Nghiên cứu tận dụng bã thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn và dong riềng để chế tạo than hoạt tính ứng dụng trong xử lý môi trường

Header Page of 128 Nghiên cứu tận dụng bã thải từ trình sản xuất tinh bột sắn dong riềng để chế tạo than hoạt tính ứng dụng xử lý môi trường Vũ Lực Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02 Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Hồng Năm bảo vệ: 2012 Abstract: Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ bã sắn và bã dong riềng Tận dụng chất thải( bã thải sắn, dong) để chế tạo sản phẩm than hoạt tính có giá trị, góp phần cải thiện mơi trường và tăng hiệu kinh tế Khảo sát đặc tính than, khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen) nước, khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ than điều chế Keywords: Khoa học mơi trường; Than hoạt tính; Chất thải; Xử lý môi trường Content MỞ ĐẦU Một loại vật liệu hấp phụ đã sử dụng nhiều lĩnh vự c khác quân sự, y tế (làm vật liệu lọc độc mặt nạ phòng độc ), công nghiê ̣p (như công nghiê ̣p miá đường thì làm vâ ̣t liê ̣u xử lý màu )…hiê ̣n than hoa ̣t tiń h cũng được sử du ̣ng rấ t nhiề u lĩnh vực xử l ý môi trường (hấ p phu ̣ , khí độc xử lý khí ; hấ p phu ̣ các chấ t hữu làm nguồn nước ) và đã cho những kết tốt Chính vì , viê ̣c nghiên cứu điề u chế , sản xuấ t và ứng du ̣ng than hoa ̣t tính ngày càng được quan tâm Ở Việt Nam đã có nhiều công triǹ h nghiên cứu điề u chế , sản xuất và sử dụng than hoạt tính nghiên cứu nguồ n nguyên liê ̣u dùng để sản xuấ t than hoa ̣t tiń h : than antraxit, gáo dừa , bã mía, mùn cưa, bụi bông,…[1, 2, 3, 4, 5] luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Trong nghiên cứu này đã tận dụng bã thải từ trình sản xuất tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng để chế ta ̣o than hoạt tính ứng dụ ng xử lý xanh metylen nước với nội dung: 1) Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ bã sắn; 2) Khảo sát đặc tính than; 3) Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen nước than chế tạo ; 4) Tính tốn sơ chi phí chế tạo than PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu, hóa chất, thiết bị - Bã thải từ trình sản xuất tinh bột sắn (bã sắn lọc tinh), tinh bột dong riềng được tâ ̣n dụng để chế tạo than hoạt tín h - Mẫu nước chứa xanh metylen (mẫu tự pha từ dung dịch xanh metylen gốc) để có nờ ng ̣ xanh metylen khoảng 20-100mg/L - Hóa chất: Axit H2SO4 đặc 98%; NaHCO3 2%; - Thiết bị: Cân điện tử, cân kỹ thuật: PA213/PA213C Ohaus – Mỹ; Máy lắc: Eđun Biiher GmbH; Tủ sấy: UBNB42700 Memmert – Đức; Lò nung: Lenton PO Box 2031 Hope Valley S33 6BW England; Máy trắc quang UV- VIS: DR/4000U, HACH - Mỹ - Phương pháp phân tích: Hàm lượng xanh metylen mẫu nước được phân tích theo phương pháp trắc quang (đường chuẩn) bước sóng 724nm 2.2 Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính từ bã sắn, bã dong riềng hóa nhiệt Chế tạo than hoạt tính theo phương pháp hóa học (axit hóa), phương pháp vật lý (nhiệt), kết hợp giữa phương pháp vật lý (nhiệt) và phương pháp hóa học (xem hình 1) Bã sắ n, bã dong riềng để khô tự nhiên Ngâm axit H2SO4 đặc 98% giờ Đốt 250oC Trung hòa axit dư dung dịch NaHCO3 2% Rửa nước cất đến pH = Than sản phẩm luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Hình