NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 1 3. Nội dung nghiên cứu 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Tổng quan về bã đậu nành. 3 1.1.1. Sơ lược về bã đậu nành. 3 1.1.2. Thành phần hóa học của bã đậu nành. 3 1.1.3. Ứng dụng của bã đậu nành 4 1.2. Tổng quan về phương pháp hấp phụ 5 1.2.1. Cơ chế của phương pháp 5 1.2.2. Cơ chế của quá trình hấp phụ 5 1.2.3. Cân bằng hấp phụ 5 1.2.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 6 1.3. Tổng quan về tài liệu nghiên cứu có liên quan 8 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 10 2.2. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 10 2.3. Phương pháp nghiên cứu 11 2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu 11 2.3.2. Phương pháp thực nghiệm 11 2.4. Phương pháp phân tích 16 2.5. Phương pháp đo phổ hồng ngoại IR 18 2.6. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 18 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19 3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu sấy biến tính chế tạo từ bã đậu nành 19 3.2. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu cacbon hóa chế tạo từ bã đậu nành 23 3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu cacbon hóa biến tính chế tạo từ bã đậu nành 27 3.4. So sánh khả năng hấp phụ amoni của vật liệu sấy biến tính, vật liệu cacbon hóa và vật liệu cacbon hóa biến tính chế tạo từ bã đậu nành 31 3.5. Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý của vật liệu với mẫu môi trường 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 1. Kết luận 38 2. Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39  

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi trường

Nhóm sinh viên thực hiện : Mai Thị Hoài Thư Nữ

HÀ NỘI, THÁNG 4- NĂM 2017

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu hấp

phụ chế tạo từ bã đậu nành ở quy mô phòng thí nghiệm”

Sinh viên thực hiện: Mai Thị Hoài Thư – ĐH4QM1

Vũ Thị Thảo – ĐH4QM1

Nguyễn Thị Thương – ĐH4QM1

Lớp: ĐH4QM1 Khoa: Môi trường

Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4 năm

Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Thị Thoa

4 Kết quả nghiên cứu:

- Đã chế tạo được VLHP từ bã đậu nành

- Đã xác định được thời gian hấp phụ tối ưu của 3 loại vật liệu

- Đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại của 3 loại vật liệu

- Đánh giá được khả năng xử lý amoni trong nước của từng loại vật liệu chếtạo từ bã đậu nành

- Thử nghiệm đối với một số mẫu nước ngầm

Kết quả nghiên cứu của đề tài được đối chiếu với:

- QCVN 09: 2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượngnước dưới đất

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng vàkhả năng áp dụng của đề tài:

Cung cấp thông tin khoa học về khả năng xử lý của vật liệu chế tạo từ bã đậu nành, nhằm ứng dụng sử dụng vật liệu từ bã đậu nanhftrong xử lý nước ngầm, nước thải

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có)

Ngày 26 tháng 04 năm 2017

Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên

thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):

Ngày 10 tháng 5 năm 2017

Xác nhận của trường đại học

(ký tên và đóng dấu)

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Mai Thị Hoài Thư

Sinh ngày: 24 tháng 04 năm 1996

Nơi sinh: Trực Ninh, Nam Định

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung nghiên cứu 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1.Tổng quan về bã đậu nành 3

1.1.1.Sơ lược về bã đậu nành 3

1.1.2.Thành phần hóa học của bã đậu nành 3

1.1.3.Ứng dụng của bã đậu nành 4

1.2.Tổng quan về phương pháp hấp phụ 5

1.2.1.Cơ chế của phương pháp 5

1.2.2.Cơ chế của quá trình hấp phụ 5

1.2.3.Cân bằng hấp phụ 5

1.2.4.Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 6

1.3.Tổng quan về tài liệu nghiên cứu có liên quan 8

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

2.1.Đối tượng và địa điểm nghiên cứu 10

2.2.Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 10

2.3.Phương pháp nghiên cứu 11

2.3.1.Phương pháp thu thập tài liệu 11

2.3.2.Phương pháp thực nghiệm 11

2.4.Phương pháp phân tích 16

2.5.Phương pháp đo phổ hồng ngoại IR 18

2.6.Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 18

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 19

3.1 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu sấy biến tính chế tạo từ bã đậu nành .19

3.2 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu cacbon hóa chế tạo từ bã đậu nành 23

3.3 Đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu cacbon hóa biến tính chế tạo từ bã đậu nành 27

