Nghiên Cứu Xử Lý Xanh Methylen Bằng Vật Liệu Phụ Sepiolite

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG & - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ XANH METHYLEN BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ SEPIOLITE Người thực : NGUYỄN THỊ HỒNG Lớp : MTD Khóa : K57 Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : Th.S HÁN THỊ PHƯƠNG NGA HÀ NỘI - 2016 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG & - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ XANH METHYLEN BẰNG VẬT LIỆU HẤP PHỤ SEPIOLITE Người thực : NGUYỄN THỊ HỒNG Lớp : MTD Khóa : K57 Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : Th.S HÁN THỊ PHƯƠNG NGA Địa điểm thực tập : BỘ MÔN HÓA- KHOA MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI - 2016 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập nghiên cứu đề tài khóa luận tốt nghiệp ngành Khoa học môi trường, nhận nhiều giúp đỡ quý báu từ phía thầy cô, bạn bè, người thân Với lòng chân thành biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới Th.S Hán Thị Phương Nga, người bảo giúp đỡ ân cần cho suốt trình thực tập tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Bộ Môn Hóa, thầy cô khoa Môi Trường, Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình thực đề tài Và xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè động viên, khích lệ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành khóa luận Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2016 Sinh viên i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Nước thải dệt nhuộm 1.1.1 Nguồn phát sinh nước thải dệt nhuộm 1.1.2 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ .7 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Cân hấp phụ 1.2.3 Động học hấp phụ .10 1.2.4 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 11 1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ .16 1.2.6 Hấp phụ môi trường nước 16 1.3 Sơ lược thuốc nhuộm 18 1.3.1 Định nghĩa thuốc nhuộm 18 1.3.2 Phân loại thuốc nhuộm .19 1.4 Xanh methylen 20 1.4.1 Khái quát Xanh methylen 20 1.4.2 Một số hướng nghiên cứu hấp phụ xanh methylen 23 1.5 Vật liệu hấp phụ Sepiolite 24 1.5.1 Đặc điểm cấu tạo 24 1.5.2 Tính chất sepiolite 28 1.5.3 Ứng dụng sepiolite 30 1.6 Lập đường chuẩn xanh methylen phương pháp đo quang 31 CHƯƠNG 33 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1 Đối tượng nghiên cứu .33 ii 2.2 Phạm vi nghiên cứu 33 2.3 Nội dung nghiên cứu 33 2.3.1 Khảo sát khả hấp phụ xanh methylen sepiolite 33 2.3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ sepiolite 33 2.3.3 So sánh khả xử lý xanh methylen sepiolite với than hoạt tính .33 2.4 Phương pháp nghiên cứu 33 2.4.1 Phương pháp thu thập số liệu .33 2.4.2 Phương pháp phân tích trắc quang .33 2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 36 CHƯƠNG 37 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .37 3.1 Khảo sát khả hấp phụ xanh methylen sepiolite 37 3.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ sepiolite 37 3.2.1 Ảnh hưởng thời gian .37 3.2.3 Ảnh hưởng nồng độ xanh methylen ban đầu 40 3.3 So sánh khả xử lý xanh methylen sepiolite với than hoạt tính 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 KẾT LUẬN .43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt VLHP Diễn giải : Vật liệu hấp phụ iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng .12 Bảng 1.2: Số liệu xây dựng đườg chuẩn xác định nồng độ Xanh metylen 31 Bảng 3.1: Các thông số hấp phụ .37 Bảng 3.2: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất hấp phụ VLHP 38 Bảng 3.3: Ảnh hưởng khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ .39 Bảng 3.4: Ảnh hưởng nồng độ Xanh methylen ban đầu đến hiệu suất dung lượng hấp phụ VLHP 40 Bảng 3.5: Các thông số