Đã xác định đặc tính của than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng: độ ẩm: 5.193% , hàm lượng hữu cơ: 61,55%; hàm lượng tro: 25.42%; diện tích bề mặt: 0.9551 m²/g ± 0.0376 m²/g. Cấu trúc tế vi của than bùn được đánh giá qua phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM).
UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.2 (2012) NGHIÊN CỨU HOẠT HOÁ THAN BÙN LIÊN CHIỂU - ĐÀ NẴNG BẰNG DUNG DỊCH HCL Trần Mạnh Lục, Lê Thị Hồng Dương* TĨM TẮT Đã xác định đặc tính than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng: độ ẩm: 5.193% , hàm lượng hữu cơ: 61,55%; hàm lượng tro: 25.42%; diện tích bề mặt: 0.9551 m²/g ± 0.0376 m²/g Cấu trúc tế vi than bùn đánh giá qua phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Điều kiện tối ưu tiến hành hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl là: [HCl] = 4M, thời gian hoạt hóa = ; tỉ lệ than bùn (g)/dung dịch HCl (ml): 1/3 Mẫu than bùn sau hoạt hóa có độ ẩm: 19,313%, hàm lượng hữu cơ: 66,02%, hàm lượng tro: 16,56%, diện tích bề mặt: 0.9331 m²/g ± 0.0376 m²/g Sự biến đổi cấu trúc mẫu than bùn sau hoạt hoá đánh giá qua phổ hồng ngoại (IR), ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) phổ phân tích nhiệt vi sai (TG/DTA) Từ khố: than bùn, hoạt hóa, cấu trúc, Liên Chiểu Đặt vấn đề Than bùn hình thành tích lũy lâu dài xác thực vật phân giải điều kiện thừa ẩm, thiếu khơng khí Kết q trình xác thực vật phân giải khơng hồn tồn hình thành lớp chất hữu gồm phần lại thực vật bị phân giải dở dang, mùn mục chất khoáng Lớp chất hữu gọi “than bùn”[4], [5] Trên giới, vùng đất có than bùn tìm thấy 175 quốc gia Nó bao phủ khoảng triệu km2, tức khoảng 3% diện tích đất giới Theo tài liệu dự báo đánh giá tiềm than bùn Việt Nam Tập đồn Cơng nghiệp than Khống sản (năm 1985) tài ngun than bùn Việt Nam ước tính 7100 triệu mét khối, đó: Nam Bộ 5000 triệu mét khối, Đồng ven Miền Trung 450 triệu mét khối, Đồng Bắc 1650 triệu mét khối Than bùn thường dùng nhiều lĩnh vực nơng nghiệp làm phân bón Axit humic chiết tách từ than bùn dùng làm chất kích thích sinh trưởng Việc nghiên cứu ứng dụng chúng lĩnh vực khác sản xuất ắc quy, chế tạo dung dịch khoan, vật liệu hấp phụ, làm giầu tách kim loại đất phóng xạ, xử lý nhiễm mơi trường, …đang cịn hạn chế [2], [3] Phương pháp nghiên cứu [1] Than bùn khai thác từ hồ Bàu Sấu vùng Liên Chiểu - Đà Nẵng Than bùn sau lấy cho vào nước, khuấy đều, lọc bỏ xác thực vật chưa phân huỷ hết, để lắng lọc gạn, tách bỏ cát phía dưới, lấy phần dung dịch huyền phù Tiếp tục để lắng qua đêm, gạn bỏ phần nước phía lọc qua vải hong khơ khơng khí 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) Quá trình hoạt hố than bùn tiến hành bình cầu có lắp sinh hàn, đặt máy khuấy từ Kết thúc hoạt hóa, thêm từ từ 200 ml nước cất vào bình cầu, khuấy đều, để lắng lọc Phần rắn đem sấy khơ xác định đặc tính hoá lý Phần dung dịch lọc đem xác định hàm lượng ion kim loại Ca2+, Mg2+, Fe3+ hoà tan Độ ẩm khơng khí xác định cách sấy mẫu 1050C thời gian Hàm lượng tro xác định cách nung mẫu 9000C thời gian Hàm lượng hữu than bùn xác định theo phương pháp Turin Nồng độ ion kim loại hòa tan xác định phương pháp đo quang Diện tích bề mặt theo phương pháp BET xác định phịng thí nghiệm Cơng nghệ lọc hóa dầu vật liệu xúc tác hấp phụ- Đại học Bách Khoa - Hà Nội Ảnh SEM chụp