...Trần Thị Thúy Liên.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG - - TRẦN THỊ THÚY LIÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ MỤN DỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT YẾM KHÍ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC Hà Nội, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG - - TRẦN THỊ THÚY LIÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ MỤN DỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT YẾM KHÍ ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC Chuyên ngành : Công nghệ Kỹ thuật Môi trường Mã ngành: 52510406 Người hướng dẫn : Th.s Trần Hữu Quang Th.s Lê Thu Thủy Hà Nội, 2014 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét hấp phụ chất hấp phụ 1.1.1 Hấp phụ vật lý 1.1.2 Hấp phụ hóa học 1.1.3 Hấp phụ môi trường nước 1.1.4 Giải hấp phụ 1.1.5 Chất hấp phụ 1.1.5.1 Chế tạo chất hấp phụ 1.1.5.2 Cấu trúc chất hấp phụ 1.1.5.3 Một số chất hấp phụ 1.2 Than hoạt tính 1.2.1 Phương pháp chế tạo than hoạt tính 1.2.2 Nghiên cứu cấu trúc than hoạt tính 12 1.2.3 Phương pháp đánh giá khả hấp phụ chất hữu 13 1.2.4 Sử dụng than hoạt tính cơng nghệ xử lý nước nước thải 14 1.2.5 Tình hình nghiên cứu than hoạt tính 14 1.2.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 15 1.2.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 17 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 18 2.1 Đối tượng nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu 18 2.2 Nội dung nghiên cứu 18 2.3 Phương pháp nghiên cứu 18 2.3.1 Thu thập số liệu 18 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm 18 2.4 Phương pháp phân tích 19 2.4.1 Phân tích nhiệt vi sai (DTA) 19 2.4.2 Độ xốp thể tích xốp 19 2.4.3 Độ tro 20 2.4.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 20 2.4.5 Chỉ số Iod 20 2.4.6 Phương pháp BET (Brunnauer, Emmett, Teller) 22 2.5 Hóa chất vật liệu 22 2.5.1 Hóa chất 22 2.5.2 Vật liệu 22 2.6 Chế tạo than hoạt tính 23 2.6.1 Đánh giá cấu trúc nguyên liệu thô 23 2.6.2 Phương pháp chế tạo 23 2.6.2.4 Khảo sát khả hấp phụ p-nitrophenol than 25 CHƯƠNG KẾT QUẢ 27 3.1 Kết phân tích nhiệt vi sai mẫu mụn dừa thô 27 3.2 Kết phân tích EDX mẫu mụn dừa thơ 28 3.3 Kết đánh giá chất lượng than thu sau thí nghiệm 29 3.3.1 Đặc trưng tính chất than (hoạt hóa axit H3PO4) 29 3.3.2 Đặc trưng tính chất than (hoạt hóa NaOH) 30 3.3.3 Đặc trưng tính chất than (hoạt hóa Na2CO3) 31 3.4 Kết chụp SEM 33 3.4 Kết đo diện tích bề mặt BET 35 3.5 Kết khảo sát khả hấp phụ p-nitrophenol 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 * Kết luận 38 * Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi tới PGS.TS Lê Văn Cát tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn Th.S Trần Hữu Quang, ThS Lê Thu Thủy tận tâm hướng dẫn, bảo giúp đỡ em thời gian thực đồ án Em xin cảm ơn cán Phịng Hóa Mơi trường - Viện Hóa học thầy cô Trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội giúp đỡ em để hoàn thành đồ án Do kiến thức nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót đồ án Em mong nhận đóng góp quý báu từ quý thầy cô Và em muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ tơi hồn thành tốt đồ án Sau cùng, em xin kính chúc tồn thể cán Phịng Hóa Mơi trường, Viện Hóa học thầy cô giáo Trường Đại Học Tài Nguyên Môi Trường Hà Nội sức khỏe, công tác tốt Trân Trọng! Hà Nội, Ngày 10 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực Trần Thị Thúy Liên DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BET Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitơ (the Brunauer-Emmett-Teller) SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) EDX Phổ tán xạ lượng tia X (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy) Danh pháp Hóa học theo Liên minh Quốc tề Hóa học túy Hóa IUPAC học ứng dụng (International Union of Pure and Applied Chemistry Nomenclature) DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nguyên liệu tỷ trọng nguyên liệu sản xuất than hoạt tính giới Bảng 2.1 Quy trình chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa hoạt hóa với axit H3PO4 24 Bảng 2.2 Quy trình chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa hoạt hóa với NaOH 24 Bảng 2.3 Quy trình chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa hoạt hóa với Na2CO3 25 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố hóa học mụn dừa thơ 28 Bảng 3.2 Kết phân tích mẫu than tẩm axit H3PO4 29 Bảng 3.3 Kết phân tích mẫu than tẩm NaOH 30 Bảng 3.4 Kết phân tích mẫu than tẩm Na2CO3 32 Bảng 3.5 Khả hấp phụ p- nitrophenol than 37 Bảng 3.6 Hiệu suất xử lý p-nitrophenol than hoạt hóa với H3PO4 37 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Lị nung cách bố trí đốt yếm khí lị 23 Hình 2.2 Cơng thức phân tử p - nitrophenol 25 Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt vi sai mụn dừa thơ 27 Hình 3.2 Giản đồ biểu diễn thành phần nguyên tố có mẫu mụn dừa thơ 28 Hình 3.3 Mối liên hệ số iod hàm lượng H3PO4 30 Hình 3.4 Mối liên hệ số iod hàm lượng NaOH 31 Hình 3.5 Mối liên hệ số iod tỉ lệ hóa chất tẩm Na2CO3 32 Hình 3.6 Một số ảnh vi quét điện tử mụn dừa thơ than hoạt tính Hình 3.7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí nitơ 33,34 35 Hình 3.8 Mối tương quan lượng nitơ hấp phụ với thể tích mao quản đường kính mao quản 35 Hình 3.9 Mối tương quan lượng nitơ hấp phụ với thể tích mao quản đường kính mao quản (dưới dạng vi phân) 36 MỞ ĐẦU Nhờ tiến không ngừng khoa học công nghệ, sống người ngày tiện nghi Tuy nhiên, với việc tạo tiện nghi mặt vật chất, cơng trình khoa học, mặt trái công nghiệp đại tạo ô nhiễm mơi trường Nước ta có 70% dân số sống nơng thơn khoảng 80% số dân chưa tiếp cận với nguồn cấp nước Trong tình trạng nhiễm nguồn nước sinh hoạt nông thôn miền núi trở nên nghiêm trọng Nước từ nguồn nước ngầm (giếng khoan) bị ô nhiễm kim loại nặng (arsen, sắt, mangan), chất hữu cơ, amoni… Nguồn nước mặt (ao, hồ, sông, suối, kênh rạch, giếng khơi…) bị ô nhiễm nặng chất hữu cơ, hóa chất từ khu cơng nghiệp, nguồn phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật vi khuẩn gây bệnh… Nguồn nước mưa khơng cịn coi an tồn Nó bị nhiễm nặng khói bụi từ khu công nghiệp, phương tiện giao thơng vận chuyển, q trình bốc loại thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật loại chất ô nhiễm khác qua dụng cụ thu gom Ở nông thôn, chất lượng nước sinh hoạt đáp ứng tiêu chuẩn cảm quan màu mùi hay cặn lơ lửng yếu tố gây độc cịn nằm ngồi tầm kiểm sốt Ví dụ: nước cấp cho sinh hoạt thành phố Hà Nội (nguồn nước ngầm) chứa tới 300 - 400 chất hữu khác có nguồn gốc từ tự nhiên hay hình thành trình xử lý, chuyển tải, tàng trữ Việc xử lý nước sinh hoạt nông thôn chủ yếu công nghệ truyền thống thủ công qua vật liệu lọc đơn giản cát, sỏi… Phương pháp truyền thống không loại trừ hết chất ô nhiễm Các thiết bị lọc nước nhập ngoại sử dụng màng (RO-Reversed Osmosis, Nano, ) sử dụng để lọc nước uống, qua thực tế sử dụng đánh giá khơng có khả thích ứng nguồn nước chưa xử lý qua lọc thô lọc tinh nông thôn Một kỹ thuật xử lý nước có hiệu nhiều đối tượng gây hại phương pháp hấp phụ than hoạt tính - xử lý chất hữu chừng mực xử lý kim loại nặng Than hoạt tính cịn đóng vai trị vật liệu cố định vi sinh, loại có tác dụng xử lý thêm số loại độc tố [15,9] 2 Hơn nữa, phế liệu nông nghiệp trấu, vỏ lạc, xơ dừa, lõi ngô, thân ngô, vỏ măng cụt, vỏ cà phê, vỏ hạt điều, hạt vải, hạt nhãn, hạt trám, hạt cao su, thân lạc, đỗ, vỏ mít, bã mía nguồn nguyên liệu sẵn có cần xử lý có hiệu