Quy trình chế tạo than hoạt tính từ bã thải của quá triǹ h sản xuấ t tinh bô ̣t sắ n, dong riềng Header Page of 128 Tỉ lệ axit/bã (theo khối lượng) thay đổi 1:1; 1,2:1 1,5:1 tương ứng với mẫu than CAS100, CAS120 CAS150, CAD100, CAD120, CAD150.Than sau tráng rửa nước cất đến pH= đem sấy khô nhiê ̣t đô ̣ 60 – 65oC 2.3 Phƣơng pháp khảo sát đặc tính than chế ta ̣o Nghiên cứu thay đổi cấu trúc bề mặt vật liệu sau biến tính phương pháp kính hiển vi điện tử qt SEM (phòng thí nghiệm khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN) Chùm điện tử sơ cấp gia tốc điện từ – 50 kV giữa anot catot qua thấu kính hội tụ quét lên bề mặt mẫu đặt buồng chân không Chùm điện tử có đường kính từ – 10nm mang dòng điện từ 10-10 – 10-12A đến bề mặt mẫu Do tương tác chùm điện tử với nguyên tử bề mặt mẫu, điện tử thứ cấp phát thu chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt vật liệu Xác định diện tích bề mặt theo phương pháp BET trường Đại học Bách khoa Hà Nội 2.4 Phƣơng pháp khảo sát khả hấp phụ xanh metylen Nghiên cứu khả hấp phụ tiến hành theo mẻ với lượng than CAS150 (kích thước 0,2 2mm) 0,1 0,2g/200 ml dung dịch xanh metylen (nồ ng đô ̣ khoảng 20-100mg/L) Hỗn hợp cho vào bình tam giác 250 ml, lắc với tốc độ 150 vòng/phút nhiệt độ phòng Sau khoảng thời gian 0; 10; 25; 55; 70; 85 và 115 phút, lấy phần dung dịch đem lọc qua giấy lọc, đem phân tích xác định hàm lượng xanh metylen lại dung dịch KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết chế tạo than hoạt tính tƣ̀ bã sắ n Kết chế tạo than thu hiệu suất đạt lớn khoảng 57% tỉ lệ axit:bã 1,5:1 theo khối lượng So sánh với vật liệu chế tạo từ than tre nhiệt độ nung 900oC hiệu suất đạt 49,5% hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã sắn đạt cao [4, 5] luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 3.2 Kết khảo sát đặc tính than chế tạo Than thu đem nghiền mịn với các kích thước 0,2mm (hình 2) và phân tích đặc tính than (chụp SEM phân tích BET) Hình Than chế ta ̣o từ bã sắ n (a – than chế tạo; b- than kích thước 2mm; c- than kích thước 0,2mm) a b a c b Hình Hình ảnh SEM (a) bã sắn ban đầu (b) mẫu than chế ta ̣o CAS150 Kế t quả chụp SEM (hình 3) cho thấ y bề mă ̣t than chế ta ̣ o được có rấ t nhiề u vùng ghồ ghề và mảnh vụn vỡ , quan sát thấ y các ̣t không chỉ khác về hình da ̣ng mà còn cả kích thước , quan sát cũng thấ y có rấ t nhiề u lỗ rỗng và kích thư ớc không đồng So sánh kết chụp SEM mẫu than CAS150 cho thấy kích thước lỗ mẫu than chế tạo từ bã sắn khoảng 0,01÷5μm Diện tích bề mặt riêng đạt lớn 428 và 254m/g tương ứng với than kích thước 0,2 2mm So với cacbon hoạt hố từ vật liệu khác cacbon hoạt hố từ bã sắn có diện tích bề mặt riêng cao, ví dụ than chế tạo từ bụi bơng có diện tích bề mặt 562 và 380m/g tương ứng với kích thước hạt 0,25 1,0mm; từ thân cọ có diện tích bề mặt 188m2/g, đậu phộng 208m/g, sắn 207m/g 3.3 Kết khảo sát khả hấp phụ xanh metylen than chế tạo Tiến hành theo mẻ với 0,1g than hoạt tính CAS150 kích thước 2mm 200 ml dung dịch xanh metylen nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L (xem hình 4) luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Nồng độ xanh metylen còn lại sau hấp phụ (mg/L) 120 100 80 20 (mg/L) 60 40 (mg/L) 40 80 (mg/L) 20 0 50 hấp Thời gian 