3.4 So sánh khả năng hấp phụ amoni của vật liệu sấy biến tính, vật liệu cacbon hóa

và vật liệu cacbon hóa biến tính chế tạo từ bã đậu nành 31

3.5 Kết quả thử nghiệm hiệu quả xử lý của vật liệu với mẫu môi trường 37

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

1.Kết luận 38

2.Kiến nghị 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 8

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của Ce/qe vào Ce ;v ớ itgα = 1 qm ; ON=1 b qm 8

Hình 2.1:Sơ đồ chế tạo VLHP sấy biến tính 11

Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa 12

Hình 2.3: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa biến tính 13

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chung nghiên cứu khả năng hấp phụ NH4+ của vật liệu 14

Hình 2.5: Đường chuẩn amoni xác định thời gian cân bằng 17

Hình 2.6: Đường chuẩn amoni xác định hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ.17 Hình 2.7: Tần suất dao động đặc trưng của phổ IR 18

Hình 3.1: Sự phụ thuộc giữa nồng độ NH4 còn lại với thời gian lắc 19

Hình 3.2: Hiệu suất hấp phụ NH4+ tương ứng với từng nồng độ C 21

Hình 3.3: Đường đẳng nhiệt Langmuir 22

Hình 3.4: Sự phụ thuộc giữa nồng độ NH4+ còn lại với thời gian lắc 23

Hình 3.5: Hiệu suất hấp phụ NH4+ tương ứng với từng nồng độ C 25

Hình 3.6: Đường đẳng nhiệt Langmuir 26

Hình 3.7: Sự phụ thuộc giữa nồng độ NH4+ còn lại với thời gian lắc 28

Hình 3.8: Hiệu suất hấp phụ NH4 tương ứng với từng nồng độ C 29

Hình 3.9: Đường đẳng nhiệt Langmuir 31

Hình 3.10: So sánh hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ cực đại của 3 vật liệu32 Hình 3.11: Phổ hồng ngoại IR của vật liệu sấy biến tính 34

Hình 3.12: Phổ hồng ngoại IR của vật liệu cacbon hóa 34

Hình 3.13: Phổ hồng ngoại IR của vật liệu cacbon hóa biến tính 35

Hình 3.14: Phổ chồng của vật liệu sấy biến tính, vật liệu cacbon hóa và vật liệu cacbon hóa biến tính 36

DANH MỤC BẢN

Bảng 1.1: Thành phần hóa hoạc của bã đậu nành 3

Bảng 2.1: Danh mục các dụng cụ, thiết bị, hóa chất cần thiết cho quá trình nghiên cứu 10

Bảng 3.1: Sự phụ thuộc giữa nồng độ amoni trong dung dịch sau khi hấp phụ bằng vật liệu sấy biến tính ở các khoảng thời gian khác nhau 19

Bảng 3.2: Hiệu suất hấp phụ tương ứng với nồng độ C 20

Bảng 3.3: Dung lượng hấp phụ tương ứng với nồng độ C 21

Bảng 3.4: Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 22

Bảng 3.5: Sự phụ thuộc giữa nồng độ amoni trong dung dịch sau khi hấp phụ bằng vật liệu cacbon hóa ở các khoảng thời gian khác nhau 23

Bảng 3.6: Hiệu suất hấp phụ NH4 tương ứng với nồng độ C 24

Bảng 3.7: Dung lượng hấp phụ tương ứng với nồng độ C 25

Bảng 3.8: Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 26

Bảng 3.9: Sự phụ thuộc giữa nồng độ amoni trong dung dịch sau khi hấp phụ bằng vật liệu cacbon hóa biến tính ở các khoảng thời gian khác nhau 27

Bảng 3.10: Hiệu suất hấp phụ NH4 tương ứng với nồng độ C 29

Bảng 3.11: Dung lượng hấp phụ tương ứng với nồng độ C 30

Bảng 3.12: Các thông số xác định phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 30

Bảng 3 13: So sánh hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu sấy biến tính, vật liệu cacbon hóa và vật liệu cacbon hóa biến tính chế tạo từ bã đậu nành 32

Bảng 3.14: So sánh dung lượng hấp phụ amoni của vật liệu chế tạo từ bã đậu nành với các vật liệu chế tạo từ phế phụ phẩm nông nghiệp khác 33

Bảng 3.15: Các liên kết có mặt trong vật liệu sấy biến tính, vật liệu cacbon hóa và vật liệu cacbon hóa biến tính 35