hấp phụ sepiolite than hoạt tính 43 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Quy trình công nghệ dệt nhuộm ( Trần Ngọc Phú, 2004) Hình 1.2: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 14 Hình 1.3: Đồ thị phụ thuộc Cf /q vào Cf 14 Hình 1.4: Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .16 Tan β = 1/n 16 OM= lg k 16 Hình 1.5: Sự phụ thuộc lgq vào lgCcb 16 Hình 1.6 Công thức hóa học xanh methylen (UV- Việt Nam) 21 Hình 1.7 Dạng oxy hóa khử Xanh methylen (Ramsay et al., 2007) 21 Hình 1.8 Trạng thái tự nhiên Sepiolite 24 Về lý thuyết, sepiolite có diện tích bề mặt cao (BET) tất khoáng sét, khoảng 300 m2/g, với mật độ cao nhóm silanol (- SiOH), Diện tích bề mặt thay đổi cách nung nóng xử lý axit Diện tích sepiolite đạt tối đa sau làm nóng 1500C mà khoảng 10% lượng nước hút ẩm bị mất, giảm sau xử lý nhiệt 200 4000C phá hủy gấp cấu trúc Xử lý axit làm tăng diện tích bề mặt phá hủy chất khoáng sản xuất sản phẩm silica vô định hình bảo tồn hình thái sợi Nghiền khô thời gian ngắn ( qmax= 625 mg/g 1/( b*qmax) = 0,0035 => b= 0,457 3.3 So sánh khả xử lý xanh methylen sepiolite với than hoạt tính Để dánh giá khả hấp phụ màu sepiolite tiến hành so sánh dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ vật liệu với than hoạt tính điều kiện tối ưu Tiến hành tương tự sepiolite kết xác định điều kiện hấp phụ than hoạt tính xanh methylen 10 phút Tiến hành hấp phụ với 0,06g loại vật liệu: sepiolite than hoạt tính với 50ml dung dịch xanh methylen có nồng độ xác định khác nhau100mg/l, lắc dung dịch với tốc độ 120 vòng/phút, thời gian hấp phụ 15 phút (đối với sepiolite) 10 phút than hoạt tính, nhiệt độ 42 phòng (27±10C) Lọc lấy phần dung dịch, xác định nồng độ xanh methylen lại dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hiệu suất hấp phụ sepioliet than hoạt tính xanh methylen Bảng 3.5: Các thông số hấp phụ sepiolite than hoạt tính Sepiolite C0 (mg/l) Ccb (mg/l) H (%) 100 11,0142 88,985 q (mg/g) 74,1548 Than hoạt tính C0 (mg/l) Ccb(mg/l) H (%) 100 15,5314 84,468 q (mg/g) 70,3905 Nhận xét: Từ kết thực nghiệm thu ta thấy hiệu suất hấp phụ dung lượng hấp phụ cao so với than hoạt tính KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu dựa số kết thực nghiệm thu được, rút số kết luận sau:  Biết VLHP có diện tích bề mặt 143,8 m 2/g, thể tích lỗ xốp 0,984 cm3/g kích thước lỗ 246,831 Å  Đã xác định đặc điểm bề mặt VLHP kính hiển vi điện tử quét(SEM): Chất hấp phụ Sepiolite hình sợi, kích thước đồng đều, đường kính sợi nằm khoảng 100 -120 nm  Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Xanh methylen VLHP Sepiolite: - Thời gian đạt cân hấp phụ 15 phút 43 - Khảo sát khối lượng VLHP từ 0.02- 0.1g,khi tăng khối lượng VLHP - hiệu suất hấp phụ tăng từ 63,742 % - 96,246 % Khảo sát nồng độ dung dịch Xanh methylen ban đầu từ 50 – 200 mg/l, tăng nồng độ dung dịch Xanh methylen ban đầu hiệu suất - hấp phụ giảm dần từ 95.4564 % - 77.2318% Dung lượng hấp phụ cực đạu vật liệu 625 mg/g  So sánh khả hấp phụ VLHP sepiolite với than hoạt tính điều kiện tối ưu vật liệu cho thấy hiệu suất hấp phụ sepiolite tốt KIẾN NGHỊ - Tiếp tục nghiên cứu khả hấp phụ chất màu sepiolite biến tính môi trường alcohol môi trường NH4F 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Cát (1999) Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lí nước thải Nhà xuất Thanh niên, Hà Nội Lê Văn Cát (2002) Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước nước thải NXB Thống kê, Hà Nội Trần Tứ Hiếu (2003) Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005) Giáo trình công nghệ xử lí nước thải NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Ngô Thị Ngọc (2002) Giáo trình công nghệ xử lý nước thải NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998) Hóa lí tập