máy JSM 6490 – JEOL - Japan Trung tâm đánh giá hư hỏng vật liệu - Viện Khoa học Vật liệu - Hà Nội Giản đồ phân tích nhiệt ghi mơi trường khí trơ argon, tốc độ gia nhiệt 10 C/phút từ nhiệt độ phòng đến 8000C máy TA–50 Shimadzu phịng thí nghiệm lọc hóa dầu, trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội Kết thảo luận 3.1 Xác định đặc tính hố lý than bùn Hình 3.1 Than bùn hút từ lòng hồ lên bãi chứa 3.1.1 Xác định độ ẩm, hàm lượng tro hàm lượng chất hữu Mẫu than bùn nghiên cứu có độ ẩm khơng khí 5,193% ứng với hệ số khô kiệt 0,948; hàm lượng tro 25,420% hàm lượng hữu cơ: 61,550% 3.1.2 Xác định điện tích bề mặt 28 UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.2 (2012) Hình 3.2 Đồ thị đường hấp phụ N2 theo BET than bùn Kết xác định diện tích bề mặt than bùn ban đầu theo phương pháp BET từ hình 3.2 0,9551 ± 0,0376 (m²/g) Như diện tích bề mặt than bùn có giá trị khơng lớn so với loại vật liệu tự nhiên khác 3.1.3 Cấu trúc bề mặt than bùn sau hoạt hóa Ảnh SEM than bùn ban đầu thể hình 3.3 Hình 3.3 Ảnh SEM than bùn 29 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) Trên ảnh SEM than bùn ta nhận thấy vật liệu than bùn có cấu tạo tơi xốp, bề mặt lồi lõm với nhiều nếp gấp có nét đặc trưng cho loại vật liệu tự nhiên với cấu trúc không đồng 3.2 Nghiên cứu yếu tố ảnh ưởng đến q trình hoạt hóa than bùn dung dịch HCl 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ axit HCl đến q trình hoạt hóa Điều kiện tiến hành: than bùn: 10 gam, dung dịch axit HCl: 50 ml; thời gian: giờ; nồng độ HCl thay đổi từ 0,5 M đến 5,0 M Các kết trình bày hình 3.4 Hình 3.4 Ảnh hưởng nồng độ axit HCl đến trình hoạt hóa Nhận xét: Tổng hàm lượng Ca2+, Mg2+, Fe3+ bị hoà tan tăng tăng nồng độ axit HCl từ nồng đồ HCl 4M trở tổng hàm lượng ion kim loại bị tan tăng không đáng kể hầu hết phần kim loại hồ tan hồ tan hết Như vậy, chọn nồng độ axit HCl 4M để tiến hành khảo sát yếu tố khác 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian đến q trình hoạt hóa Điều kiện tiến hành: than bùn: 10 gam; dung dịch axit HCl: 50 ml; nồng độ HCl: 4,0 M; thời gian thay đổi từ 10 phút đến 300 phút Các kết trình bày hình 3.5 2,5 Fe3+ (g/l) 1,5 Ca2+ (g/l) Mg2+ (g/l) Tổng hàm lượng ion kim loại 0,5 10p 30p 1h 2h 3h 4h 5h Hình 3.5 Ảnh hưởng thời gian đến q trình hoạt hóa than bùn 30 UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.2 (2012) Nhận xét: Với nồng độ axit HCl 4M, tổng hàm lượng ion Ca2+, Mg2+, Fe3+ bị hoà tan 30 phút đầu không đáng kể, sau 1giờ lại tăng Rõ ràng 30 phút đầu xảy thấm ướt tiếp xúc, q trình hồ tan thực xảy 30 phút tiếp theo, gần hoàn tất sau Như vậy, ta chọn thời gian 1giờ để tiến hành khảo sát ảnh hưởng yếu tố khác đến q trình hoạt hóa 3.2.3 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng Điều kiện tiến hành: than bùn: 10 gam; nồng độ HCl: 4,0 M; thời gian:60 phút; thể tích dung dịch HCl thay đổi từ 20 ml đến 60 ml Các kết trình bày hình 3.6 Hình 3.6 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn lỏng đến q trình hoạt hóa than bùn Nhận xét: Khi sử dụng 10 gam than bùn với 20 ml dung dịch axit HCl 4M lượng axit đủ để thấm ướt than bùn, tổng hàm lượng ion kim loại giải phóng Khi tăng thể tích axit lên 30 ml tổng hàm lượng ion kim loại giải phóng tăng cao đủ hoà tan hầu hết lượng ion kim loại hồ tan lượng ion kim loại