Báo cáo: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình đại học thực tốt khóa luận tốt nghiệp, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình quý thầy cô khoa Hóa thầy cô Phòng thí nghiệm Môi trường - Trường Đại học Quy Nhơn Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Diệu Cẩm giao đề tài tận tình giúp đỡ, động viên, chia sẻ, hướng dẫn em suốt trình thực đề tài khóa luận Em gửi lời cảm ơn tất thầy cô khoa Hóa toàn thể thầy cô dạy em suốt khóa học trường Đại Học Quy Nhơn Do hạn chế thời gian trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp thầy, cô để báo cáo hoàn thiện Quy Nhơn, tháng Sinh viên năm MỤC LỤC MỤC LỤC 4.1.2 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen .3 Than hoạt tính sản xuất bán thị trường quốc tế đa dạng Mỗi loại than có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu công nghiệp cụ thể Tuy nhiên, xét mặt vật lý đặc trưng kỹ thuật chúng có đặc điểm chung định đến khả hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc vật lý khối lượng riêng 11 1.2.1 Kích thước hạt [167-1] 11 Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng nitơ nhiệt độ sôi hay dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt tính toán phương pháp gọi diện tích hấp phụ riêng Sp Giá trị Sp cho chất lỏng hấp phụ khác khác chất lỏng phân tử lượng lớn khả hấp phụ Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt cấu trúc than sử dụng tỷ số diện tích hấp phụ riêng diện tích bề mặt hình học riêng Tỷ số lớn bề mặt tiếp xúc hai pha cao 13 Chương THỰC NGHIỆM 27 2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ .27 2.1.1 Thiết bị 27 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân 41 3.2 Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế .42 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BET Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ nitơ (the Brunauer – Joyner – Halenda) DTA Phân tích nhiệt vi sai (Different Thermo Analysis) TGA Phân tích nhiệt trọng lượng (Different Thermo Gravimetry Analysis) IR XPS Phương pháp quang phổ hồng ngại (Infrared Spectroscopy IR) Phương pháp phổ quang điện tử tia X (X – ray photoelectron spectroscopy) Diện tích bề mặt riêng tính theo phương trình BET SBET SI Diện tích bề mặt tính theo hấp phụ iot SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Mcroscopy) UIPAC Danh pháp Hóa học theo Liên minh Quốc tế Hóa học túy Hóa học ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry Nomenclature) DANH MỤC BẢNG MỤC LỤC 4.1.2 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen .3 Than hoạt tính sản xuất bán thị trường quốc tế đa dạng Mỗi loại than có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu công nghiệp cụ thể Tuy nhiên, xét mặt vật lý đặc trưng kỹ thuật chúng có đặc điểm chung định đến khả hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc vật lý khối lượng riêng 11 1.2.1 Kích thước hạt [167-1] 11 Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng nitơ nhiệt độ sôi hay dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt tính toán phương pháp gọi diện tích hấp phụ riêng Sp Giá trị Sp cho chất lỏng hấp phụ khác khác chất lỏng phân tử lượng lớn khả hấp phụ Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt cấu trúc than sử dụng tỷ số diện tích hấp phụ riêng diện tích bề mặt hình học riêng Tỷ số lớn bề mặt tiếp xúc hai pha cao 13 Chương THỰC NGHIỆM 27 2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ .27 2.1.1 Thiết bị 27 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân 41 3.2 Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế .42 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đường chuẩn xanh methylen