nghiên cứu khả năng hấp phụ khí toluen bằng vật liệu ống nano cacbon

Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TOLUEN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Tổng quan Toluen 1.1.2 Các phương pháp xử lý Toluen 12 1.2 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 15 1.2.1 Bản chất: 15 1.2.2 Cơ chế trình hấp phụ 16 1.2.3 Vật liệu hấp phụ 18 1.3 CÁC CHẤT HẤP PHỤ THÔNG DỤNG TRONG XỬ LÝ TOLUEN 19 1.3.1 Than hoạt tính 19 1.3.2 Silicagen 21 1.3.3 Zeolit 22 1.3.4 Ống Nano Cacbon 23 1.4 PHƯƠNG PHÁP ĐO GC 37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 40 2.1.1 Than hoạt tính 41 2.1.2 Ống Nano Cacbon 41 2.2 MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 41 2.3 CÁC THÔNG SỐ KHẢO SÁT 43 2.4 TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 43 2.4.1 Các bước tiến hành 43 2.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 46 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương ii Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49 SỐ LIỆU ĐƯỜNG CHUẨN 49 3.2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT BỀ MẶT VẬT LIỆU HẤP PHỤ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUẾT ĐỘ PHÂN GIẢI CAO SEM 49 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT VẬT LIỆU QUA PHƯƠNG PHÁP BET .51 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT KẾT CẤU VẬT LIỆU QUA PHƯƠNG PHÁP ĐO RAMAN 53 3.5 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA THAN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI TOLUEN 54 3.5.1 Số liệu thực nghiệm trình hấp phụ .54 3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ than hoạt tính CNTs 55 3.5.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ than hoạt tính CNTs 57 3.5.4 Khảo sát động học trình hấp phụ 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 KẾT LUẬN 66 KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 70 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương iii Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VOCs Hợp chất hữu bay BTEX Benzen, Toluen, Etyl Benzen, Xylen GC Phương pháp đo sắc ký khí SEM Phương pháp chụp hình kính hiển vi BET Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng QCVN Quy chuẩn Việt Nam BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường TT-BTNMT Thông tư – Bộ Tài Nguyên Môi Trường QĐ-BTNMT Quyết định – Bộ Tài Nguyên Môi Trường PAC Powdered Actived Carbon – Than hoạt tính dạng bột GAC Granulated Actived Carbon – Than hoạt tính dạng viên ACF Activated Carbon Filter – Than hoạt tính dạng sợi CNTs Carbon nanotubes - Ống nano cacbon MWCNT Multi wall carbon nanotubes - Ống nano cacbon đơn vách SWCNT Single walled carbon nanotubes - Ống nano cacbon đa vách CVD Phương pháp lắng đọng pha hố học AC Than hoạt tính SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương iv Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các thông số Toluen Bảng 1.2: Ảnh hưởng Toluen qua đường hô hấp Bảng 1.3: Mức nhiễm trung bình theo mùa theo nhiều khu vực khác 11 Bảng 1.4: Diện tích bề mặt kích thước lỗ xốp chất hấp phụ 18 Bảng 1.5: Thành phần hoá học số loại than hoạt tính 20 Bảng 1.6: Một số hạt Zeolit biến đổi bề mặt 23 Bảng 1.7: Các thơng số tính vật liệu CNTs số vật liệu khác 26 Bảng 1.8: Phân loại đặc trưng dẫn số loại CNTs 