cao biến tính chuyển hóa thành dạng hữu hiệu ứng dụng cho mục đích xử lý nước cấp quy mơ hộ gia đình vùng dân cư Ở Việt Nam, tồn nhiều phế phẩm nông nghiệp với trữ lượng lớn chưa thu gom, chế biến thành loại sản phẩm có chất lượng cao, ứng dụng cho xử lý nước sinh hoạt, xử lý nước thải, xử lý mùi lọc khơng khí Ngồi tính hấp phụ hấp thụ cịn sử dụng làm chất mang vi sinh (Bio-film) hiệu cho ứng dụng công nghệ môi trường lượng Hiện nay, số phế phẩm nơng nghiệp có tiềm phế thải từ dừa gáo dừa mụn dừa Ở Việt Nam, có nơi sản xuất than gáo dừa Trà Bắc có chất lượng tốt, nhiên giá thành cịn cao chủ yếu xuất sang nước ngồi Trong đó, bã thải mụn dừa có khả chế tạo thành loại than hoạt tính có chất lượng cao nghiên cứu Nếu sản phẩm than từ mụn dừa mà chế tạo thành cơng (loại than có chất lượng cao đáp ứng không cho vấn đề lọc nước uống trực tiếp, mà cịn sử dụng để lọc số đồ uống cao cấp rượu) sản phẩm có nhiều thị trường sử dụng Do vậy, nhóm nghiên cứu chúng tơi định chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ mụn dừa phương pháp đốt yếm khí để ứng dụng xử lý nước” Mục đích đồ án: Mục đích đồ án nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phế phẩm nơng nghiệp, cụ thể mụn dừa, ứng dụng xử lý nước cấp Để thực mục đích trên, đồ án cần thực nội dung sau: - Xác định đặc trưng nguyên liệu thô - Chế tạo than hoạt tính Hiện phịng Hóa mơi trường viện Hóa học than hóa mụn dừa nhiệt độ khác 4000C, 4500C, 5000C, 5500C, 6000C, 6500C, 7000C để theo dõi biến đổi cấu trúc vật liệu mụn dừa: cấu trúc xốp, số iod, lựa chọn mẫu than có chất lượng tốt đem hoạt hóa [thực nghiệm] 3 + Đây bước than hóa, tính chất than thành phẩm thu khơng tốt loại than hoạt tính cần thiết cho mục đích xử lý nước cấp, ví dụ: diện tích bề mặt thấp, độ xốp khơng cao Vì vậy, cần kết hợp với giai đoạn hoạt hóa hóa chất đồng thời gia nhiệt (phương pháp chế tạo than hoạt tính giai đoạn), chế tạo bị tốn lượng, thời gian + Trong đề tài nhóm nghiên cứu chúng tơi chế tạo than hoạt tính qua giai đoạn kết hợp than hóa hoạt hóa 7000C vịng Với chất hoạt hóa khác nhau: NaOH, H3PO4, Na2CO3 Lựa chọn than có chất lượng tốt mẫu hoạt hóa cách đem xác định thơng số độ xốp, phân tích nhiệt vi sai, độ tro, chụp ảnh SEM, số iod, đo diện tích bề mặt (BET) dung lượng hấp phụ chất hữu (p-nitrophenol) Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nghiên cứu chế tạo than hạt tính từ phế liệu nơng nghiệp (mụn dừa) sản phẩm không mới, chưa ý đến mụn dừa Sản phẩm than thành phẩm thu có đặc trưng xốp, có cấu trúc mao quản chất lượng phù hợp để xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt cung cấp hệ thống xử lý nước nhanh cho đồng bào vùng lũ Về mặt kinh tế phế liệu nơng nghiệp sẵn có tiềm Việt Nam, dạng vật liệu hấp phụ đặc biệt giá thành hợp lý, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam Vì giới hạn thời gian thực đồ án, nên hạn chế đồ án không thực bước sử dụng than hoạt tính thành phẩm để lắp ráp hệ thống pilot ứng dụng xử lý chất hữu nước sinh hoạt cho hộ dân  ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MÔI TRƯỜNG - - TRẦN THỊ THÚY LIÊN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ MỤN DỪA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỐT YẾM... Nội sức khỏe, công tác tốt Trân Trọng! Hà Nội, Ngày 10 tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực Trần Thị Thúy Liên DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BET Đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ nitơ (the Brunauer-Emmett-Teller)... vấn đề lọc nước uống trực tiếp, mà cịn sử dụng để lọc số đồ uống cao cấp rượu) sản phẩm có nhiều thị trường sử dụng Do vậy, nhóm nghiên cứu chúng tơi định chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than