Error: Reference source not found Hình 1.2 Cấu trúc mao quản than hoạt tính Error: Reference source not found Hình 1.3 Mô hình hấp phụ đơn lớp Langmuir đa lớp BETError: Reference source not found Hình 1.4 Mô hình hấp phụ vỏ SAM .Error: Reference source not found Hình 2.1: Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu Error: Reference source not found Hình 3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hóa đến khả hấp phụ than hoạt tínhError: Reference source not found Hình 3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ chất họat hóa đến khả hấp phụ than hoạt tính Error: Reference source not found Hình 3.3 Ảnh hưởng thời gian ngâm hoạt hóa đến khả hấp phụ than hoạt tính Error: Reference source not found Hình 3.4 Ảnh hưởng hàm lượng chất hoạt hóa khả hấp phụ than hoạt tính Error: Reference source not found Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian nhiệt phân đến khả hấp phụ than hoạt tính Error: Reference source not found 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân Error: Reference source not found Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân đến khả hấp phụ than hoạt tính Error: Reference source not found 3.2 Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế Error: Reference source not found Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu (a) AC6, (b) AC-Na-6 (c) AC-Na-8 Error: Reference source not found Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 vật liệu AC AC821128 Error: Reference source not found Hình 3.9 Phổ IR vật liệu AC AC821-128 Error: Reference source not found Hình 3.10 Phổ XPS vật liệu (a, b) AC (c, d) AC821-128 Error: Reference source not found Hình 3.11 Giản đồ DTG-TGA mẫu trấu không hoạt hóa.Error: Reference source not found Hình 3.12 Giản đồ DTG-TGA mẫu trấu hoạt hóa Error: Reference source not found Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc ΔpHi pHi AC821-128Error: Reference source not found Hình 3.15 Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen AC821-128 Error: Reference source not found Hình 3.16 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ xanh methylen AC821-128 Error: Reference source not found Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt hấp Langmuir AC821-128 Error: Reference source not found MỤC LỤC 4.1.2 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen .3 Than hoạt tính sản xuất bán thị trường quốc tế đa dạng Mỗi loại than có công dụng riêng biệt đáp ứng nhu cầu công nghiệp cụ thể Tuy nhiên, xét mặt vật lý đặc trưng kỹ thuật chúng có đặc điểm chung định đến khả hấp phụ là:Kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, cấu trúc vật lý khối lượng riêng 11 1.2.1 Kích thước hạt [167-1] 11 Theo phương pháp thứ hai, diện tích bề mặt riêng xác định theo lượng chất lỏng phân tử thấp hoàn toàn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tính Trong số chất lỏng phân tử thấp, thường dùng nitơ nhiệt độ sôi hay dung dịch iot, phenol,… Diện tích riêng bề mặt tính toán phương pháp gọi diện tích hấp phụ riêng Sp Giá trị Sp cho chất lỏng hấp phụ khác khác chất lỏng phân tử lượng lớn khả hấp phụ Để đánh giá mức độ phẳng nhẵn bề mặt cấu trúc than sử dụng tỷ số diện tích hấp phụ riêng diện tích bề mặt hình học riêng Tỷ số lớn bề mặt tiếp xúc hai pha cao 13 Chương THỰC NGHIỆM 27 2.1 Thiết bị, hóa chất, dụng cụ .27 2.1.1 Thiết bị 27 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân 41 3.2 Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế .42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Than hoạt tính từ lâu chế tạo sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ ứng dụng sống hàng ngày đến