28 Bảng 1.9: Khả hấp phụ tối đa (Q mg/g) số ion kim loại nặng CNTs chất hấp phụ khác .35 Bảng 1.10: Khả hấp phụ tối đa (Q) số hạt nhân phóng xạ quan trọng 36 Bảng 1.11: Khả hấp phụ tối đa (Q mg/g) của phenol anilin CNTs so với chất hấp phụ khác 37 Bảng 2.1: Danh sách nguyên vật liệu thiết bị cần dùng 40 Bảng 2.2: Bảng thông số nghiên cứu 45 Bảng 3.1 Kết qủa đo đường chuẩn Toluen 49 Bảng 3.2 Kết BET than hoạt tính 51 Bảng 3.3 Kết BET CNTs 52 Bảng 3.4 Bảng thông số ban đầu 55 Bảng 3.5 Bảng số liệu qe Ce AC CNTs với lưu lượng thay đổi 56 Bảng 3.6 Bảng số liệu qe Ce AC CNTs với nhiệt độ thay đổi 57 Bảng 3.7 Bảng số liệu theo qe, Ce AC CNTs theo nồng độ 59 Bảng 3.8 Thông số theo thuyết động học AC 61 Bảng 3.9 Thông số theo thuyết Freundlich CNTs 62 Bảng 3.10 Kết tính tốn thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt .64 Bảng 3.11 Bảng so sánh thuyết hấp phụ Langmuir Freundlich 65 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương v Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Mơi Trường - ĐHTNMT DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc hóa học Toluen Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải gây nhiễm nguồn thải Việt Nam năm 2005 Hình 1.3 Biểu đồ số lượng ô tô xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm phương tiện giao thông giới đường Việt Nam Hình 1.5 Nồng độ BTX (Benzen, Toluen Xylen) trung bình khu vực thuộc thành phố Hà Nội (quan trắc thời gian 12/1/2007 – 5/2/2007) .8 Hình 1.6 Bản đồ 17 Vị trí khảo sát BTEX Tại Tp Hồ Chí Minh [7] Hình 1.7 Thể biến thiên ngày Toluen [7] Hình 1.8 Nồng độ đặc Toluen 17 điểm thí điểm Tp Hồ Chí Minh [7] 10 Hình 1.9 Sự tương quan nồng độ Toluen số lượng phương tiện giao thông [7] 10 Hình 1.10 Mơ hình lò oxy hố nhiệt 12 Hình 1.11 Sơ đồ xử lý phương pháp ngưng tụ 13 Hình 1.12 Mơ hình tháp hấp thụ 14 Hình 1.13 Mơ hình tháp hấp phụ cấu trúc vật liệu hấp phụ 14 Hình 1.14 Các giai đoạn q trình hấp phụ chất nhiễm 16 Hình 1.15 Mơ hình hấp phụ hợp chất F400 than hoạt tính 21 Hình 1.16 Hình ảnh silicagen 21 Hình 1.17 Một số hình dạng cacbon 23 Hình 1.18 Cấu trúc fullerence 24 Hình 1.19 Ống Nano cacbon đơn vách 24 Hình 1.20 Cấu trúc ống Nano Cacbon đa tường MWCNT 25 Hình 1.21 : Các khuyết tật CNTs 25 Hình 1.22 Cấu trúc CNTs nhánh chữ Y 26 Hình 1.23 Ống nano cacbon kiểu armchair có tính chất kim loại nan cacbon kiểu zizac có tính bán dẫn 27 Hình 1.24 Cấu trúc ống nano cacbon đơn vách 27 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương vi Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Hình 1.25 Cơ chế mọc ống Nano cacbon 30 Hình 1.26 Ảnh SEM CNT với hạt xúc tác đáy ống đầu ống 30 Hình 1.27 Hệ thiết bị chế tạo CNTs phương pháp CVD 31 Hình 1.28 Ảnh TEM ống cacbon nano mọc phương pháp CVD 31 Hình 1.29 Hệ thiết bị chế tạo CNT phương pháp hồ quang điện 32 Hình 1.30 Hệ tạo CNT phương pháp chùm laser 32 Hình 1.31 Mơ hình xen Li hấp thụ H2 33 Hình 1.32 Màn hình hiển thị sử dụng CNTs 33 Hình 1.33 Sợi composite polyaniline với CNT 34 Hình 1.34 Sơ đồ lý thuyết thiết bị sắc ký khí 37 Hình 1.35 Quy trình hoạt động sắc ký khí 38 Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị hấp phụ khí BTEX 41 Hình 2.2: Mơ hình thực nghiệm 42 Hình 2.3: Mơ hình tiến trình thí nghiệm 44 Hình 2.4: Mơ tả thông số