100 (mg/L) Hình Kết khảo sát khả hấp phụ màu mẫu than CAS150 theo thời gian nồng độ xanh metylen (0,1g/200ml dung 100 (phút) 150 dịch xanh metylen) phụ Kết cho thấy khả hấp phụ tăng theo thời gian, thời gian đạt cân hấp phụ khoảng 85 phút Kết hiệu suất hấp phụ xanh metylen thời điểm cân hấp phụ tương ứng với các nồ ng đô ̣ 20; 40; 80; và 100 mg/L lầ n lượt là : 86,9; 84,9; 80 và 73,9% So với nghiên cứu trước hiệu có thấp không nhiều [6, 7, 8, 9] 3.4 Kế t quả xác định dung lƣợng hấp p hụ cực đại động học trình hấp phụ Động học trình hấp phụ xanh metylen theo phương trình sau: (𝐶𝑜 − 𝐶)𝑉 𝑚𝑡 q- Dung lượng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) 𝑞= Trong đó: C0 – nồng độ xanh metylen ban đầu (mg/L) C – nồng độ xanh metylen lại nước (mg/L) V – thể tích dung dịch hấp phụ (L) mt – khối lượng than sử dụng hấp phụ (g) Kết thu trình hấp phụ than CAS150 đưa bảng Bảng Thông số động học trình hấp phụ xanh metylen mẫu than CAS150 Co (mg/L) Ce (mg/L) qe (mg/g) 20 2,6 34 40 6,0 67 80 16,2 128 100 26,0 148 Từ kết bảng xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hình 5) luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 1.4 1.2 1.5 Ce/qe 0.8 lgqe 0.6 y = 0.042x + 0.626 R² = 0.995 0.5 y = 0.639x + 0.300 R² = 0.983 0.4 0.2 0 10 Ce(mg/L) 20 30 0 0.5 lgCe 1.5 Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (a) Freundlich (b) mẫu than CAS150 (lượng than 0,1g/200ml dung dịch xanh metylen) Từ phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich trên, tính toán dung lượng hấp phụ cực đại hệ số phương trình Langmuir và Freundlich (xem bảng 2) Kết cho thấy hệ số tương quan R cao, chứng tỏ hai mô hình phù hợp với kết thực nghiệm Theo mô hình Langmuir thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại cao (234,7mg/g) so với dung lượng hấ p phu ̣ đơn lớp của than chế ta ̣o từ bu ̣i ch 160,3mg/g[5] luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 ỉ đạt là Header Page of 128 Bảng Các thông số động học phương trình Langmuir Freundlich mẫu than CAS150 Langmuir Freundlich Q0 (mg/g) b R 234,7 0,068 0,9953 n kf R2 1,562 1,9952 0,9873 Phương trình Freundlich có giá trị n là 1,562 chứng tỏ quá triǹ h hấ p phụ tương đối hiệu theo Sandro Altenor nnk (2009) số nghiên cứu khác giá trị n nằm khoảng đến 10 thì đặc trưng cho trình hấp phụ tốt [7, 9, 10] 3.5 Kế t quả khảo sát khả hấ p phu ̣ xanh metylen theo khớ i lƣơ ̣ng kích thƣớc than Nghiên cứu khả hấp phụ tiến hành theo mẻ với 0,1 và 0,2g mẫu than CAS 150 kích thước 2mm 200 ml dung dịch xanh metylen nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L (xem bảng 3) Với khố i lượng than tăng gấ p đôi (0,2g/200ml dung dịch xanh metylen ) hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu tăng lên rõ rệt, với nồ ng đô ̣ xanh metylen 20 40 mg/L hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu đ ạt tới 100% tương ứng sau 85 115 phút Bảng Khả hấp phụ xanh metylen theo khối lượng than mẫu than CAS150 Thời gian hấ p phu ̣ (phút) Nồ ng đô ̣ xanh metylen (mg/L) 0,1g than 0,2g than 10 25 55 70 85 115 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,8 19,3 15,4 10,6 6,0 5,9 80 69,4 54,2 39,3 29,8 16,2 16,1 100 86,3 63,6 43,7 35,7 26,1 25,9 20 10,3 6,7 2,4 0,4 - - 40 17,1 12,5 5,6 2,1 0,9 - 80 45,8 39,6 10,7 8,5 2,2 