ứng dụng công nghiệp Than hoạt tính với đặc tính tuyệt vời làm nước, không khí chí tham gia vào trình tinh chế chất hóa học hữu ích khác Hiện thị trường có nhiều loại than hoạt tính khác nhau, sản xuất theo nhiều phương pháp từ nguồn nguyên liệu khác khí thiên nhiên, bã thải nông nghiệp hay than bùn, … Tuy đa dạng mặt mẫu mã, chủng loại tính chất chúng không khác xa Việt Nam nước có truyền thống Nông nghiệp lâu đời, xã hội phát triển số ngành nghề đa dạng như: Công nghiệp, Thương nghiệp, Dịch vụ… không mà Nông nghiệp vị Tiêu biểu như: Việt Nam nước đứng thứ hai giới lĩnh vực xuất gạo sau Thái Lan Mỗi năm Việt Nam sản xuất 40 triệu lúa thải triệu trấu xay sát Đây nguồn lượng lớn ổn định có khuynh hướng tăng năm Trước đây, phế phụ phẩm nông nghiệp thường dùng để làm chất đốt để nấu ăn, dùng lò sấy, nung gạch, phần đốt thành tro ủ để bón cho tơi xốp đất Những năm gần sản lượng nông nghiệp tăng nhanh nên lượng phế phụ phẩm nông nghiệp thải hàng năm lớn Nhiều nơi trở thành vấn nạn Ví dụ việc xả trấu bừa bãi xuống kênh rạch đốt vỏ trấu số thời điểm năm làm ô nhiễm trầm trọng Theo số nghiên cứu trấu có khả cháy sinh nhiệt tốt thành phần có 75% chất xơ: 1kg trấu đốt sinh 3400 kcal 1/3 lượng tạo từ dầu hỏa giá lại thấp đến 25 lần (năm 2006) Hiện có vài sở chế biến trực tiếp vỏ trấu thành củi trấu trấu viên làm chất đốt cho sinh hoạt chủ yếu vùng nông thôn củi trấu than trấu gây nhiều khói khí độc có trấu nên sản phẩm chưa cung cấp cho khu vực có nhu cầu chất đốt cao đô thị, khu vực đông dân, nhà máy, khu công nghiệp nhiệt điện Những phế phụ phẩm sản xuất tạo thành than hoạt tính với số lượng lớn nguyên liệu chất lượng cao rẻ tiền cung cấp cho đô thị, khu vực đông dân, nhà máy, khu công nghiệp nhiệt điện Đem lại lợi ích kinh tế lớn đồng thời giải vấn nạn ô nhiễm môi trường Trên sở lý luận thực tiễn phân tích chúng em chọn đề tài: ‘‘Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu ứng dụng làm chất hấp phụ’’ Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu có khả hấp phụ chất hữu (đại diện xanh metylen) nhằm ứng dụng làm chất hấp phụ công nghệ xử lý nước cấp nước thải Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Vỏ trấu 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu gồm giai đoạn: than hóa hoạt hóa đồng thời cách nung yếm khí giai đoạn - Đánh giá khả hấp phụ xanh methylen dung dịch nước vật liệu AC điều chế quy mô phòng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết 4.1.1 Chế tạo than hoạt tính phương pháp hoạt hóa hóa học Đặc trưng vật liệu phương pháp hóa lý đại như: - Nhiễu xạ Rơnghen: nhằm xác định cấu trúc - Kính hiển vi điện tử quét: nhằm xác định hình thái bề mặt vật liệu - Phổ hồng ngoại: nhằm xác định liên kết vật liệu điều chế - Diện tích bề mặt phân bố mao quản: đo kỹ thuật hấp phụ giải hấp phụ N2 77 K 4.1.2 Đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen Phương pháp lập đường chuẩn xanh methylen tiến hành sau: Pha dung dịch chuẩn xanh methylen có nồng độ 0,2 mg/L, 0,4 mg/L, 0,8 mg/L, 1,0 mg/L 2,0 mg/L, mg/L, mg/L, mg/L, mg/L, 10mg/L Sau tiến hành đo mật độ quang dung dịch chuẩn bước sóng 662,5 nm, ghi lại các giá trị mật độ quang (A) nồng độ tương ứng (C) xanh methylen Vẽ đồ thị biễu diễn mốiquan hệ (C) (A) phần mềm Excel 2007 Phương trình đường chuẩn có dạng: A = a.C + b Trong đó: C nồng độ xanh methylen; A mật độ quang a, b số Phương pháp lập đường chuẩn xác định nồng độ xanh methylen tiến hành trên, kết trình bày Bảng 1.1 Bảng 1.1 Kết xây dựng đường chuẩn xanh methylen Nồng độxanh metylen (mg/L) 0,2 Nồng Mật độ độxanhmetylen quang (Abs) Mật độ quang (Abs) 0,039 (mg/L) 4,0 0,4 0,106 6,0 1,601 0,8 0,201 8,0 2,062 