248,27 38,16 84,63 52,53 248,27 20,59 91,71 56,92 Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu cho thấy: VLHP có hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ không cao than hoạt tính CAS 7440-44-0 (Trung Quốc) Tuy nhiên cho sử dụng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 46 of 16 44 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 47 of 16 VLHP để hấp phụ metyl đỏ kinh tế Ngoài ra, nhận thấy so với hấp phụ than chế tạo từ hạt na [16] dưa chuột [15] hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước hiệu suất hấp phụ VLHP tốt 2.6 Xử lý thử mẫu nước thải chứa metyl đỏ Mẫu nước thải chứa metyl đỏ lấy từ sở sản xuất công ty làng nghề dệt nhuộm (xin dấu tên): Mẫu 1: Của công ty cổ phần dệt sợi Mẫu 2: Của làng nghề dệt nhuộm Mẫu 3: Của công ty cổ phần dệt len Các mẫu nước thải sau gạn lọc qua giấy lọc, xác định độ pH nồng độ metyl đỏ ban đầu Kết quả: pH ban đầu mẫu 1; 2; tương ứng là: 9,56; 9,47; 9,12 Nồng độ metyl đỏ ban đầu mẫu 1; 2; tương ứng là: 24,25 (mg/l); 35,47 (mg/l); 53,16 (mg/l) Sau xác định pH nồng độ metyl đỏ ban đầu mẫu nước thải tiến hành thí nghiệm hấp phụ VLHP Lấy 100ml mẫu nước thải cho vào cốc thuỷ tinh dung tích 250ml, điều chỉnh pH mẫu nước thải đến 7, đem hấp phụ VLHP chế tạo từ bã mía điều kiện xác định thí nghiệm Lọc bỏ bã rắn đem xác định nồng độ màu lại dung dịch sau hấp phụ lần Lấy dung dịch thu sau hấp phụ lần cho hấp phụ lần Xác định nồng độ metyl đỏ lại dung dịch sau hấp phụ lần Kết sau hai lần hấp phụ VLHP nồng độ đầu khác trình bày bảng 2.10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 47 of 16 45 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 48 of 16 Bảng 2.10 Kết phân tích mẫu nước thải chứa metyl đỏ trước sau hấp phụ VLHP VLHP Mẫu Co C1 H1 VLHP C2 H2 Co C1 H1 C2 H2 (mg/l) (mg/l) (%) (mg/l) (%) (mg/l) (mg/) (%) (mg/l) (%) 24,25 8,71 64,1 4,08 83,2 24,25 6,52 73,1 0,44 98,2 35,47 14,81 58,3 7,02 80,2 35,47 10,8 69,5 1,64 95,4 53,16 30,46 42,7 14,49 73,7 53,16 17,4 63,5 5,21 90,2 Trong đó: C1, C2: nồng độ metyl đỏ sau hấp phụ lần lần tương ứng (mg/l) H1, H2: hiệu suất hấp phụ sau hấp phụ lần lần tương ứng (mg/l) Nhận xét: Như vậy, sau hai lần hấp phụ kết cho thấy hai VLHP có khả tách loại metyl đỏ nước thải loãng VLHP cho kết hấp phụ tốt VLHP Nếu tiến hành hấp phụ liên tiếp nhiều lần làm giảm hàm lượng lớn metyl đỏ nước thải Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 48 of 16 46 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 49 of 16 KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu dựa số kết thực nghiệm thu được, rút số kết luận sau: Đã chế tạo hai loại VLHP từ nguồn phụ phẩm công nghiệp bã mía thông qua hai trình xử lý hoá học: - Xử lý hoá học fomanđehit thu VLHP - Xử lý hoá học H2SO4 NaHCO3 thu VLHP 2 Đã xác định đặc điểm bề mặt hai loại VLHP kính hiển vi điện tử quét (SEM) Các kết nhận cho thấy VLHP chế tạo có độ xốp bề mặt lớn so với nguyên liệu, độ bền học cao Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước hai loại VLHP Kết thu cho thấy: - Độ pH tốt cho hấp phụ VLHP 1, VLHP metyl đỏ - Thời gian đạt cân hấp phụ VLHP 1, VLHP metyl đỏ 60 phút 90 phút - Khảo sát khối lượng VLHP từ 0,2÷1,0g, tăng khối lượng VLHP hiệu suất hấp phụ VLHP 1, VLHP metyl đỏ tăng là: VLHP 1: 53,11÷80,03% VLHP 2: 56,90÷94,20% - Khảo sát kích thước VLHP (từ ≤0,02÷0,1mm) tăng kích thước VLHP hiệu suất hấp phụ giảm tương ứng là: VLHP 1: 69,13÷60,32% VLHP 2: 91,75÷81,78% - Khảo sát nồng độ dung dịch metyl đỏ ban đầu từ 48,8÷248,27 mg/l, tăng nồng độ dung dịch metyl đỏ ban đầu hiệu suất hấp phụ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 49 of 16 47 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 50 of 16 VLHP 1, VLHP metyl đỏ giảm là: VLHP 1: 83,30÷64,40% VLHP 2: 93,40÷84,63% - Dung lượng hấp phụ cực đại VLHP VLHP metyl đỏ 46,75mg/g; 