0,8 100 63,2 57,4 19,6 13,5 5,4 1,8 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Bảng Kế t quả khảo sát khả hấ p phụ màu( xanh metylen) theo kích thước than mẫu than CAS150 (lượng than/thể tích dung di ̣ch là 1g/200ml) 10 25 55 70 85 115 Thời gian hấ p phu ̣ (phút) Nồ ng đô ̣ xanh metylen còn lại (mg/L) 2mm Nồ ng đô ̣ xanh metylen còn lại (mg/L) 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,8 19,3 15,4 10,6 6,1 5,9 80 69,4 54,2 39,3 29,7 16,2 16,1 100 86,3 63,6 43,7 35,7 26,08 25,9 20 1,53 - - - - 40 9,13 5,96 - - - 80 57,25 35,19 15,125 9,46 4,05 0,8 100 60,65 48,35 20,76 12,54 3,75 1,2 0,2mm Kế t quả khảo sát khả hấ p phu ̣ xanh metylen theo kić h thước than v ới thí nghiệm tiến hành theo mẻ với lượng than CAS150 0,1gam, kích thước 2mm 0,2mm 200ml dung dịch xanh metylen nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L Kế t quả cho th kích thước của than ảnh hưởng rấ t rõ r ệt đế n khả và tố c đô ̣ hấ p phu ̣ Với than kích thước 0,2 mm, tố c đô ̣ hấ p phu ̣ màu xảy nhanh và hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ của than là rấ t lớn gầ n đa ̣t 100% sau 55 phút, than 2mm có thời gian đạt cân khoảng sau 85 phút cùng điều kiện thí nghiệm 3.6 Than chế ta ̣o tƣ̀ bã dong riề ng Kế t quả khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian Tiến hành thí nghiệm hấp phụ theo mẻ với 2g than hoạt tính 200 ml dung dịch xanh metylen nồng độ tương ứng 20; 40; 80 và 100 mg/L, khuấy từ nhiệt độ phòng với tốc độ 150 vòng/phút, sau khoảng thời gian 0; 5; 15; 30; 45; 60 và 90 phút lấy giấy dịch lọc qua giấy lọc Kết khảo sát thể bảng 10 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page of 128 Bảng Kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian của than chế tạo từ bã dong riề ng Nồng độ dung dịch xanh metylen lại (mg/L) Thời gian (phút) 15 30 45 60 90 20 16,2 9,6 5,7 4,2 3,8 40 29,3 18,9 13,2 7,8 7,2 80 41,5 33,2 24,7 18,1 14,8 100 50,3 37,3 28,8 24,3 23,9 20 14,3 12,6 7,4 1,3 0,8 40 25,2 20,7 15,7 5,3 4,3 80 37,9 27,7 20,7 12,2 12,8 100 56,5 40,6 25,3 22,5 21,8 20 17,2 9,3 5,7 0,7 0,4 40 25,7 19,7 15,4 4,4 6,9 80 35,2 24,8 19,6 11,6 11,1 100 51,6 36,3 24,8 18,8 18,2 Mẫu than(2g) CAD100 CAD120 CAD150 Từ kết bảng dựng đồ thị phụ thuộc nồng độ màu (xanh metylen) lại dung dịch theo thời gian hấp phụ nồng độ ban đầu khác thể hình đây: luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page of 128 Header Page 10 of 128 Nồng độ xanh metylen còn lại sau hấp phụ (mg/L) 120 100 80 20 (mg/L) 60 40 (mg/L) 40 80 (mg/L) 20 100 (mg/L) 0 20 40 60 80 100 Thời gian hấp phụ (phút) Nồng độ xanh metylen còn lại sau hấp phụ (mg/L) a) 120 100 80 60 20 (mg/L) 40 40 (mg/L) 20 80 (mg/L) 100 (mg/L) 0 20 40 60 80 100 Thời gian hấp phụ (phút) Nồng độ xanh metylen còn lại sau hấp phụ (mg/L) b) 120 100 80 60 20 (mg/L) 40 40 (mg/L) 20 80 (mg/L) 100 (mg/L) 20 40 60 80 100 Thời gian hấp phụ (phút) c) Hình Kế t quả khảo sát khả hấ p phụ màu ( xanh metylen) theo thời gian của các mẫu than chế tạo từ bã dong riề ng: luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 10 of 128 Header Page 11 of 128 a) Mẫu than CAD100 b) Mẫu than CAD120 c) Mẫu than CAD150 Kết bảng 10 hình 14 cho thấy rằng: khả hấp phụ màu (xanh metylen) tăng theo thời gian hấp phụ (nồng độ xanh metylen