1,0 0,291 9,0 2,256 2,0 0,619 10 2,527 1,119 Từ kết xác định Bảng 1.1, xây dựng đồ thị phương trình biểu diễn phụ thuộc mật độ quang A nồng độ xanh methylen Hình 1.1 Giới hạn đường chuẩn xanh methylen có nồng độ nhỏ 10 mg/L 3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân Thí nghiệm tiến hành tương tự Mục 3.1.1 thay đổi nhiệt độ nhiệt phân 500 (AC821-125), 600 (AC821-126), 700 (AC821-127) 800 oC (AC821-128) Kết hấp phụ xanh metylen vật liệu trình bày Bảng 3.8 Hình 3.6 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân đến khả hấp phụ than hoạt tính Thời gian hấp phụ (phút) AC821- C (mg/L) H (%) 125 AC821- C (mg/L) H (%) 126 AC821- C (mg/L) H (%) 127 AC821- C (mg/L) H (%) 128 30 60 90 120 150 180 9,06 47,33 8,62 49,88 8,58 50,12 8,48 50,70 8,10 52,91 7,84 54,42 7,96 53,99 7,84 54,68 7,84 54,68 7,41 57,17 7,41 57,17 7,29 57,86 1,502 91,48 1,456 91,74 1,442 91,82 1,340 92,40 1,324 92,49 1,30 92,63 0,608 96,49 0,534 96,91 0,152 99,12 0,138 99,20 0,106 99,39 0,034 99,80 Hình 3.6 Ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân đến khả hấp phụ than hoạt tính Kết Bảng 3.8 Hình 3.6 cho thấy, hiệu suất hấp phụ tăng dần theo nhiệt độ nhiệt phân Cụ thể, thể hiệu suất hấp phụ AC821-125 chiếm 54,42% số iot 289,62 mg/g; với AC821-128 hiệu suất hấp phụ đạt 99,8% số iot đạt 482,88 mg/g (Bảng 3.9) Sở dĩ do, nhiệt độ nhiệt phân thấp trình cacbon hóa chưa xảy hoàn toàn, dẫn đến hiệu suất hấp phụ thấp Khi tăng nhiệt độ nhiệt phân trình cacbon hóa hoàn toàn nên hiệu suất hấp phụ tăng Mặt khác nhiệt độ nhiệt phân cao (800 oC) Na2CO3 bị phân hủy thành CO2 đóng vai trò tác nhân hoạt hóa vật lý Vì nhiệt độ nhiệt phân thích hợp lựa chọn 800 oC nghiên cứu Bảng 3.9 Các thông số đặc trưng than hoạt tính với nhiệt độ nhiệt phân khác Vật liệu Thông số AC821-125 AC821- AC821- AC821- Độ ẩm (%) 4,73 126 3,12 127 4,89 128 3,44 Chỉ số iot (mg/g) Diện tích SI (m2/g) 289,62 254,79 315,43 278,91 429,81 385,80 482,88 435,4 3.2 Đặc trưng vật liệu than hoạt tính điều chế 3.2.1 Hình ảnh sản phẩm than hoạt tính điều chế Hình thái bề mặt vật liệu AC821-128 đặc trưng phương pháp hiển vi điện tử quét Kết trình bày Hình 3.7 Hình 3.7 Ảnh SEM vật liệu (a) AC6, (b) AC-Na-6 (c) AC-Na-8 Kết Hình 3.7b 3.7c cho thấy, sau hoạt hóa than, bề mặt vật liệu có đám hạt nhỏ cỡ 20 – 30 nm cho tạo thành hạt Na 2SiO3 tạo thành trình hoạt hóa than Na2CO3 chưa tách khỏi vật liệu cách triệt để trình rửa sau hoạt hóa Điều chứng tỏ có tách Si khỏi vật liệu trình hoạt hóa Na2CO3 Vì vậy, hình ảnh SEM cho thấy khác biệt đáng kể bề mặt vật liệu Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 mẫu than hoạt tính trình bày hình 3.8 Kết Hình 3.8 rằng, hình dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77 K mẫu AC AC8-128 thuộc loại IV theo phân loại IUPAC, chứng tỏ vật liệu có cấu trúc mao quản trung bình Tuy nhiên, đường kính mao quản cực đại vật liệu AC (khoảng 4nm) nhỏ so với vật liệu CA8-128 (khoảng nm) Diện tích bề mặt riêng, SBET tính từ phép đo vật liệu AC AC8-128 236 m2/g 296 m2/g; Thể tích mao quản trung bình 0,04 0,09 m3/g Hình 3.8 Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 vật liệu AC AC821-128 Từ kết phổ IR Hình 3.9 cho thấy, vật liệu than sau hoạt hóa không xuất pic lạ so với mẫu than chưa hoạt hóa Cụ thể, phổ IR vật liệu AC AC8-128 xuất dải pic khoảng 3300 - 3450 cm-1 đặc trưng cho nhóm – OH nước hấp phụ cấu trúc than trấu Pic 2930 cm-1 liên kết C-H ankan Pic vùng 1630 - 1640 cm-1 đặc trưng cho tồn liên kết C=O (-COOH), 1500 - 1600 cm-1 đặc trưng cho tồn tai liên kết C=C hợp chất aromatic, 1050 - 1100 cm-1 đặc trưng cho tồn tai liên kết C-O Dải hấp thụ yếu khoảng 790 cm -1 tương ứng với dao động C-H dẫn xuất benzen [57, 60] Hình 3.9 Phổ IR vật liệu AC AC821-128 Để đánh giá hàm lượng oxi mẫu than trước sau hoạt hóa, mẫu vật liệu AC AC821-128 đặc trưng phổ XPS Kết trình bày Hình 3.10 Giản đồ XPS Hình 3.10b cho thấy, có pic xuất tạị mức lượng liên kết 532 eV với lượng oxi O1s vật liệu AC xấp xỉ 3.3 104 hạt (counts)/s Kết cho thấy có nhiều oxi, điều chứng tỏ có nhóm chức chứa oxi hình thành bề than hoạt tính Trong đó, quan sát phổ XPS AC821128 (Hình 3.10d) mức lượng liên kết O1s đỉnh pic thấp xấp xỉ 2.5.104 hạt (counts)/s Điều rằng, lượng oxi than hoạt tính giảm xuống, chứng tỏ trình hoạt hóa than khử lượng oxi bề mặt than hoạt tính Trên phổ XPS C1s vật liệu AC AC821-128 (Hình 3.10a 3.10c) xuất pic mức lượng 284 eV biết liên kết C-C C-H (liên kết không chứa oxi) Tuy nhiên, cường độ pic phổ XPS AC821-128 cao AC, chứng tỏ trình hoạt hóa làm tăng hàm lượng cacbon 1.00E+04 2.00E+04 Metal CO3 3.00E+04 SiO2 Counts / s 2.00E+04 O1s Scan Scans, m 10.4 s, 400µm CAE 50.0, 0.10 eV 4.00E+04 carbide C-C or C-H carbonate Counts / s C1s Scan Scans, m 6.9 s, 400µm CAE 50.0, 0.10 eV 3.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 285 0.00E+00 545 280 Binding Energy (eV) 0.00E+00 290 285 530 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 545 280 Binding Energy (eV) 540 535 Metal oxide Na KL2 (Element) Counts / s 1.00E+04 295 535 O1s Scan Scans, m 10.4 s, 400µm CAE 50.0, 0.10 eV 3.00E+04 carbide C-C or C-H carbonate Counts / s C1s Scan Scans, m 6.9 s, 400µm CAE 50.0, 0.10 eV 3.00E+04 2.00E+04 540 Binding Energy (eV) Metal CO3 290 SiO2 295 530 Binding Energy (eV) Hình 3.10 Phổ XPS vật liệu (a, b) AC (c, d) AC821-128 Độ bền nhiệt nguyên liệu trấu, diện chất hoạt hóa phân tán trấu xác định phân tích giản đồ DTG-TGA mẫu trấu không hoạt hóa trấu hoạt hóa Kết trình bày hình 3.11 hình 3.12 Figure: Experiment: Cam M1 27/02/2017 Procedure: Labsys TG Crucible:PT 100 µl (Zone 2) Atmosphere:Air Mass (mg): TG/% 70 14.95 dTG/% /min 60 Peak :86.43 °C 50 -3 40 30 20 -6 Peak :304.26 °C 10 Mass variation: -4.05 % -9 -10 -20 -30 Mass variation: -76.14 % -12 -40 -50 -60 -15 -70 -80 100 200 300 400 500 600 700 Furnace t emperature /°C Hình 3.11 Giản đồ DTG-TGA mẫu trấu không hoạt hóa Figure: Experiment: Cam M2 27/02/2017 Procedure: Labsys TG Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air (Zone 2) Mass (mg): TG/% 70 16.32 dTG/% /min 60 Peak :88.47 °C 50 -3 40 30 20 -6 Peak :300.43 °C 10 Mass variation: -4.37 % -9 -10 -20 -30 Mass variation: -79.07 % -12 -40 -50 -60 -15 -70 -80 100 200 300 400 500 600 700 Furnace temperature /°C Hình 3.12 Giản đồ DTG-TGA mẫu trấu hoạt hóa Từ hình 3.11 nhận thấy rằng, đường DTG xuất pic giảm khối lượng tách rõ rệt: Pic thứ 86,43 oC pic thứ 304,26 oC pic thứ ứng với pic thu nhiệt kèm theo giảm khối lượng ghi đường TGA 4,05% bay nước lại bề mặt nước kết tinh có mao quản mẫu Pic thứ toả nhiệt mạnh (đỉnh cao, nhọn) kèm theo giảm khối lượng lớn 76,14% có cháy trấu Từ hình 3.12 nhận thấy rằng, đường DTG xuất pic giảm khối lượng tách rõ rệt: Pic thứ 88,47 oC pic thứ 300,43 oC Pic thứ ứng với pic thu nhiệt kèm theo giảm khối lượng ghi đường TGA 4,37% bay nước lại bề mặt nước kết tinh có mao quản mẫu Pic thứ toả nhiệt mạnh (đỉnh cao, nhọn) kèm theo giảm khối lượng lớn 79,07% có cháy trấu, cao mẫu trấu không hoạt hóa chiếm 2,93% Điều giải thích, có mặt chất hoạt hóa nhằm loại bỏ lượng silic trấu để lại “chỗ trống” tạo lỗ xốp nhỏ (hệ mao quản) Vì giảm khối lượng trấu hoạt hóa cao trấu không hoạt hóa 3.3 Đánh giá khả hấp phụ than hoạt tính điều chế 3.3.1 Khảo sát pH hấp phụ xanh metylen vật liệu AC821-128 Trước nghiên cứu ảnh hưởng