II NXB Giáo dục, Hà Nội Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005) Xử lí nước cấp nước thải dệt nhuộm NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Trần Ngọc Phú (2004) Nghiên cứu thiết kế mô hình xử lý nước thải dệt nhuộm phương pháp keo tụ kết hợp ozon hoá quy mô bán thực địa Luận văn thạc sĩ khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQG Hà Nội Đặng Xuân Việt (2007) 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 10 Cao Hữu Trượng, Hoàng Thị Lĩnh (1995) Hoá học thuốc nhuộm NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 A Gurses, S Karaca, C.Dogar, R Bayrak, M Acıkyıldız, M Yalcın (2004) Determination of adsorptive properties of clay/water system: methylene blue sorption J.Colloid Interf Science 269, pp 310–314 12 D Karamanis, A.N Ökte, E Vardoulakis, T Vaimakis (2011) Water vapor adsorption and photocatalytic pollutant degradation with TiO 2– sepiolite nanocomposites Applied Clay Science 53, pp181–187 13 D Ghosh, K.G Bhattacharyya (2002) Adsorption of methylene blue on kaolinite Appl Clay Science 20, pp 295–300 14 E Galan (1996) Properties and applications of palygorskite-sepiolte clays Clay Minerals 31, pp443-453 45 15 E García-Romero M Suarez Sepiolite–palygorskite (2013) Textural study and genetic considerations Applied Clay Science 86, pp129–144 16 K.V Kumar, V Ramamurthi, S Sivanesan (2005) Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash J Colloid Interf Science 284, pp 14–21 17 K.G Bhattacharyya, A Sharma (2005) Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf powder Dyes Pigments 65, pp 51–59 18 LU Hai-jun (2006) Preparation and Properties of Organically Modified Sepiolite/High-performance Epoxy Nanocomposites Chinese Journal of Aeronautics 19, pp 41-46 19 M Alkan, M Dogan , Y Turhan, O Demirbas, P Turan (2008) Adsorption kinetics and mechanism of maxilon blue 5G dye on sepiolite from aqueous solutions Chemical Engineering Journal 139, pp 213–223 20 Mas Rosemal, H.Mas Haris and Kathiresan Sathasivam (2009) The removal of methyl red from aqueous solutions using banana Pseudostem Fibers American Journal of applied sciences 6(9): 1690-1700, ISSN 1546-9237 21.S Senthilkumar, P.R Varadarajan, K Porkodi, C.V Subbhuraam (2005) Adsorptionof methylene blue onto jute fiber carbon: kinetics and equilibrium studies J Colloid Interf Science 284, PP 78- 82 22 Silvia C.R Santos, Rui A.R Boaventura (2008) Adsorption modelling of textile dyes by sepiolite Applied Clay Science 42, pp137–145 23 Sun, Q.Y., Yang, L.Z (2003) The adsorption of basic dyes from aqueous solution on modified peat-resin particle Water Research 37 (7), 1535– 1544 24 T.Santhi, Smanonmani, T.Ssmitha (2010) 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 25 V Vadivelan, K.V Kumar (2005) Equilibrium, kinetics, mechanism, and process designfor the sorption of methylene blue onto rice hush J Colliod Interf Science 286, pp 90-100 46 26 Yalei Zhang, Daojie Wang, Gaoke Zhang (2011) Photocatalytic degradation of organic contaminants by TiO2/sepiolite composites prepared at low temperature Chemical Engineering Journal 173, pp1– 10 27 W.G Xu, S.F.Liu, S.X Lu, S.Y Kang Y Zhou, H.F Zhang (2010) Photocatalytic degradation in aqueous solution using quantum-sized ZnO particles supported on sepiolite Journal of colloid and Interface Science Vol 351, pp 210-216 28.UV- Việt Nam Xanh methylen- thông tin cho người nuôi trồng thủy sản ThS Huỳnh Trường Giang, Khoa Thủy Sản, Đại học Cần Thơ http://uvvietnam.com.vn/NewsDetail.aspx?newsId=2571/ Thứ tư ngày 12/1/2016 29 ESMA – European Specialty Minerals Association (Member of IMAEurope) Sepiolite http://www.ima-europe.eu/about-industrial- minerals/industrial-minerals-ima-europe/sepiolite/ Thứ ngày 24/3/2016 47