giảm theo thời gian hấp phụ), thời gian đạt cân hấp phụ khoảng 60 phút Và hiệu suất hấp phụ mẫu than đạt cao, 75% Kết hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen), tính theo công thức thời điểm cân hấp phụ, thể bảng Bảng Kết hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen) thời điểm cân hấp phụ than chế tạo từ bã dong riề ng Hhp % Co (mg/L) 20 40 80 100 CAD100 79 80,5 77,3 75,3 CAD120 93,5 86,7 82,2 77,5 CAD150 96,5 89,0 85,5 82,0 Loại than Ta có thể thấ y hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu tăng lên tỷ lê ̣ axit / bã dong riề ng tăng , với mẫu than CAD120 và CAD 150 hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ cao đố i với nồ ng đô ̣ là 20 mg/L và giảm dầ n nồ ng đô ̣ xanh metylen tăng dầ n đố i với mẫu than CAD 100 thì hiệu suất hấp phụ cao với nồng đô ̣ là 40 mg/L Kết quả xác định dung lượng hấp phụ cực đại và động học trình hấp phụ theo phương trình đẳ ng nhiê ̣t hấ p phụ Langmuir và Freundlich Từ kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian hấp phụ thể hiê ̣n bảng tính dung lượng hấp phụ màu (xanh metylen) thời điểm cân hấp phụ theo công thức kết thể bảng Bảng Các thông số động học Ce qe thời điểm cân của than chế tạo từ bã dong riề ng CAD100 CAD120 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 11 of 128 CAD150 Header Page 12 of 128 Co Ce (mg/L) qe (mg/g) 20 4,2 1,58 40 7,8 80 100 (mg/L) Ce qe (mg/g) Ce (mg/L) qe (mg/g) 1,3 1,87 0,7 1,93 3,22 5,3 3,47 4,4 3,56 18,2 6,18 14,2 6,58 11,6 6,84 24,7 7,53 22,5 7,75 18,8 8.12 (mg/L) Ce/qe Từ kết bảng dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: y = 0.059x + 1.798 R² = 0.945 qe Ce/qe a) Mẫu than CAD 100 y = 0.097x + 0.769 R² = 0.961 qe b) Mẫu than CAD 120 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 12 of 128 Ce/qe Header Page 13 of 128 y = 0.097x + 0.509 R² = 0.930 qe c) Mẫu than CAD 150 Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mẫu than chế tạo từ bã dong riềng Kết đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich mẫu than CAD100; CAD120 ; CAD150 theo thực nghiệm: lgqe y = 0.867x - 0.310 R² = 0.988 y = 0.867x - 0.310 R² = 0.988 lgCe a) Mẫu than CAD 100 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 13 of 128 Header Page 14 of 128 lgqe y = 0.514x + 0.199 R² = 0.992 y = 0.514x + 0.199 R² = 0.992 lgCe b) Mẫu than CAD 120 lgqe y = 0.450x + 0.329 R² = 0.974 y = 0.450x + 0.329 R² = 0.974 lgCe c) Mẫu than CAD 150 Hình7 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich mẫu than chế tạo từ bã dong riề ng Từ phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich trên, tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại hệ số phương trình Langmuir Freundlich Được b ảng kết đây: Bảng Kết tính tốn hệ số Langmuir Freundlich của các mẫu than chế tạo từ bã dong riề ng Langmuir Freundlich luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 14 of 128 Header Page 15 of 128 Các hệ số Qo (mg/g) b R2 n Kf R2 CAD100 168,6 0,033 0,9457 1,15 2,065 0,9883 CAD120 103 0,126 0,9613 1,943 1,58 0,9922 CAD150 102,9 0,19 0,9306 2,22 2,13 0,974 Mẫu than Bảng kết cho thấy hệ số tương quan R2 cao, chứng tỏ hai mô hình phù hợp với kết thực nghiệm.Tuy nhiên mô hình Freundlich phù hợp (R2 > 0,93) Theo mơ hình Langmuir ta thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại cao theo mơ hình thì dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại mẫu than CAD 100 lớn (168,6 mg/g) Nhưng theo mơ hình Freundlich hệ số đặc trưng mẫu CAD150 lớn n = 2,22; Kf = 2,13 Điều chứng tỏ trình hấp phụ màu (xanh metylen) mẫu CAD150 tốt Theo Trayball (1980), giá trị n nằm khoảng đến 10 thì đặc trưng cho trình hấp phụ tốt [13] So sánh khả hấ p phụ của than chế taọ từ bã sắ n và bã dong riềng Thí nghiệm với 2g mẫu than CAS 150 ; CAD150 kích thước 2mm với dung dich ̣ xanh metylen nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L Kế t quả lấ y từ bảng và bảng 10 được thể hiê ̣n ở bảng 14 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 15 of 128 Header Page 16 of 128 Bảng Kế t quả so sánh khả hấ p phụ màu (xanh metylen) than CAS150 CAD 150 (khố i lượng/thể tích dung di ̣ch lá 2g/200ml) CAS150 Thời gian hấ p phu ̣ 10 25 55 70 85 115 20 10,3 6,7 2,4 0,4 - - 40 17,1 12,5 5,6 2,1 0,9 - 80 45,8 39,6 10,7 8,5 2,2 0,8 100 63,2 57,4 19,6 13,5 5,4 1,8 (phút) Nồ ng đô ̣ xanh metylen còn lại (mg/L) CAD150 Thời gian hấ p phu ̣ (phút) 15 30 45 60 90 Nồ ng đô ̣ xanh metylen 20 17,2 9,3 5,7 0,7 0,4 40 25,7 19,7 15,4 4,4 6,9 80 35,2 24,8 19,6 11,6 11,1 100 51,6 36,3 24,8 18,8 18,2 còn lại (mg/L) Từ kế t quả bảng ta thấ y với hai mẫu than CA S150 và CAD 150 cùng khối lượng , cùng tỷ lệ axit hoa ̣t hóa , điều kiện tiến hành thí nghiệm tương đương , thấ y khả hấ p phu ̣ màu (xanh metylen ) mẫu than CAS 150 cao nhiề u so với mẫu than CAD 150, nhiên hiê ̣u suấ t chế ta ̣o than CAS 150 là 56,8% thấ p so với hiê ̣u suấ t chế ta ̣o của than CAD luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 16 of 128 150 là 74,6% Header Page 17 of 128 3.7 Tính tốn sơ chi phí chế tạo than 3.7.1 Chi phí chế taọ than từ bã sắ n Hiệu suất chế tạo than CAS150 đạt là 56,8% => sản xuất 1kg than cần 1,8kg bã sắ n Tỷ lệ axit H2 SO4 /bã sắ n để điều chế than CAS150 là 100% khối lượng => xử lý 1kg bã sắ n cần 500 ml dung dịch axit H 2SO4 đặc 98% Vậy xử lý 1,8kg bã sắ n củ cần : 900 ml dung dịch axit H2SO4 đặc 98% 900 ml dung dịch NaHCO3 2% Nhiệt lượng cung cấp ước lượng là kWh Chi phí hóa chất và điện là: Axit H 2SO4 đặc công nghiệp giá 10.000 vnđ/lit, 900ml giá 9.000vnđ Muối NaHCO khan giá 30.000vnđ/500g, suy 900 ml dung dịch NaHCO3 2% cần 18g NaHCO3 khan tương đương giá thành là 1080vnđ Giá điện theo Thông tư số 17/2012/TT-BCT thì giá bán điện kinh doanh sản xuất vào bình thường là 2.061 vnđ/kWh, chi phí cho điện là kWh*2.061vnđ/kWh = 10.305vnđ Vậy chi phí cần để thu 1kg than CAS 150 là: 9.000đ + 1080đ + 10.305đ = 20.385đ 3.7.2 Chi phí chế taọ than từ bã dong riềng Hiệu suất chế tạo than CAD120 đạt là 64,57% => sản xuất 1kg than cần 1,6kg bã dong riề ng Tỷ lệ axit H2 SO4/bã dong riề ng để điều chế than CAD 120 là 100% khối lượng => xử lý 1kg bã dong riề ng cần 500 ml dung dịch axit H2 SO4 đặc 98% Vậy xử lý 1,6kg bã dong riề ng cần: 800 ml dung dịch axit H2SO4 đặc 98% 800 ml dung dịch NaHCO3 2% Nhiệt lượng cung cấp ước lượng là kWh Chi phí hóa chất và điện là: Axit H 2SO4 đặc công nghiệp giá 10.000 vnđ/lit, 800ml giá 8.000đ Muối NaHCO3 khan giá 30.000đ/500g, suy 800 ml dung dịch NaHCO 2% cần 16g NaHCO3 khan tương đương giá thành là 960đ Giá điện theo Thông