nghiên cứu 46 Hình 3.1 Hình SEM THT độ phân giả độ phóng đại khác (a) :1, (b): 10m 50 Hình 3.2 Hình SEM CNTs độ phân giải độ phóng đại khác (a):1m, (b):10m 50 Hình 3.3 Đồ thị phân bố kích thước mao quản THT 51 Hình 3.4 Đồ thị phân bố kích thước mao quản CNTs 52 Hình 3.5 Phổ tán xạ Raman than hoạt tính 53 Hình 3.6 Phổ tán xạ Raman CNTs 54 Hình 3.7 Sự ảnh hưởng lưu lượng đến khả hấp phụ 56 Hình 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ 58 Hình 3.1 Biểu phụ thuộc 1/Ce; 1/qe theo Langmuir AC 60 Hình 3.2 Đồ thị biểu diện phụ thuộc củaCe; qe theo Freundlich AC 60 Hình 3.3 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Langmuir CNTs .61 Hình 3.4 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Freundlich CNTs 62 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương vii Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Hình 3.5 Biểu diễn thay đổi nồng độ theo thuyết Langmuir AC CNTs .63 Hình 3.6 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Freundlich AC CNTs 64 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương viii Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Tình trạng nhiễm khơng khí thách thức lớn mà phải đối mặt thiên niên kỷ Con người gây ô nhiễm môi trường không khí hoạt động bản: hoạt động công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải hoạt động sống khác, tạo nên áp lực lớn mơi trường khơng khí đô thị Theo thống kê Bộ Tài nguyên Môi trường, tiêu thụ xăng dầu nguyên nhân phát thải chất độc hại, khí thải từ loại xe giới nguồn gây ô nhiễm khơng khí lớn nguy hại đô thị Những yếu tố gây ô nhiễm môi trường khơng khí phương tiện giao thơng giới đường chủ yếu là: SO2, CO2, CO, NOx, VOCs, CxHy,…, có số thành phần gây nguy hại cho sức khoẻ môi trường như: Benzen, Toluen, Etylbenzen, Xylen, gọi tắt BTEX [1] Nồng độ khí Benzen, Toluen Xylen có xu hướng tăng cao ven trục giao thông đường phố Tại Hà Nội, số nghiên cứu cho thấy nồng độ BTEX cao dọc hai bên tuyến đường giao thơng có giảm khu dân cư nằm xa trục đường lớn [1] Điều chứng tỏ nguồn gốc khí chủ yếu từ phương tiện giao thơng Ngồi ra, Toluen có mặt sơn, nhựa, keo dán chất xúc tác công nghệ ảnh, nguồn phát phải chủ yếu khơng khí từ khí thải động đốt dùng phương tiện giao thông vận tải Con người bị phơi nhiễm khí độc Toluen biểu gây kích thích cho da giác quan, gây suy yếu hệ thần kinh trung ương ảnh hưởng đến gan, thận máu Ngoài ra, gây độc hại ảnh hưởng đến AND Toluen gây ung thư ảnh hưởng đến hệ tương lai (gây quái thai) Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường truyền thống màng lọc, đốt, xúc tác, hấp phụ sử dụng phổ biến có hiệu việc giảm nồng độ số chất gây ô nhiễm Các chất hấp phụ điển NaOCl [2] hay Zeolite [3] hay phổ biến than hoạt tính sử dụng nhằm xử lý khí độc hại Benzen, Toluen Trên giới có nhiều nghiên cứu nhằm giảm bớt nồng độ ô nhiễm cuả Toluen môi trường Như nghiên cứu “Loại bỏ Benzen, Toluene, Ethybenzene Xylen dung dịch nước” [4] H Nourmoradi, M Nikaeen, M Khiadani (Hajian) dùng vật liệu montmorillonite (Mt) sản xuất Ý để làm vật liệu hấp phụ Ngoài ra, theo nghiên cứu “Sự hấp phụ hợp chất thơm chất hấp phụ cacbon”[5] H Nourmoradi, M Nikaeen, M Khiadani đánh giá khả hấp phụ SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Mơi Trường - ĐHTNMT