63,00mg/g So sánh khả hấp phụ VLHP với than hoạt tính CAS 7440-44-0, điều kiện tối ưu vật liệu cho thấy hiệu suất hấp phụ VLHP tốt Qua khảo sát mẫu nước thải sở khác cho thấy sử dụng VLHP chế tạo từ bã mía để xử lý nước thải chứa phẩm màu Như vậy, bã mía qua xử lý fomanđehit axit sunfuric có khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước với hiệu suất cao Luận văn sở cho việc tiếp tục hướng nghiên cứu, nhằm ứng dụng VLHP chế tạo từ bã mía vào trình xử lý nguồn nước bị ô nhiễm thực tế Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 50 of 16 48 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 51 of 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát, “Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải”, Nxb Thống kê, Hà Nội, (2002) Trần Tứ Hiếu, “Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis”, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội, (2003) Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, “Giáo trình công nghệ xử lí nước thải”, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, (2005) Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, “Hóa lí tập II”, Nxb Giáo dục, Hà Nội, (1998) Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ, “Xử lí nước cấp nước thải dệt nhuộm”, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, (2005) Đỗ Đình Rãng, Đặng Đình Bạch, Lê Thị Anh Đào, Nguyễn Mạnh Hà, Nguyễn Thị Thanh Phong, “Hoá học hữu 3”, NXB Giáo duc, Hà Nội, (2006) Hồ Sĩ Tráng, “Cơ sở hoá học gỗ xennluloza, tập 1”, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, (2005) Đặng Xuân Việt, “Nghiên cứu phương pháp thích hợp để khử màu thuốc nhuộm hoạt tính nước thải dệt nhuộm”, luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội, (2007) A.G.Liew Abdullah, MA, Mohd Salled, M.K.Siti Mazlina, M.J Megat Mohd Noor, M.R Osman, R.Wagiran, and S.Sobri, “Azo dye removal by adsorption using waste biomass: Sugarcane bagasse”, international Journal of engineering and technogy, vol.2, No.1, pp 8-13, (2005) 10 Mas Rosemal H.Mas Haris and Kathiresan Sathasivam, “The removal of methyl red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers”, American Journal of applied sciences 6(9): 1690-1700, ISSN 1546-9237 (2009) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 51 of 16 49 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 52 of 16 11 Osvaldo Karnitz Jr, Leandro Vinicius Alves Gurgel…“Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”, Bioresourse Technology 98, 1291 – 1297 (2007) 12 Umesh K Garg and Dhiraj Sud, “Optimization of process parameters for removal of Cr (VI) from aqueous solutions using modified sugarcane bagasse”, Electronic Journal of Environmental, Agricultural and Food Chemistry, 4(6), 1150-1160, (2005) 13 S.Saiful azhar, A.Ghaniey Liew, D.Suhardy, K.Farizul Hafiz, M.D Irfan Hatim, “Dye removal from aqueous solution by using adsorption on treated sugarcane bagasse”, American Journal of applied sciences 2(11): 1499-1503, ISSN 1546-9239, (2005) 14 Sumanjit, Walia TPS, Ravneet Kaur, “Removal of health hazards causing acidic dyes from aqueous solutions by process of adsorption”, Peer Reviewed open Access Free Published Quarterly Mangalore, South India, ISSN 0972-5997, (2007) 15 T.Santhi, Smanonmani, T.Ssmitha and K.Mahalakshkl, “Adsorption kinetics of cationic dyes from aqueous solution by bioadsorption onto activated carbon prepared from cucumis sativa”, pepartment of Environmental Engcneery Sepuluh Nopember Institube of tech nology, (2009) 16 T.Santhi, Smanonmani, T.Ssmitha , “Removal of methyl red from aqueous solution by activated carbon prepared from the annona squmosa seed by adsorption”, Chemical Engineering Research Bulletin 14, 11-18, (2010) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 52 of 16 50 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 