giải phóng tăng khơng đáng kể Như vậy, chọn tỉ lệ rắn lỏng là: 10 g than bùn/30 ml axit HCl 4M 3.3 Đặc tính hóa lí than bùn sau hoạt hố 3.3.1 Độ ẩm, hàm lượng tro hàm lượng chất hữu Mẫu than bùn sau hoạt hóa có độ ẩm khơng khí 19,313%; hàm lượng tro 16,56% hàm lượng hữu cơ: 66,02% Sau hoạt hóa, khả hấp phụ nước hàm lượng hữu than bùn tăng lên rõ rệt, hàm lượng tro lại giảm đáng kể Điều lý giải sau: q trình hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl làm ion kim loại dạng hấp phụ bị đẩy khỏi mẫu than bùn phản ứng trao đổi với H+, đồng thời phần hợp chất vơ cơ, hữu dễ bị hồ tan bị axit hòa tan bị đẩy khỏi cấu trúc than bùn Điều không làm tăng cấu trúc lỗ xốp vi mao quản cấu trúc mà cịn làm tăng hoạt tính bề mặt than bùn Điều khảng định rõ xem xét diện tích bề mặt, ảnh SEM phổ phân tích nhiệt than bùn sau hoạt hố 3.3.2 Xác định điện tích bề mặt than bùn sau hoạt hố 31 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) Hình 3.7 Đồ thị dường hấp phụ N2 theo BET than bùn sau hoạt hóa Diện tích bề mặt than bùn sau hoạt hóa xác định theo phương pháp BET từ hình 3.7 là: 0,9331 ± 0,0376 (m²/g) Như diện tích bề mặt than bùn sau hoạt hóa có giá trị giảm chút so với trước hoạt hố Để lý giải xác điều có lẽ cần nghiên cứu đầy đủ sâu rộng 3.3.3 Xác định cấu trúc bề mặt than bùn sau hoạt hóa Ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa thể hình 3.8 32 UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.2, NO.2 (2012) Hình 3.8 Ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa Nhận xét: Các ảnh SEM than bùn sau hoạt hóa rõ ràng bị biến đổi sâu sắc so với trước hoạt hóa Trên bề mặt than bùn hoạt hóa xuất hệ thống lỗ nhỏ với cấu trúc đặn định Các lỗ nhỏ bề mặt than bùn sau hoạt hóa tạo bới phần dễ bị hồ tan có than bùn axit fulvic, số lipit, lignin, hạt keo sét bị rửa trơi Có vẻ cấu trúc dạng sợi xenlulozơ xác thực vật chưa phân huỷ hoàn toàn với khung C biến đổi dở dang phần lại than bùn sau hoạt hoá 3.3.4 Xác định độ bền nhiệt than bùn sau hoạt hóa Để hiểu rõ ảnh hưởng q trình hoạt hố dung dịch HCl than bùn đánh giá độ bền nhiệt phần lại sau hoạt hố, chúng tơi chụp phổ phân tích nhiệt vi sai mẫu than bùn sau hoạt hoá Kết ghi phổ đưa hình 3.9 DSC /(uV/mg) DDSC /(uV/mg/min) exo 1.0 1.6 TG /% 660.4 °C 100 1.4 90 0.5 1.2 [1] 1.0 80 0.8 -56.15 % 70 0.6 -0.5 0.4 60 0.2 -1.0 [1] 50 158.5 °C [1] -1.5 -0.2 40 200 PTNKL 400 600 Temperature /°C 800 1000 1200 09-11-2011 13:51 Instrument: File: Project: Identity: Date/Time: Laboratory: Operator: NETZSCH STA 409 PC/PG mau 1.ssv NC Mau vo co 11/9/2011 11:25:57 AM PTN CNVLKL quyen Sample: Reference: Material: Correction File: Temp.Cal./Sens Files: Range: Sample Car./TC: M1, 63.000 mg Al2O3,0.000 mg None Tcalzero.tcx / Senszero.exx 50/10.00(K/min)/1200 other DSC(/TG) / S Mode/Type of Meas.: Segments: Crucible: Atmosphere: TG Corr./M.Range: DSC Corr./M.Range: Remark: DSC-TG / Sample 1/1 DSC/TG pan Al2O3 Ar/50 / Ar/40 000/30000 mg 000/5000 µV Hình 3.9 Phổ phân tích nhiệt vi phân than bùn hoạt hóa Trên giản đồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt mạnh 158,50C (ứng với độ giảm khối lượng 56,15%) chứng tỏ vùng quanh nhiệt độ có phá huỷ đồng thời mạnh cấu trúc mẫu sau hoạt hoá Độ giảm khối lượng mạnh sâu hiệu ứng sau khối lượng mẫu gần khơng thay đổi cho thấy tính đồng mẫu than