tư số 05/2011/TT-BCT thì giá bán điện sản xuất cao 2.061 vnđ/kWh, chi phí cho điện kWh*2.061đ/kWh = 10.305đ Vậy chi phí cần để thu 1kg than CAD 120 là: 8.000đ + 960đ + 10.305đ = 19.265đ Nếu sản xuất quy mô công nghiệp (tính tốn đến chi phí nhân cơng) ta có thể bán than với giá khoảng 23.000đ/kg Trong đó so sánh với giá bán than từ vỏ dừa Trà Bắc bán thị luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 17 of 128 Header Page 18 of 128 trường là 25.000đ/kg, thì là giá bán có tiń h ca ̣nh tranh thi trươ ̣ ̀ ng Đồng thời nguồn bã thải từ quá triǹ h sản xuấ t tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng là sẵn có làng nghề chế biế n nông sản làng nghề xã Dương Liễu ; vì sản xuất quy mô lớn chi phí sản xuất giảm lợi ích thu cho xã hội càng tăng mặt kinh tế môi trường KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu có thể đưa số kết luận sau: - Chế tạo than từ bã sắn đạt tương ứng là : 41,2; 54,4 và 56,8% đố i với các mẫu than CAS100; CAS120; CAS150, cao với tỉ lệ axit:bã là 1,5:1 theo khối lượng - Hình thái bề mặt quan sát qua kết chụp SEM cho thấy bề mặt than xù xì, hạt có kích thước hình dạng khác nhau, có nhiều lỗ rỗng với kích thước khác nhau; điều đó có thể nhận xét than xốp và có diện tích bề mặt lớn Đối với mẫu than CAS150 kích thước lỗ rỗng đạt 5μm, diện tích bề mặt riêng cao đạt 428 và 254m2/g tương ứng với kích thước hạt 0,2 và 2mm than CAS150 - Khảo sát khả hấp phụ xanh với nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L cho thấy cân hấp phụ đạt sau 85 phút Hiệu suất hấp phụ thời điể m cân bằ ng mẫu than CAD100, CAD120, CAD150, CAS150 cao tương ứng 75,3; 77,5; 82 và 74% với nồ ng đô ̣ xanh metylen 100mg/L - Kết khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thu dung lượng hấp phụ xanh metylen đơn lớp tối đa mẫu than CAS150 234,7 mg/g - Kết khảo sát khả hấp phụ mà cho thấ y với mẫu than CAS 150 u (xanh metylen ) phụ thuộc vào kích thước than ta thấ y tố c đô ̣ v à hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen ) than kích thước 0,2mm cao so với than có kić h thước 2mm - Kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen ) theo khố i lượng than với mẫu than CAS150 kích thước 2mm thấ y hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ than tăng tăng khố i lượng than - Chi phí tính toán sơ cho thấy giá sản xuất 1kg than hoạt tính từ bã dong riềng là 19.265đ, từ bã sắn củ là 20.385đ điều này cho thấy việc tận dụng bã thải từ quá trình sản xuấ t tinh bô ̣t để đ iều chế than hoạt tính vừa đem lại lợi ích kinh tế vừa đem lại lợi ích mặt môi trường, mặt khác giá thành than thành phẩm bán nói chung là giẻ giá thành số loại than hoạt tính chế tạo từ nguồn vật liệu là vỏ dừa, tre, vỏ sầu riêng… luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 18 of 128 Header Page 19 of 128 Khuyế n nghị: - Từ kết đạt số điều kiện thời gian khơng gian tiến hành thí nghiệm, giới hạn luận văn có thể đưa số kiến nghị sau: - Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã sắ n và bã dong riề ng phương pháp điều chế than hoạt tính khác nhau, có thể áp dụng quy trình điều chế than nguồn nguyên liệu đã có trước đây, đặc biệt lưu ý tới phương pháp vật lý điều chế than - Khảo sát khả hấp phụ than điều chế với nhiều đối tượng khác các VOC S