hợp chất vòng thơm số loại cacbon than hoạt tính, ống nano cacbon than hoạt tính từ gỗ Tại Việt Nam có số nghiên cứu sử dụng vật liệu ống nano để xử lý chất ô nhiễm thành công “Nghiên cứu xử lý ô nhiễm khơng khí vật liệu Nano TiO2 Viện Khoa Học Công Nghệ Việt Nam” vấn đề ô nhiễm không khí chưa quan tâm mức Bởi lý thực trạng với vấn đề hạn chế, ý tưởng luận án “Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống nanocarbon” hình thành MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng quan: Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nanocarbon - Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Toluen than hoạt tính - Nghiên cứu, đánh giá khả hấp phụ Toluen ống Nano Carbon - So sánh đánh giá khả hấp phụ Toluen vật liệu ống nano carbon than hoạt tính NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu tổng quan: tổng quan tình hình nhiễm hợp chất hữu dễ bay hơi, tình hình nghiên cứu xử lý Toluen giới nước Tổng quan vật liệu hấp phụ : than hoạt tính ống nano cacbon Nghiên cứu đánh giá khả xử lý Toluen than hoạt tính vật liệu ống nano cacbon : - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ - Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ đầu vào khác Toluen - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TOLUEN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 1.1.1 Tổng quan Toluen a Tính chất Toluen phát P.S.pelletie P.Walter vào năm 1937 hai ông điều chế khí than nhựa từ thơng Vì tên Toluen bắt nguồn từ tên toluol, viết tắt “TOL”, tên nhựa Balsam vùng Nam Mỹ Về mặt khoa học Toluen, hay gọi metylbenzen hay phenylmetan (C7H8) thuộc loại Hydrocacbon thơm chất lỏng suốt khơng màu, khơng hồ tan nước có độ nhớt Là dung mơi hồ tan tốt chất béo, dầu, nhựa thông, photpho, lưu huỳnh iot Tồn dạng: rắn, lỏng, khí Ngồi Toluen tan etanol, aceton, hexan, diclometan Đặt biệt dung môi Toluen dễ cháy nổ Nhờ có nhóm mêtyl mà độ hoạt động hố học Toluen phản ứng lớn gấp 25 lần so với benzen, bay khơng khí Bảng 1.1: Các thơng số Toluen THƠNG SỐ Phân tử gam 92.14 g/mol Tỷ trọng 0,87 g/ml(20°C) Điểm nóng chảy -990C Điểm sơi 1110C Độ hòa tan nước 0.47 g/l Độ nhớt 0.590 cP (200C) Giá trị gới hạn 50 ml.m-3, 190 mg.m-3, MSDS SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Khảo sát động học trình hấp phụ 3.5.4 Khi xác định thời gian để than hoạt tính hấp phụ Toluen đạt trạng thái cân bằng, nhiệt độ 30oC, lưu lượng 50ml/phút ta tiến hành tìm phương trình động học dựa thuyết hấp phụ Hiện có nhiều thuyết hấp phụ, nhiên có hai thuyết phổ biến nhất, khoa học chứng minh thuyết Langmuir thuyết Freundlich Do đó, phạm vi luận văn chọn thuyết để tính tốn động học hấp phụ Từ bảng số liệu thơ thực nghiệm Bảng 3.4 áp dụng phương pháp theo mục 2.4.2, ta bảng sau đây: Bảng 3.7 Bảng số liệu theo qe, Ce AC CNTs theo nồng độ Nhiệt VBTEX Than hoạt tính độ CNTs (l) 1/qe 1/Ce ln(qe) ln(Ce) 1/qe 1/Ce ln(qe) ln(Ce) 0,15 2,88 1,88 -1,06 0,11 3,76 2,21 -1,32 1,5 0,13 1,81 2,03 -0,59 0,10 1,88 2,26 -0,63 30oC 0,13 1,18 2,01 -0,16 0,10 1,18 2,27 -0,17 0,11 0,49 2,20 0,71 0,09 0,54 2,42 0,62 0,10 0,24 2,30 1,44 0,08 0,24 2,50 1,44 Xử lý bảng số liệu qe Ce  tìm hệ số thuyết hấp phụ a) Than hoạt tính Theo thuyết Langmuir Dựa vào bảng số liệu Bảng 3.5, ta có: SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 59 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT y = 0,0183x + 0,1021 R² = 0,8998 0,18 0,16 0,14 1/qe 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 1/Ce Hình 3.1 Biểu phụ thuộc 1/Ce; 1/qe theo Langmuir AC Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu Hình 4.9 ta thu kết y = 0,0183x +0,1021, tức 1  0, 0183  0,1021 với R2 = 0,8998 qe Ce Vậy ta tính thông số qm = 9,794 KL = 5,579 Hay phương trình hấp phụ Toluen AC theo thuyết Langmuir có dạng qe  9, 794  5,579  Ce  5,579  Ce Thuyết Freundlich Dựa vào bảng số liệu Bảng 3.5, ta có: y = 0,1607x + 2,0699 R² = 0,9554 2,50 2,00 Ln qe 1,50 1,00 0,50 0,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Ln Ce Hình 3.2 Đồ thị biểu diện phụ thuộc củaCe; qe theo Freundlich AC SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 60 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu Hình 4.10 ta thu kết y = 0,1607x + 2,0699, tức ln qe  2,0699  0,1697.ln Ce với R2 = 0,9554 Vậy ta tính thơng số n = 0,1607 KF = 7,924 Hay phương trình hấp phụ Toluen AC theo thuyết Freundlich có dạng qe  7,924  Ce0,1607 Bảng 3.8 Thông số theo thuyết động học AC Thuyết Langmuir Thuyết Freundlich qm KL R2 n KF R2 9,794 5,579 0.8998 0,1607 7,924031 0,9554 NHẬN XÉT So sánh hệ số tương qua R2 phương pháp từ Bảng 4.8, ta thấy theo Thuyết động học Langmuir với R2 = 0,8998 thuyết Freundlich với R2 = 0,9554 Ta thấy hệ số tương quan thuyết Freundlich cao so với Langmuir Như nồng độ thay đổi trường hợp đẳng nhiệt Toluen hấp phụ than hoạt tính thoả thuyết Freundlich b) Ống Nano Cacbon Theo thuyết Langmuir Dựa vào bảng số liệu Bảng 4.7, ta có: 0,12 0,10 y = 0,0071x + 0,0869 R² = 0,7366 1/qe 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 1/Ce Hình 3.3 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Langmuir CNTs SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 61 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu Hình 4.11 ta thu kết y = 0,0071x +0,0869, tức 1  0, 0071  0, 0869 với R2 = 0,7366 qe Ce Vậy ta tính thơng số qm = 11,507 KL = 12,239 Hay phương trình hấp phụ Toluen AC theo thuyết Langmuir có dạng qe  11,507 12, 239  Ce  12, 239  Ce Thuyết Freundlich Dựa vào bảng số liệu Bảng 4.7, ta có 2,55 2,50 2,45 Ln(qe) y = 0,1112x + 2,3327 R² = 0,9506 2,40 2,35 2,30 2,25 2,20 2,15 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Ln(Ce) Hình 3.4 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Freundlich CNTs Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu Hình 4.12 ta thu kết y = 0,1112x + 2,3327, tức ln qe  2,3327  0,1112.ln Ce với R2 = 0,9506 Vậy ta tính thông số n = 0,1112 KF = 10,3057 Hay phương trình hấp phụ Toluen AC theo thuyết Freundlich có dạng qe  10,3057  Ce0,1112 Bảng 3.9 Thông số theo thuyết Freundlich CNTs Thuyết Langmuir Thuyết Freundlich qm KL R2 n KF R2 11,507 12,239 0,7366 0,1112 10,3057 0,9506 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 62 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT NHẬN XÉT So sánh hệ số tương qua R2 phương pháp từ Bảng 4.9, ta thấy theo Thuyết động học Langmuir với R2 = 0,7366 thuyết Freundlich với R2 = 0,9506 Ta thấy hệ số tương quan thuyết Freundlich cao so với Langmuir Như nồng độ thay đổi trường hợp đẳng nhiệt Toluen hấp phụ CNTs