53 of 16 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Hữu Thiềng, người thầy tận tình chu đáo giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Sau Đại học, khoa Hóa học Trường ĐHSP Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt trình học tập nghiên cứu đề tài Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán phòng thí nghiệm khoa Hóa học Trường ĐHSP Thái Nguyên bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, tạo điều kiện cho suốt trình thực nghiệm Cùng với biết ơn sâu sắc xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường THPT Lý Thái Tổ - tỉnh Bắc Ninh, tổ Hóa - Sinh trường THPT Lý Thái Tổ giúp đỡ động viên trình học tập hoàn thành luận văn Thái Nguyên, tháng 08 năm 2010 Tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 53 of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 54 of 16 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm .9 Bảng 1.2 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 13 Bảng 1.3 Thành phần hoá học bã mía 19 Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ 28 Bảng 2.2 Các thông số hấp phụ nguyên liệu VLHP 30 Bảng 2.3 Ảnh hưởng pH đến hiệu suất dung lượng hấp phụ VLHP 31 Bảng 2.4 Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ VLHP 33 Bảng 2.5 Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ 37 Bảng 2.6 Ảnh hưởng kích thước VLHP đến hiệu suất dung lượng hấp phụ chúng 40 Bảng 2.7 Ảnh hưởng nồng độ metyl đỏ ban đầu đến hiệu suất dung lượng hấp phụ VLHP 41 Bảng 2.8 Dung lượng hấp phụ cực đại số Langmuir hai loại VLHP 43 Bảng 2.9 Các thông số hấp phụ VLHP than hoạt tính CAS 7440-44-0 44 Bảng 2.10 Kết phân tích mẫu nước thải chứa metyl đỏ trước sau hấp phụ VLHP 46 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 54 of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Header Page 55 of 16 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 15 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 15 Hình 2.1 Ảnh SEM nguyên liệu VLHP 24 Hình 2.2 Ảnh SEM VLHP hai độ phóng đại độ phân giải khác 25 Hình 2.3 Phổ hồng ngoại nguyên liệu 26 Hình 2.4 Phổ hồng ngoại VLHP 27 Hình 2.5 Phổ hồng ngoại VLHP 27 Hình 2.6 Đường chuẩn xác định nồng độ metyl đỏ 29 Hình 2.7 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào pH 31 Hình 2.8 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP vào thời gian 34 Hình 2.9 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP vào thời gian 35 Hình 2.10 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP vào khối lượng VLHP 37 Hình 2.11 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP vào khối lượng VLHP 38 Hình 2.12 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ VLHP VLHP vào nồng độ metyl đỏ ban đầu 41 Hình 2.13 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir metyl đỏ VLHP 42 Hình 2.14 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb metyl đỏ VLHP 42 Hình 2.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir metyl đỏ VLHP 43 Hình 2.16 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb metyl đỏ VLHP2 43 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Footer Page 55 of 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn ... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THỊ THANH TÚ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL ĐỎ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA VÀ THỬ NGHIỆM XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên... để chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) để xử lí ô nhiễm môi trường Xuất phát từ lí trên, luận văn thực đề tài: Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử. .. VLHP từ bã mía Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ VLHP chế tạo từ bã mía metyl đỏ môi trường nước Thử xử lí số mẫu nước thải chứa metyl đỏ VLHP chế tạo Số hóa Trung tâm Học liệu