pH đến hiệu suất hấp phụ xanh methylen vật liệu AC821-128, tiến hành xác định điểm đẳng điện tích không (pHPZC) AC821-128 Chuẩn bị bình tam giác chứa 25ml dung dịch KNO3 0,1M điều chỉnh giá trị pH dung dịch HCl 0,1M dung dịch NaOH 0,1M để thu lấy giá trị pH i : 2, 4, 6, 7, 8, 10 12 Cho 0,05 gam vật liệu vào bình trên, đặc kín lắc Để lắng, lọc đo lại giá trị pH gọi pHf Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc ΔpHi pHi AC821-128 Từ hình vẽ 3.13 cho thấy điểm đẳng điện AC821-128 nghiên cứu 7,25 Tiếp đến khảo sát ảnh hưởng pH hấp phụ xanh mehylen vật liệu AC821-128 Cho vào bình tam giác dung tích 250 mL bình 0,1 gam AC821-128 100 mL dung dịch xanh methylen nồng độ 20,15mg/L Điều chỉnh pH dung dịch đến giá trị từ – 10 Tiến hành khuấy khoảng thời gian 90 phút Lọc lấy nước lọc, xác định nồng độ xanh methylen lại Kết thu thể bảng 3.10 hình 3.14 Bảng 3.10 Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen AC821-128 STT pH Nồng độ xanh Nồng độ xanh methylen lại methylen bị hấp phụ Hiệu suất (%) (mg/L) (mg/L) 2,29 5,225 14,925 74,07 4,42 3,412 16,738 83,07 6,2 0,558 19,592 97,23 7,13 0,48 19,67 97,62 7,98 1,302 18,848 93,54 10,18 2,402 17,748 88,08 Hình 3.15 Ảnh hưởng pH hấp phụ xanh methylen AC821-128 Từ bảng 3.13 hình 3.15 cho thấy, pH dung dịch thay đổi, hiệu suất hấp phụ xanh methylen vật liệu AC821-128 tăng mạnh giá trị pH = 2,29 – 7,13 giảm mạnh giá trị pH nằm khoảng từ 7,13 – 10,18 Vì vậy, chọn giá trị tối ưu cho trình hấp phụ pH = 6,34 – 7,13 3.3.1.2 Khảo sát thời gian đạt cân hấp phụ xanh methylen vật liệu AC821-128 Để xác định thời gian cân hấp phụ, tiến hành thí nghiệm điều kiện: thể tích dung dịch xanh methylen 250 mL, khối lượng AC821-128 0,1 gam, nồng độ xanh methylen 17,3 mg/L, nhiệt độ phòng Điều chỉnh pH tối ưu Khuấy máy khuấy từ khoảng thời gian: 30, 60, 90, 120, 150, 180 phút Lọc lấy nước lọc, xác định nồng độ xanh methylen lại Kết thu thể bảng 3.11 hình 3.16 Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ xanh methylen AC821-128 STT T (phút) 30 60 90 120 150 180 Cxanh methylen lại Cxanh methylen bị (mg/l) 0,608 0,534 0,152 0,106 0,034 0,138 hấp phụ (mg/l) 16,692 16,766 17,148 17,194 17,266 17,162 Hiệu suất (%) 96,49 96,91 99,12 99,39 99,8 99,2 Hình 3.16 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ xanh methylen AC821-128 Theo kết phân tích bảng 3.14 hình 3.16 cho thấy, thời gian khuấy tăng dần từ 30 – 150 phút hiệu suất trình hấp phụ tăng dần đạt cực đại 150 phút Tuy nhiên trình hấp phụ xanh methylen đạt cân từ 90 phút trở Sau 90 phút, trình hấp phụ thay đổi không đáng kể Chọn thời gian tối ưu cho trình hấp phụ t = 90 phút 3.3.3 Đánh giá dung lượng hấp phụ xanh methylen than hoạt tính điều chế Để đánh giá khả hấp phụ than hoạt tính điều chế sử dụng mô hình Langmuir Frendlich Mối quan hệ nồng độ dung lượng hấp phụ thời điểm cân 298K thể bảng 3.12 hình 3.17 3.18 Bảng 3.12 Mối quan hệ C e qe trình hấp phụ xanh methylen vật liệu AC821-128 Nồng độ Ce (mg/L) qe (mg/L) Ce/ qe ln Ce ln qe 5,104 7,616 11,08 15,126 18,245 18,13 19,19 20,85 21,58 22,87 0,26 0,35 0,44 0,58 0,68 1,63 2,03 2,41 2,72 2,90 2,96 3,07 3,22 3,26 3,28 ban đầu (mg/L) 26,59 30,05 35,16 40,52 45,5 Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt hấp Langmuir AC821-128 Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich AC821-128 Dữ liệu thu Bảng 3.13 cho thấy, trình hấp phụ xanh metylen vật liệu AC821 -128 tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, với giá trị số tương quan R2 đạt 0,9976 dung lượng hấp phụ cực đại 31,59 mg/g Kết chứng tỏ, việc hoạt hóa than trấu Na2CO3 có khả hấp phụ chất hữu Bảng 3.13 Các thông số tính theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Mô hình đẳng nhiệt Langmuir KL R2 qmax (mg/g) 0,32 0,9976 31,59 Mô hình đẳng nhiệt Freundlich KF R2 N 12,73 0,9525 3,81 KẾT LUẬN Đã chế tạo thành công than hoạt tính giai đoạn tác nhân hoạt hóa Na2CO3 điều kiện thích hợp: nhiệt độ hoạt hóa 80 oC, với tỉ lệ Na2CO3 (mL)/trấu (g) 2:1, thời gian ngâm giờ, nồng độ tác nhân hoạt hóa Na2CO3 10%, thời gian nhiệt độ nhiệt phân 800 oC Kết khảo sát hấp phụ xanh metylen than hoạt tính chưa hoạt hóa hoạt hóa cho thấy, than hoạt hóa có khả hấp phụ chất hữu tốt nhiều so với than chưa hoạt hóa Điều mở triển vọng ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ nguôn nguyên liệu sẵn có, giá rẻ địa phương lĩnh vực xử lý nước TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Thi Lan Anh (2016), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni nước thải bệnh viện”, Tr 37 – 38 [2] Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lí Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội [3] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Thông Kê Hà Nội [4] Phạm Nguyên Chương (Chủ biên), (2002), Hóa Kỹ Thuật, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Trịnh Văn Dũng(2006), “Công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu”, Hội nghị khoa học lần thứ 20 - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [6] Nguyễn Thị Thanh Hải (2016), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ sở biến tính than hoạt tính ứng dụng xử lý thủy ngân môi trường nước, không khí”, Tr 78 – 91 [7] Trần Thị Thúy Liên ( 2014), “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa phương pháp đốt yếm khí để ứng dụng xử lý nước”, Tr 29 – 35 [8].Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí, Tập hai Nhà xuất giáo dục [9] Nguyễn Hùng Phong (2010), “ Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính dạng vải dùng làm vật liệu lọc độc”, Tr – 11 [10] Lê Thu Quý, Đào Bích Thủy, Nguyễn Văn Tuấn, Ngô Thế Diện (2007), “Nghiên cứu khả hấp phụ chất hữu than hoạt tính chế tạo từ trấu”, Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học công nghệ hoá học hữu toàn quốc lần thứ tư - Hội Hoá học Việt Nam [11] Trần Quang Sáng (2014), “Nghiên cứu hấp phụ than hoạt tính dạng siêu mịn”, Tr – 32 [12] Nguyễn Thị Phương Thảo (2012), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính iodine ứng dụng xử lý Hg2+ môi trường nước”, Tr 20 – 24 [13] Vũ Thị Thu Trang (2015), ‘‘Nghiên cứu biến tính than hoạt tính MnO2 VÀ TiO2 làm vật liệu xử lý asen amoni nước”, Tr – 18 [14] Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), Nghiên cứu khả hấp phụ methyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bả mía thử nghiệm xử lý môi trường Luận văn Cao học chuyên ngành Hóa phân tích, Trường Đại học Thái Nguyên [15] Arunrat Cheenmatchaya and Sukjit Kungwankunakorn (2014), Prepation of Activated Carbon Derived from Rice Husk by Simple Carbonzation and Chemical Activation for Using as Gasoline Adsorbent, Vol.5, No 2, 171 – 174 [16] Bansal R.C ,Goyal M (2005), Activated carbon Adsorption.Taylor & Francis Group, USA [17] Gert Strand, Activated carbon for purification of alcohol and some useful distillation tips [18] Hassler JW (1974), Purification with activated carbon, New York: Mercel Dekker [20] Husseien M, et al., (2007), Utilization of Barley Straw as a Source of a Activated Carbon for Removal of Methylene Blue Aqueous Solution, Journal of Applied Sciences Research, (11): pp 1352 – 1358 [21] Jankowska H, Swiatkowski A and Choma J (1991), Active carbon Warsaw, Ellis Horwood [22] Jibril, B., O Houache,R Al- Maarmari and B Al- Rashidi (2008), Effects of H3PO4 and KOH in carbonization of lignocellulosic materials Journal of hazardous materials, 181(1): 440- 447 [23] Jin X, Yu Z, Wu YU (2012), Preparation of activated carbon from lignin obtained by straw pulping by KOH and K2CO3 chemical activation, J.Cellulose chemistry and technology, 46, 79-85 [24] Kanokorn Husaro (2014), Pretaration of activated carbon from palm oil shell by chemical activation with Na2CO3 and ZnCl2 imprenated agents for H2S adsorption, American Journal of Environmental Sciences, 10, 336-346 [25] Lin, L., S.