Bảng 3.16: Hiệu quả xử lý của 3 loại VLHP chế tạo từ bã đậu nành đối với mẫu nước ngầm 37

Y

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người và cácloài sinh vật trên Trái Đất Nước tham gia vào các hoạt động sống cũng như các hoạtđộng sản xuất của con người.Tuy nhiên cùng với quá trình phát triển của xã hội, quátrình đô thị hóa đã làm tăng nhu cầu sử dụng nước và xả thải vào môi trường mộtlượng lớn các chất thải nguy hại Hậu quả là các nguồn nước đang bị ô nhiễm nặngbởi các chất hữu cơ, vô cơ… có trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp …

Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để

xử lý nước Một trong các phương pháp được nhiều nhóm nghiên cứu hiện nay quantâm là việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp (như: bã mía, xơ dừa, vỏ lac, vỏ trấu,

vỏ sầu riêng…) để chế tạo vật liệu hấp phụ sử dụng trong xử lý nước Phương phápnày có ưu điểm hơn là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không đưa vào môitrường các tác nhân độc hại

Việt Nam là một trong những nước có nguồn phụ phẩm nông nghiệp lớn Bãđậu nành là nguồn nguyên liệu có chứa nhiều xenlulozo rất thích hợp cho chế tạo vậtliệu và nghiên cứu khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước Tuy nhiên hiện nay trongnước chưa có nghiên cứu đầy đủ về khả năng xử lý nước của vật liệu chế tạo từ bã dậunành

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậu nành ở quy mô phòng thí nghiệm”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậunành

3 Nội dung nghiên cứu

- Chế tạo vật liệu từ bã đậu nành theo 3 cách: sấy biến tính ở nhiệt độ 2000C,cacbon hóa ở nhiệt độ 4000C, cacbon hóa biến tính ở nhiệt độ 4000C

- Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính

- Xác định hiệu suất xử lý amoni của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính

- Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu vật liệu bã đậu nành sấybiến tính, cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính

- Thử nghiệm khả năng xử lý amoni của vật liệu vật liệu bã đậu nành sấy biếntính, cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính đối với mẫu môi trường

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về bã đậu nành.

1.1.1 Sơ lược về bã đậu nành.

Bã đậu nành (BĐN) hay còn gọi tắt là bã đậu: là phần rắn còn lại sau khi lọctrong quá trình sản xuất đậu phụ, sữa đậu lành và các sản phẩm từ sữa đậu nànhkhác

Trên thế giới từ thông dụng để chỉ bã đậu nành là “okara” thuật ngữ này xuấtphát từ Nhật Bản Okara là thứ bã đậu nành màu trắng hoặc trắng ngà bao gồm cácthành phần không hòa tan của hạt đậu nành còn lại, khi hạt đậu nành xay nhuyễn đượclọc trong sản xuất sữa đậu nành và đậu phụ Khi sấy khô bã đậu nành có màu vàng.Okara là một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành và đậu phụ

Nó chứa protein, chất xơ có giá trị và có thể được sử dụng tạo thành vật liệu hấp phụ

xử lý các thành phần hóa học có trong môi trường như: NH4+, đồng, chì…Tuy nhiênchúng phải được xử lý nhanh chóng để duy trì được các tính chất của nó

1.1.2 Thành phần hóa học của bã đậu nành.

Okara là một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp sữa đậu nành Okara thôcòn gọi là bột đậu nành là một vật liệu có màu vàng nhạt, gồm các chất không hòatan đậu nành còn lại trong túi lọc khi đậu nành xay nhuyễn được lọc cho các sản xuấtsữa đậu nành Okara được làm giàu từ các polysaccharides ở thành tế bào của hạt đậunành Đặc tính của sản phẩm phụ này là bao gồm cả protein, dầu, chất xơ,…

Bảng 1.1: Thành phần hóa hoạc của bã đậu nành

Các giống đậu nành khác nhau cũng như quá trình sản xuất các sản phẩm từđậu nành khác nhau sẽ cho ra BĐN với mức chất dinh dưỡng có thành phần khácnhau BĐN giàu chất xơ và protein, nó cũng chứa isoflavone Do các thành phần đặcbiệt này mà bã đậu nành được sử dụng như một sản phẩm thực phẩm được dùngtrong ngành công nghiệp chăn nuôi Tuy nhiên ngoài ra với các thành phần hóa họccủa BĐN mà nó còn có tiềm năng lớn cho việc sản xuất ra các vật liệu hấp phụ cókhả năng hấp thụ các chât ôi nhiễm trong môi trường.