bùn sau hoạt hoá vậy, phần hợp chất vơ cơ, hữu đơn lẻ, dễ bị axit hịa tan bị hoà tan vào dung dịch trình hoạt hố Kết luận Đã xác định đặc tính than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng: độ ẩm: 5,193% , hàm lượng hữu cơ: 61,55%; hàm lượng tro: 25.42%; diện tích bề mặt: 0,9551 ± 0,0376 (m²/g) Cấu trúc than bùn đánh giá qua phổ IR, ảnh SEM Đã xác định điều kiện tối ưu tiến hành hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl là: [HCl] = 4M; thời gian hoạt hóa = giờ; tỉ lệ than bùn (g)/dung dịch HCl (ml): 1/3 33 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC TẬP 2, SỐ (2012) Mẫu than bùn sau hoạt hóa có độ ẩm: 19,313%; hàm lượng hữu cơ: 66,02%; hàm lượng tro: 16,56%; diện tích bề mặt: 0,9331 ± 0,0376 (m²/g) Sự biến đổi cấu trúc mẫu than bùn sau hoạt hoá đánh giá qua phổ IR, ảnh SEM phổ TG/DTA TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Khoa (2001), Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón trồng, NXB Giáo dục [2] Thân Văn Liên, Đoàn Thị Mơ, Lê Quang Thái, Nguyễn Đình Văn, Ngơ Văn Tuyến, Hồng Bích Ngọc, Đỗ Q Sơn, Thái Bá Cầu,“Trao đổi ion bùn”, Tạp chí Hố học, T.35(3/1997), Tr.71 [3] Trần Mạnh Trí, “Sử dụng than bùn Việt Nam để sản xuất phân bón bảo vệ mơi trường”, Tạp chí Hố học, T.35(2/1997), Tr.94 [4] Stevenson, F.J Humus Chemistry (a) (John Wiley , New York, USA, 1982), (b) 2nd ed (John Wiley, New York, USA, 1994) [5] Reuter, J.H., Ghosal, M., Chian, E.S.K and Giabbai, M in Aquatic and Terrestrial Humic Materials (eds Christman, R.F and Gjessing, E.T.) 107-125 (Ann Arbor Science, Ann Arbor, USA, 1983) A STUDY IN PEAT ACTIVATION IN LIENCHIEU - DANANG WITH HCL SOLUTION Tran Manh Luc, Le Thi Hong Duong The University of Danang – University of Science and Education ABSTRACT The characteristics of peat in Lien Chieu, Danang are defined: humidity: 5,193% ; organic content : 61,55%; ash content : 25,42%; surface area: 0.9551 ± 0.0376 (m²/g) The microscopic structure of peat is evaluated through IR, SEM In addition, the optimal conditions for peat activation with HCl solution include: acid HCl concentration : 4M; activation time : hour; the ratio of peat(g)/ HCl solution(ml): 1/3 The activated peat sample has the humidity level of 19.313%, organic concentration of 66,02%, ash concentration of 16,56%, surface area of 0.9331 m²/g ± 0.0376 m²/g Changes in the structure of the peat activated is evaluated through IR, SEM, and TG/DTA Keywords: peat, activation, structure, Lien Chieu * TS Trần Mạnh Lục, Email: tranmanhluc@yahoo.com Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm, ĐHĐN Lê Thị Hồng Dương, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm, ĐHĐN 34 ... trúc than bùn đánh giá qua phổ IR, ảnh SEM Đã xác định điều kiện tối ưu tiến hành hoạt hóa than bùn dung dịch axit HCl là: [HCl] = 4M; thời gian hoạt hóa = giờ; tỉ lệ than bùn (g) /dung dịch HCl. .. dang phần lại than bùn sau hoạt hoá 3.3.4 Xác định độ bền nhiệt than bùn sau hoạt hóa Để hiểu rõ ảnh hưởng q trình hoạt hố dung dịch HCl than bùn đánh giá độ bền nhiệt phần cịn lại sau hoạt hố, chúng... hoạt hóa than bùn dung dịch HCl 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ axit HCl đến q trình hoạt hóa Điều kiện tiến hành: than bùn: 10 gam, dung dịch axit HCl: 50 ml; thời gian: giờ; nồng độ HCl thay đổi từ 0,5