để thấy khả ứng dụng nó xử lý môi trường Khảo sát khả hấp phụ màu nước thải thực tế nhà máy nước thải dệt nhuộm References Alexandre T Paulino, Marcos R Guilherme, Adriano V Reis, Gilsinei M Campese, Edvani C Muniz and Jorge Nozaki Removal of methylene blue dye from an aqueous media using superabsorbent hydrogel supported on modified polysaccharide, Journal of Colloid and Interface Science 301 (2006) 55-62 Batzias F A and Sidiras D.K Simulation of methylene blue adsorption by salts-treated beech sawdust in batch and fixed-bed systems Journal of Hazardous Materials, 149 (2007), 816 Hameed B.H and Hakimi H, “Utilization of durian (Durio zibethinus murray) peel as low cost sorbent for the removal of acid dye from aqueous solution”, Biochemical Engineering joural, 39 (2008), 2347- 2356 Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương Điều chế và nghiên cứu khả hấp phụ than tre hoạt tính Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Kỷ niệm 50 năm thành lập Khoa Hoá học, Nhà xuất Đại học Quốc, Hanoi (2006) pp 32-37 Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hoà Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD nước thải nhuồm cacbon hoạt hoá chế tạo từ bụi Tạp chí Khoa học - Khoa học Tự nhiên và Công nghệ,, ĐHQG Hà Nội, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 24 (1) (2008), 16-22 Souvik Banerjee and M.G Dastidar Use of jute processing wastes for treatment of wastewater contaminated with dye and other organics, Bioresource Technology , 96 (2005), 1919-1926 Sandro Altenor, Betty Carene, Evens Emmanuel, Jacques Lambert, Jean-Jacques Ehrhardt, Sarra Gaspard, “Adsorption studies of methylene blue and phenol onto vetiver roots activated carbon prepared by chemical activation”, Journal of Hazardous Materials, 165 (2009), 10291039 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 19 of 128 Header Page 20 of 128 Gupta V K., Alok Mittal, Lisha Krishnan and Jyoti Mittal Adsorption treatment and recovery of the hazardous dye, Brilliant Blue FCF, over bottom ash and de-oiled soya, Journal of Colloid and Interface Science, 293 (2006), 16-22 José María Ramos Rodríguez Arana, René Reyes Mazzoco “Adsorption studies of methylene blue and phenol onto black stone cherries prepared by chemical activation”, Journal of Hazard ous Materials, 180, (2010), 656- 661 10 Elizalde-González M.P and Hernández-Montoa V Characterization of mango pit as raw material in the preparation of activated carbon for wastewater treatment, Biochemical Engineering Journal, 36 (2007), 230-238 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 20 of 128  ... thiết bị - Bã thải từ trình sản xuất tinh bột sắn (bã sắn lọc tinh) , tinh bột dong riềng được tâ ̣n dụng để chế tạo than hoạt tín h - Mẫu nước chứa xanh metylen (mẫu tự pha từ dung dịch... cứu điều chế than hoạt tính từ bã sắn; 2) Khảo sát đặc tính than; 3) Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen nước than chế tạo ; 4) Tính toán sơ chi phí chế tạo than PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật... 128 Trong nghiên cứu này đã tận dụng bã thải từ trình sản xuất tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng để chế ta ̣o than hoạt tính ứng dụ ng xử lý xanh metylen nước với nội dung: 1) Nghiên cứu