-R Zhai, Z.-Y Xjao, Y Song, Q.-D An and X.-W Song (2013), Dye adsorption of mesoporous activated carbons produced from NaOH-pretreated rice husks Bioresource technology, 136, 437-443 [26] Mali Hunsom, Chaowat Autthanit (2013), Adsorptive purification of crude glycerol by sewage sludge-derived activated carbon prepared by chemical activation with H3PO4, K2CO3 and KOH, Chemical Engineering Journal, 229, 334-343 [27] Marsh Harry, Rodriguez Reinoson Fransisco (2006), Activated carbon, Elesvier Spain [28] M., E Apaydin-Varol and A.E.P (2012), Preparation and surface characterization of activated carbons from Euphorbia rigida by chemical activation with ZnCl2, K2CO3, NaOH and H3PO4, Applied surface science, 261, 247-254 [29] Nurul’ain Binti Jabit (2007), The production and characterization of activated carbon using local agricultural waste through chemical activation process [30] Patnukao, P And P Pavasant (2008), Activated carbon from Eucalyptus camaldulenis Dehn bark using phosphoric acid activation Bioresource Technology, 99: 8540- 8543 [31] Reddy, K.S.K, A.A Shoaibi and C Srinivasakannan ( 2012), A comparison of microstructure and adsorption characteristcs of activated carbons by CO2 and H3PO4 activion from date palm pits New Carbon Materials, 27(5): 344-351 [32] Saka (2012), BET, TG-DTG, FT-IR, SEM, iodine number analysis and preparation of activated carbon from acom shell by chemical activation with ZnCl2 Journal of analytical and Appied Pyrolysis [33] Srivastava, V.C., I.D Mall and I.M Mishra (2008), Removal of cadmium (II)and zinc (II) metal ions from binary aqueous solution by rice husk ash Colloids and Surfaces A: Physicohemical and Engineering Aspects, 312(2): 172 – 184 [34] Tharapong Vitidasant (1999), Production of Activated Carbon from Palmoil Shell by Pyrolysis and Steam Activation in a Fixed Bed Reactor, Chulalongkorn University, Bangkok [35] Y.S Mohammad, E.M Shaibu-Imodagebe, A Giwa, S.B Igboro and C.A Okuofu (2015), Effect of Phosphoric Acid Modification on Characteristics of Rice Huck Activated Carbon, Iranica journal of energy and environment, 20 – 25 [36] Yue C., Yanchao Z., Xiaoyan G., Lili D., and Yupeng Guo (2011), Application studies of activated carbon derived from rice husks produced by chemicalthermal process-A review, 43 – 44 [37] http://www.activated-carbon.com [38] http://en.wikipedia.org/wiki/Activated-carbon [39] http://www.lenntech.com/library/adsorption/adsorption.htm ... chúng em chọn đề tài: ‘ Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu ứng dụng làm chất hấp phụ ’ Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu có khả hấp phụ chất hữu (đại diện... metylen) nhằm ứng dụng làm chất hấp phụ công nghệ xử lý nước cấp nước thải Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Vỏ trấu 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Điều chế than hoạt tính từ vỏ trấu gồm... liệu than hoạt tính điều chế .42 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Than hoạt tính từ lâu chế tạo sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ ứng dụng sống hàng ngày đến ứng dụng công nghiệp Than hoạt tính