Một số ứng dụng của bã đậu nành:

- Làm thức ăn chăn nuôi: hầu hết bã đậu nành được sử dụng làm thức ăn chănnuôi cho các hộ chăn nuôi ở gần cơ sở sản xuất đồ uống từ đậu nành Vì bã đậu nànhcung cấp nhiều chất dinh dưỡng cho quá trình chăn nuôi, sử dụng bã đậu nành nhằmlàm giảm chi phí thưc ăn và tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ

- Làm chất nền cho quá trình nên men: tiềm năng sử dụng bã đậu nành nhưmột cơ chất cho quá trình lên men ethanol hoặc sản xuất metan đã được xem xét và

có tính khả thi

- Làm phân bón: trong trường hợp nhu cầu chăn nuôi là không đủ lớn để sảnxuất, BĐN có thể chuyển hướng để xử lý các chất dinh dưỡng cho cây trồng và đất

- Chế tạo vật liệu hấp phụ: các phế phụ phẩm nông nghiệp ngoài BĐN như:

vỏ dừa, vỏ trấu, lõi ngô… đều được nghiển cứu có khả năng xử lý các thành phầnhóa học Chính vị vậy với sản lượng lớn BĐN tạo ra hàng năm thì việc nghiên cứuchế tạo BĐN thành vật liệu hấp phụ các thành phần hóa học là một hướng đi mớihứu hẹn nhiều tiềm năng

4

1.2 Tổng quan về phương pháp hấp phụ

1.2.1 Cơ chế của phương pháp

- Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa các pha (khí- rắn,lỏng- rắn, khí- lỏng, lỏng- lỏng)

- Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tửcủa các pha khác nhau nằm tiếp xúc với nó

- Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặtchất hấp phụ

Thông thường quá trình hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt

1.2.2 Cơ chế của quá trình hấp phụ

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,người ta chia ra hai loại hấp phụ:

- Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và

bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất bị hấp phụ

và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ làtương đối vì ranh giới giũa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại cả hấp phụvật lý và hấp phụ hóa học Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khităng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên

- Giải hấp phụ: là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ Giảihấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ.Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại

nó nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế

-Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: phương pháp nhiệt, phươngpháp hóa lý, phương pháp vi sinh

1.2.3 Cân bằng hấp phụ

- Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụkhi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang(hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ) Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ

trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mangcàng lớn Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thìquá trình hấp phụ đạt cân bằng.

- Dung lượng hấp phụ cân bằng (tải trọng hấp phụ): là khối lượng chất bị hấpphụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng và ở điều kiện xácđịnh về nồng độ và nhiệt độ Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

qi (mg/g)=(C¿¿i−C f) V

(C¿¿i−C f) V

m ¿ (1.1)

S: Diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ

-Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dungdịch ban đầu

H(%) = C i−C C f

i 100 (1.3)

H : hiệu suất hấp phụ (%)

1.2.4 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đườngđẳng nhiệt hấp phụ là đường biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại mộtthời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó

ở một nhiệt độ xác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một

6

lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biếtcủa chất bị hấp phụ.

Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệthấp phụ được mô tả qua phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn Phương trình Langmuir được thiết lập với các giả thiết sau:

- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (tiểuphân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại mỗi trung tâm xác định)

- Sự hấp phụ là chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân)

- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau

- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng, tức sự hấp phụ xảy ratrên bất kì chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi Hay trên bề mặtchất hấp phụ không có những trung tâm hoạt động

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:

qe = 1+b C b C e

(1.8)Trong đó:

qe : Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

q m : Tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)

b : Hằng số, chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ

- Khi b.C e<<1 thì qe= q m b.C e mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

- Khi b.C e>>1 thì qe= q m mô tả vùng hấp phụ bão hòa

Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểudiễn là một đường cong

Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể

sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về phương trình đườngthẳng:

Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của C e/qe vào C e sẽ xác định các hằng số trongphương trình Langmuir.