thoả thuyết Freundlich c) So sánh AC CNTs Thuyết Langmuir Kết hợp đồ thị Hình 4.9 Hình 4.11 y = 0,0183x + 0,1021 R² = 0,8998 0,18 0,16 0,14 0,12 y = 0,0071x + 0,0869 R² = 0,7366 0,10 1/qe 0,08 THT 0,06 CNTs 0,04 0,02 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 1/Ce Hình 3.5 Biểu diễn thay đổi nồng độ theo thuyết Langmuir AC CNTs SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 63 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Thuyết Freundlich Kết hợp đồ thị Hình 4.10 Hình 4.12 3,00 y = 0,1112x + 2,3327 R² = 0,9506 2,50 2,00 Ln qe y = 0,1607x + 2,0699 R² = 0,9554 1,50 THT CNTs 1,00 0,50 0,00 -1,50 -1,00 -0,50 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 Ln Ce Hình 3.6 Đồ thị biểu diện phụ thuộc Ce; qe theo Freundlich AC CNTs Từ kết trên, ta có: Bảng 3.10 Kết tính tốn thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Vật liệu Theo thuyết AC CNTs qm 9,794 11,507 KL 5,579 12,239 RL2 0,8998 0,7366 KF 7,924031 10,30573 n 0,1607 0,1112 R2F 0,9554 0,9506 Hệ số Langmuir Freundlich SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 64 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT KẾT LUẬN Dựa vào hệ số R2 tính tốn bảng 4.11 cho thấy, cân hấp phụ Toluen lên than hoạt tính CNTs mơ tả phương trình hấp phụ Freundlich (R2 = 0,9554 AC R2 = 0,9506 CNTs) Trong đó, AC có phương trình qe  7,924  Ce0,1607 ; CNTs có phương trình qe  10,3057  Ce0,1112 Như kết luận AC CNTs hấp phụ khí Toluen thoả thuyết Freundlich thuyết Langmuir So với nghiên cứu Heshmatola Nourmoradi [50] hấp phụ hợp chất BTEX đất sét, Toluen thuộc thuyết hấp phụ Freundlich Bảng 3.11 Bảng so sánh thuyết hấp phụ Langmuir Freundlich SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 65 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đã nghiên cứu thành công bước đầu đánh giá khả hấp phụ Toluen than hoạt tính ống Nano Cacbon Đưa kết so sánh, đánh giá khả hấp phụ hai loại vật liêu  Dựa vào kết đo BET, SEM Raman ta thấy rõ hình thái bề mặt, diện tích bề mặt cấu trúc loại vật liệu hấp phụ khảo sát Cụ thể than hoạt tính CNTs  Ảnh hưởng lưu lượng đến khả hấp phụ: kết nghiên cứu cho thấy hai loại vật liệu hấp phụ lưu lượng thấp, có khả hấp phụ tốt ngược lại lưu lượng cao khả hấp phụ giảm Và so sánh hai loại vật liệu trình nghiên cứu thay đổi lưu lượng, ta rút kết lưu lượng 50ml/phút hai loại vật liệu khảo sát bị bảo hoà khả hấp phụ ngưỡng định AC qe = 7,60 mg/g CNTs qe = 9,60mg/g  Ảnh hưởng nhiệt độ đến khả hấp phụ: dựa vào kết nghiên cứu cho thấy nhiệt độ có làm thay đổi khả hấp phụ vật liệu Khi nhiệt độ tăng cao khả hấp phụ giảm Như nhiệt độ cao làm phân tử khí chuyển động nhanh hơn, hỗn loạn ảnh hưởng đến trình hấp phụ Và nhiệt độ thấp khả hấp phụ tốt Nhiệt độ tăng dần từ 300C, 350C đến 400C qe giảm từ 7,59 mg/g xuống 7,49 mg/g 7,33 mg/g; CNTs qe từ 9,60 mg/g xuống 9,27 mg/g 9,19mg/g  Theo thuyết động học, khảo sát hai phương pháp động học Langmuir Freundlich cho kết hai loại vật liệu thuộc thuyết hấp phụ đẳng nhiệt 0,1607 Freundlich Với phương trình AC qe  7,924  Ce ; CNTs có phương 0,1112 trình qe  10,3057  Ce Dựa vào tất kết quả, số liệu nghiên cứu trên, cho thấy khả hấp phụ CNTs tốt AC Có thể giải thích CNTs dạng cacbon định hình theo graphite (dựa vào kết qủa chụp SEM quang phổ Raman) Ngoài theo nghiên cứu Bo Pan [38], CNTs có liên kết - làm tăng khả hấp phụ giữ chất bị hấp phụ bề mặt SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 66 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT KIẾN NGHỊ Vì thời gian thực đề tài nhiều hạn chế nên có số q trình khảo sát chưa thực  Khảo sát khả hấp phụ SWCNTs từ so sánh đánh giá độ hấp phụ Toluen SWCNTs MWCNTs  Khảo sát thêm số thuyết hấp phụ khác để tìm mơ hình thích hợp nhất, nhằm tạo mơ hình thực tiễn sau  Nghiên cứu khảo sát khả hấp phụ CNTs lượng khí lớn hơn, để xác định thông số động học trình  Nghiên cứu khả xử lý CNTs hợp chất khác môi trường khác SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 67 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU TIẾNG ANH [1] Bộ Tài nguyên Môi trường Báo cáo Môi trường Quốc gia, năm 2007 Mơi trường khơng khí thị Việt Nam [6] Phạm Ngọc Đăng Các thách thức ô nhiễm mơi trường khơng khí nước ta Tạp chí BVMT, số 8/2007 TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT [2] F Su, C Lu , S Hu Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng Aspects 353 (2010) 83–91 [3] L.Seifi, A.Torabian, H.Kazemian, G.N Bidhendi, A.A Azimi, S Nazmara, M AliMohammadi “Clean – Soil, Air, Water (2011”), 39, 939–948 [4] H Nourmoradi, M Nikaeen, M Khiadani (Hajian) “Removal of benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) from aqueous solutions by montmorillonite modified with nonionic surfactant: Equilibrium, kinetic and thermodynamic study” Chemical Engineering Journal 191 (2012) 341-348 [5] Shujuanzhang, Tingshao, H Selcenkose, Andtanjukaranfil “Adsorption of Aromatic Compounds by Carbonaceous Adsorbents: A Comparative Study on Granular Activated Carbon, Activated Carbon Fiber, and Carbon Nanotubes” Environ Sci Technol 2010, 44, 6377–6383 [7] Tran Thi Ngoc Lan*, Pham Anh Minh, “BTEX pollution caused by motorcycles in the megacity of HoChiMinh”, Received 29 April 2012; revised 12 September 2012; accepted 25 September [8] D Majumdar (née Som)1, A K Mukherjeea2, S Sen, “BTEX in Ambient Air of a Metropolitan City”, Journal of Environmental Protection, 2011, 2, 11-20 [9] Taylo & Francis Group, “Activated Carbon Adsorption”, Roop Chand Bansal Meenakshi Goyal [10] A J Brooks, Hyung-nam Lim and James E Kilduff, “Adsorption uptake of synthetic organic chemicals by carbon nanotubes and activated carbons”, Nanotechnology 23 (2012) 294008 (13pp), [11] Adsorption of BTEX on Surfactant Modified Granulated Natural Zeolite Nanoparticles: Parameters Optimizing by Applying Taguchi Experimental Design Method, Clean – Soil, Air, Water 2011, 39 (10), 939–948 [12] S.Iijina Physcal B 323 (2002), 1-5 [13] David J Appelhans, Lincoln D Carr, Mark T Lusk (2010), "Embedded ribbons of graphene allotropes: an extended defect perspective', New Journal of Physics, 12, 125006 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 68 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT [14] J-P Salvetar, J – M Bonard, N.H Thomson, A.J Kulik, L Frro, W Benoit, L Zuppiroli (1999), “Mechanical properties of carbon nanotubes”, Applied Physics A, 69, pp [15] Bui Hung Thang, Nguyan Van Chuc, Pham Van Trinh, Ngo Thi Thanh Tam and Phan Ngoc Minh (2011), “Thermal dissipation media for high powẻ electronic devices úing a cảbon nanotube-based composite”, Advances in Natural sciences: nanoscience and Nanotechnology, 2, 025002 [16] Deierlein Udo Functionalization of carbon nanotubes for self-assembly of hybrid structures, Department for Physics and Center for [17] W I Milne, K B K Teo, M Chhowalla, G A J Amaratunga, S B Lee, D G Hasko, H Ahmed, O Groening, P LegagneuX, L Gangloff, J P Schnell, G Pirio, D Pribat, M Castignolles, A Loiseau, V Semet, Vu Thien Binh (2003), “Electrical and field emission investigation of individual carbon nanotubes from plasma enhanced chemical vapour deposition', Diamond and Related Materials, 12, pp 422–428 [18] Ren-Jang Wu, Yu-Ching Huang, Ming-Ru Yu, Tzu Hsuan Lin and ShihLin Hung (2008), "Application of m-CNTs/NaClO4/Ppy to a fast response, room working temperature ethanol sensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 134, pp 213–218 [19] M Daenen, R.D de Fouw, B Hamers, P.G.A Janssen, K Schouteder, M.A.J Veld (2003), “The Wondrous World of Carbon Nanotubes', Eindhoven University of Technology, pp 8-21 [20] Bo Pan, and Baoshan Xing, “Adsorption Mechanisms of Organic Chemicals on Carbon Nanotubes”, Environ Sci Technol., 2008, 42 (24), 90059013 [21] Chen, W., Duan, L and Zhu, D, “Adsorption of polar and nonpolar organic chemicals to carbon nanotubes”, Environ.Sci Technol., 41(2007) 82958300 [22] H Nourmoradi, Mehdi Khiadani, and M Nikaeen, “Multi-Component Adsorption of Benzene, Toluene, Ethylbenzene, and Xylene from Aqueous solutions by Montmorillonite Modified with Tetradecyl Trimethyl Ammonium Bromide”, 2003, 1-10 [23] Fei Yu, Yanqing Wu, “Knetic and Thermodynamic Studies of Toluen, Ethybenzene, and m-Xylene Adsorption from Aqueous Solution onto KOHActivated Multiwwalled Carbon Nanotubes”,2012, 12245 - 12253 SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 69 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT PHỤ LỤC Hình: Ảnh SEM than hoạt tính Hình: Ảnh SEM ống Nano Cacbon Hình: Đồ thị phân bố kích thước mao quản THT SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 70 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Mơi Trường - ĐHTNMT Hình: Đồ thị phân bố kích thước mao quản CNTs Hình: Phổ tán xạ Raman than hoạt tính Hình: Phổ tán xạ Raman CNTs SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 71 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Hình: Peak kết đo GC Hình: Thiết bị đo GC SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 72 Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT Hình: Ống than nhét nghiên cứu SVTH: Phan Thị Thanh Vy GVHD: T.S Lê Hữu Quỳnh Anh – Th.S Phan Vũ Hoàng Phương 73 ... TIÊU NGHIÊN CỨU Tổng quan: Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nanocarbon - Nghiên cứu đánh giá khả hấp phụ Toluen than hoạt tính - Nghiên cứu, đánh giá khả hấp phụ Toluen ống Nano. .. quan vật liệu hấp phụ : than hoạt tính ống nano cacbon Nghiên cứu đánh giá khả xử lý Toluen than hoạt tính vật liệu ống nano cacbon : - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ - Nghiên cứu. .. Nghiên cứu khả hấp phụ khí Toluen vật liệu ống Nano Cacbon – Khoa Môi Trường - ĐHTNMT 1.2.3 Vật liệu hấp phụ Vật liệu hấp phụ thường có cấu trúc rỗng xốp, có bề mặt tự lỗ rỗng cao Chúng vật liệu