Hình 1.2: Sự phụ thuộc của C e /q e vào C e ;v ớ itgα = q1

m ; ON=b q1

m

1.3 Tổng quan về tài liệu nghiên cứu có liên quan

Trong những năm gần đây ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về xử

lý nước thải bằng vật liệu chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp bởi tính khả thi, tínhkinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường mà phương pháp này mang lại

Đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước thải của xơ

dừa hoạt hóa” của nhóm nghiên cứu Đỗ Thu Hà, Nguyễn Thanh Hòa, Phan Hữu

Thành, Hà Mạnh Thắng, Nguyễn Thị Thơm đã cho thấy: Trong môi trường ô nhiễmđơn lẻ các kim loại Pb, Cu, Zn, Cd và As ở nồng độ 5 mg/lít và lượng xơ dừa hoạthóa đưa vào xử lí là 5g/lít nước thải thì xơ dừa hoạt hóa có khả năng hấp thu khá tốt

Pb, Cu, Zn và Cd, khả năng hấp thu của xơ dừa đạt 99,46% đối với Pb; 80,06%lượng Cu; 77,82% đối với Cd và 61,22% đối với Zn, xơ dừa hấp thu kém As

(11,40%).;đồng thời pH môi trường nước thải tăng gần 3 đơn vị Khi tăng nồng độ ônhiễm lên 50 mg/lít hiệu suất hấp thu Pb, Cu, Zn và Cd của xơ dừa giảm mạnh; pHmôi trường ít có sự thay đổi.

ThS Phạm Thị Minh Thúy đã tiến hành nghiên cứu “ Chế tạo than hoạt tính

từ vỏ trấu và ứng dụng xử lý Mangan trong nước thải” thu được kết quả: Giá trị pH

tối ưu cho sự hấp phụ Mangan của than hoạt tính là ở pH = 7; thời gian đạt cân bằnghấp phụ Mangan của than hoạt tính là 60 phút; khối lượng vật liệu hấp phụ tối ưu là1,5g và đã xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính là 12,66mg/g

Mặc dù nhiều phụ phẩm nông nghiệp đã được nghiên cứu về khả năng xử lýcác thông số: kim loại nặng (mangan, niken ), chất hữu cơ trong nước, nhưng bãđậu nành hiện chỉ có nghiên cứu về khả năng hấp phụ ion Pb2+¿ ¿,Cu2+¿ ¿ Luận văn

thạc sĩ“Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Pb2+ ¿ ¿, Cu2+ ¿ ¿trên vật vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành” của Trần Thị Ngọc Ngà cho thấy điều kiện tối ưu để hấp phụ

ion Cu2+ ¿ ¿lên bã đậu nành: thời gian khuấy tối ưu là 60 phút; pH tối ưu là 5,00; tỉ lệrắn lỏng tối ưu là 2 gam VLHP/ 100ml dung dịch Cu2+¿ ¿ , khi sử dụng đồng thời cácđiều kiện trên hiệu suất hấp phụ là 98,43 (%) Tải trọng hấp phụ cực đại Cu2+¿ ¿của bãđậu nành biến tính trong hấp phụ bể là qmax = 1,467 (mg/g) và ái lực hấp phụ b =10,828 Còn đối với khả năng hấp phụ ion Pb2+¿ ¿: thời gian khuấy tối ưu là 60 phút;

pH tối ưu là 5,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 0,8 gamVLHP/100ml dung dịch Pb2+ ¿ ¿20mg/

l, khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên hiệu suất hấp phụ là 99,38 (%) Tải trọnghấp phụ cực đại Pb2+¿ ¿của bã đậu nành biến tính trong hấp phụ bể là qmax = 6,178(mg/g) và ái lực hấp phụ b = 23,143

10

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và địa điểm nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch amoni pha từ NH4Cl

Bã đậu nành

- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường- Trường Đại Học

Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội

6 Dụng cụ thủy tinh phổ biến trong

phòng thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm phụtrợ

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài như sau:

+ Các công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước

+ Các nghiên cứu về chế tạo vật liệu xử lý nước từ phụ phẩm nông nghiệp

2.3.2 Phương pháp thực nghiệm

2.3.2.1.Phương pháp chế tạo vật liệu sấy biến tính từ bã đậu nành

Để tạo ra vật liệu sấy biến tính bã đậu nành được ngâm qua axit và rửa sạchbằng bazo đến trung tính trước khi đưa và tủ sấy Quá trình chế tạo này có thể đượcthể hiện cụ thể ở sơ đồ sau:

- Rửa sạch, phơi khô

- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút

- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất

- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút

- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính

- Sấy ở 60 0 C trong 24h

- Tăng lên 120 0 C trong 90 phút

- Giã

- Rây qua rây 0,5mm

Hình 2.1:Sơ đồ chế tạo VLHP sấy biến tính

2.3.2.2.Phương pháp chế tạo VL cacbon hóa từ bã đậu nành

Đối với quá trình các chế tạo vật liệu cacbon hóa, bã đậu nành cũng đươc

xử lý sơ bộ bao gồm rửa sạch, phơi khô trước khi đưa và tủ sấy để tạo thành vật

liệu cacbon hóa Quá trình chế tạo được thể hiện cụ thể ở sơ đồ sau:

- Rửa sạch nhiều lần bằng nước cất

- Rây qua rây 0,5mm

Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa

2.3.2.3.Phương pháp chế tạo VL cacbon hóa biến tính từ bã đậu nành

Bã đậu nành được đem rửa sạch, phơi khô để làm giảm thành phần dinh dưỡng

có trong bã đậu nành Sau đó bã đậu nành sẽ được ngâm với axit và rửa sạch bằng

bazo đến trung tính để đưa vào lò lung tạo thành vật liệu cacbon hóa biến tính Quátrình chế tạo được thể hiện ở sơ đồ dưới đây:

- Rửa sạch nhiều lần bằng nước cất

- Phơi khô

- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút

- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất

- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút

- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính

- Sấy ở 60 0 C trong 24h

- chuyển vào cốc nung

- Đem nung ở 400 0 C trong 2h

Hình 2.3: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa biến tính

Hấp phụ trong máy lắc

2.3.2.4.Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu

Để nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của bã đậu nành, , nhóm chúng tôi đẫtiến hành xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ amoni của vậtliệu với các nồng độ khác nhau từ 1ppm đến 100ppm và xác định dung lượng hấpphụ cực đại

Quy trình thực nghiệm thể hiện trên sơ đồ sau:

- Đánh số thứ tự

+ 0,5g VLHP vào mỗi bình

+ 100ml dung dịch NH4+ đã xác định nồngđộ

Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chung nghiên cứu khả năng hấp phụ NH 4 + của vật liệu

Chuẩn bị bình tam giác 100ml

Xác định nồng độ NH4+ còn lại sau khi lắc

Xác định khả năng hấp phụ

Lọc

16

Khảo sát thời gian cân bằng: đầu tiên ta tiến hành chuẩn bị bình tam giác có

thể tích là 100ml đánh số thứ tự từng bình và cân lần lượt 0.5g đối với từng loại than.Sau đó đổ 100ml dung dich NH4+ đã xác định nồng độ vào các bình tam giác rồimang đi hấp phụ bằng máy lắc ở các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 90phút Sau đó mang bình chứa than đã được lắc với thời gian tương ứng đem đi lọcbằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc xác định nồng độ amoni còn lại, từ đó xác địnhđược khoảng thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ

Xác định hiệu suất hấp phụ: hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu với các

nồng độ khác nhau từ 1ppm đến 100ppm: để xác định được hiệu suất hấp phụ củacác loại vật liệu tại các các nồng độ khác nhau ta tiến hành chuẩn bị các bình tamgiác có thể tích là 100ml rồi cân 0.5 g vật liệu hấp phụ Sau đó đổ 100ml dunh dịch

NH4+ đã xác đinh nồng độ riêng vào các bình tam giác rồi mang đi hấp phụ bằng máylắc trong khoảng thời gian cân bằng đã được xác định Sau đó mang dung dịch amonichứa vật liệu hấp phụ mang đi lọc bằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc đi xác địnhnồng độ amoni còn lại Từ đó ta xác định được hiệu suất hấp phụ tương ứng của vậtliệu hấp phụ

Xác định dung lượng hấp phụ cực đại: từ quá trình xác định hiệu suất hấp

phụ của vật liệu tại các nồng độ khác nhau từ xác định được dung lượng hấp phụ cựcđại của từng loại vật liệu trong khoảng nồng độ khảo sát từ 1ppm-100ppm

Công thức tính toán:

Dung lượng hấp phụ cân bằng được biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trênmột đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng

độ và nhiệt độ cho trước

Dung lượng (q) được xác định theo công thức:

b, Quy trình thực hiện

- Xây dụng đường chuẩn

Chuẩn bị 7 ống nghiệm có đậy nắp, đánh số thứ tự từ 0-6