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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƢỜNG *** VŨ LỰC Ƣ́ NGHIÊN CƢƢ́U TẬN DỤNG BÃ THẢI TƢƢ̀QUÁTRÌNH SẢN XUÂT Ƣ́ Ƣ̀ Ƣ́ TINH BÔṬ SĂN VÀDONG RIÊNG ĐỂ CHÊTAỌ THAN HOẠT TÍNH ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MƠI TRƢỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƢỜNG *** VŨ LỰC NGHIÊN CƢƢ́U TẬN DỤNG BÃ THẢI TƢƢ̀QUÁTRÌNH Ƣ́ SẢN XUẤT TINH BÔṬ SĂN VÀ DONG RIỀNG ĐỂ CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MƠI TRƢỜNG Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS Trần Thị Hồng Hà Nội - 2012 Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Mục lục Mục lục i DANH MUCC̣ BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v Ƣ̀ MỞ ĐÂU ̉̉ CHƢƠNG TÔNG QUAN 1.1 Tổng quan sản xuất tinh bột sắn vàdong riềng vàcác vấn đề môi trươn ̀ g liên quan đến ba ̃thải 1.1.1 Các loại hình nghành nghề, số lượng sở sản xuất, kinh doanh làm nghề địa phương 1.1.2 Công nghệ sản xuất 1.1.3 Bã thải sau chế biến tinh bột 1.2 Giới thiệu than hoạt tính 1.2.1 Khái niệm than hoạt tính 1.2.2 Quy triǹ h sản xuất than hoaṭ tiń h 1.2.3 Một số nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ nguồn nguyên liệu khác 11 1.3 Ứng dụng than hoạt tính thực tế 16 1.3.1 Ứng dụng xử lý môi trường nước 16 1.3.2 Ứng dụng xử lý mơi trường khí 18 1.3.3 Sử dụng công nghiệp, chăn nuôi , thủy sản 19 1.4 Động học quá trình hấp phụ 21 1.4.1 Khái quát hấp phụ 21 1.4.2 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 22 CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .26 2.1 Đối tượng nghiên cứu vàđiạ điểm nghiên cứu 26 2.2 Điều kiện kinh tế - xã hội, trạng môi trường 27 2.2.1 Điều kiện kinh tế - xã hội 27 2.2.2 Hiện trạng môi trường xã Dương Liễu 32 2.3 Phương pháp nghiên cứu 35 2.3.1 Phương pháp tổng quan tài liệu 35 2.3.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực tế lấy mẫu 36 Vũ Lực, K17-KHMT i Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên 2.3.3 Phương pháp chế tạo than hoạt tính từ bã sắn bã dong riềng phương pháp hóa nhiệt 36 2.3.4 Phương pháp khảo sát đặc tính than chếtao 38 2.3.5 Khảo sát khả xửlýmàu (xanh metylen) nước than chế tạo 39 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.1 Kết chế tạo than hoạt tính từ ba s ̃ ắn vàdong riềng 41 3.1.1 Hiệu suất chế tạo 41 3.1.2 Đặc tính vật lý than chế tạo 41 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ màu than chếtaọ 44 3.2.1 Than chếtao từ bã sắn 44 3.2.2 Than chếtao từ bãdong riềng 50 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 63 Vũ Lực, K17-KHMT ii Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CAD100: Than hoạt tính chế tạo theo tỉ lệ axit/bã dong riềng 1:1 (w/w) CAD120: Than hoạt tính chế tạo theo tỉ lệ axit/bã dong riềng 1,2:1 (w/w) CAD150: Than hoạt tính chế tạo theo tỉ lệ axit/bã dong riềng 1,5:1 (w/w) CAS100: Than hoaṭtinh́ chếtaọ theo tỉ lệ axit/bã sắn 1:1 (w/w) CAS120: Than hoaṭtinh́ chếtaọ theo tỉ lệ axit/bã sắn 1,2:1 (w/w) CAS150: Than hoaṭtinh́ chếtaọ theo tỉ lệ axit/bã sắn 1,5:1 (w/w) UBND: Uỷ ban nhân dân ĐHQGHN: Đại học Quốc gia Hà Nội SEM: Kính hiển vi điện tử quét XRD: Nhiễu xạ tia X W/W: Khối lượng axit/bã sắn NN: Nông nghiệp CN – TTCN: Công nghiệp tiểu thủ công nghiệp TMDV: Thương mại dịch vụ HTX: Hợp tác xã UBND: Ủy ban nhân dân Vũ Lực, K17-KHMT iii Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Bảng Khối lượng bã thải mùa chế biến 2011-2012 xã Dương Liễu Bảng Kết khảo sát khả xử lýmàu dung dịch xanh metylen than hoạt tính chế tạo Bảng Hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ b Bảng Hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ b Bảng Kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen ) mẫu than CAS theo thời gian (lươngg̣ than/thểtich dung Bảng Thông sốđôngg̣ hocg̣ C 150 Bảng Các thông số động học phương trình Langmuir và Freundlich mâũ than CAS150 Bảng Kết qua khao sat kha hấp phu g̣mau ̉̉ than mâũ than CAS150 Bảng Kết qua khao sat kha hấp phu g̣mau than mâũ than CAS ̉̉ Bảng 10 Kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian than chếtaọ từ ba ̃dong riềng 50 Bảng 11 Kết hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen) thời điểm cân hấp phụ than chếtaọ từ ba d ̃ ong riềng Bảng 12 Các thông số động học C bã dong riềng Bảng 13 Kết tính toán các hệ số Langmuir và Freundlich cua cac mâũ than chế tạo từ bã dong riềng Bảng 14 Kết qua so sanh kha hấp phu g̣mau (xanh metylen ) than CAS ̉̉ và CAD (khối lươngg̣/ 150 Vũ Lực, K17-KHMT iv Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên DANH MỤC HÌNH Hình Sơ đồ tóm tắt quy trình sản xuất tinh bột sắn Hình Sơ đồ tóm tắt quy trình sản x́t tinh bột dong Hình Quy trình chung chế tạo than hoạt tính Hình Bã thải sắn khô tự nhiên 26 Hình Bã dong riềng để khô tư g̣nhiên 26 Hình Quy trình chế tạo than hoạt tính từ bã thải quátrinh ̀ sản xuất tinh 37 bôṭsắn vàdong riềng 37 Hình Than chếtaọ từ ba s ̃ ắn 42 Hình Than chếtaọ từ ba d ̃ ong riềng: 42 Hình 9: Hình ảnh chụp SEM mẫu than chế tạo từ bã sắn 43 Hình 10 Hình ảnh SEM các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng 43 Hình 11 Kết khảo sát khả hấp phụ màu mẫu than CAS150 theo thời gian (lươngg̣ than/thểtich́ dung dicḥ 1g/200ml) 45 Hình 12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mẫu than CAS150 46 Hình 13 Đường đẳng nhiệt hấp phu F g̣ reundlich than CAS150 47 Hình 14 Kết quảkhảo sát khảnăng hấp phu m g̣ àu ( xanh metylen) theo thời gian các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng : 51 Hình 15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng 54 Hình 16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich các mẫu t han chếtaọ từ ba d ̃ ong riềng 55 Vũ Lực, K17-KHMT v Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Bảng 14 Kết quảso sánh khảnăng hấp phu C̣màu (xanh metylen) than CAS150 CAD150 (khối lƣơṇg/thểtích dung dich 2g/200ml) Thơi gian hấp phu C̣ ̉Ƣ̀ Nồng c Thơi gian hấp phu C̣ ̉Ƣ̀ Nồng c Tư kết bảng 14 ta thấy vơi hai mâũ than CAS ̉̀ lươngg̣, tỷ lệ axit hoạt hóa , các điều kiện tiến hành thí nghiệm tương đương nhau, thấy kha hấp phu g̣mau (xanh metylen ) mẫu than CAS ̉̉ nhiều so vơi mâũ than CAD ̉́ thấp so vơi hiêụ suất chếtaọ cua than CAD ̉́ Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận: Từ các kết nghiên cứu thu có thể đưa số kết luận sau: Hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã sắn đạt tương ứng là : 41,2; 54,4 và 56,8% các mâũ than CAS 100; CAS120; CAS150 theo khối lượng, hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã dong riềng cao so với từ bã sắn, tương ứng với các mẫu than CAD 100; CAD120; CAD150 hiệu suất đạt tương ứng là 52,3; 64,5 và 74,6% Vậy hiệu suất đạt cao nhất với tỉ lệ axit:bã là 1,5:1 (căn bảng 3, bảng 4) Hình thái bề mặt quan sát qua kết chụp SEM cho thấy bề mặt than rất xù xì, các hạt có kích thước cũng hình dạng khác nhau, có nhiều lỡ rỡng với các kích thước khác nhau; điều có thể nhận xét than rất xốp và có diện tích bề mặt lớn Đối với mẫu than CAS150 kích thước lỡ rỡng đạt μm, diện tích bề mặt riêng khá cao đạt 428 và 254m /g tương ứng với kích thước hạt 0,2 và 2mm than CAS150, có thể khẳng định tỷ lệ axit càng lớn độ xốp than càng lớn Vì vậy có thể nói quá trình đốt axit tạo nên than có bề mặt rất xốp và diện tích bề mặt riêng đạt có thể lớn độ Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen than chếtaọ , với nồng xanh metylen khoảng 20 - 100 mg/L, cho thấy cân hấp phụ than chế tạo từ bã sắn và bã dong riềng đạt tương ứng sau 85 phút và sau 60 phút Hiệu suất hấp phụ thời điểm cân các mẫu than CAD 150, CAS150 là max là 82 và 74% với nồng đô g̣xanh metylen 100mg/L, tương ứng với tỷ lệ than/dung dịch xanh metylen là 1g/200ml, 2g/200ml Kết khảo sát khả hấp phụ mà u (xanh metylen) phụ thuộc vào kích thước than cho thấy với mâũ than CAS 150 ta thấy tốc đô vg̣ àhiêụ suất hấp phu m g̣ àu (xanh metylen) than kích thước 0,2mm cao so với than cókich ́ thước 2mm Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Kết khảo sát khả hấp phụ màu (xanh metylen ) theo khối lươngg̣ than với mâũ than CAS 150 kích thước 2mm thấy hiêụ suất hấp phu g̣than tăng tăng khối lươngg̣ than Kết khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thu dung lượng hấp phụ màu (xanh metylen) đơn lớp tối đa các mẫu than CAD 100; CAD120; CAD150; CAS150 là 168,6; 103; 102,8 và 234,7 mg/g Khuyến nghị: Từ các kết đạt và số điều kiện thời gian và khơng gian tiến hành thí nghiệm, cũng giới hạn luận văn có thể đưa số kiến nghị sau: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã sắn vàba ̃ dong riềng các phương pháp điều chế than hoạt tính khác nhau, có thể áp dụng các quy trình điều chế than các nguồn nguyên liệu có trước đây, đặc biệt lưu ý tới các phương pháp vật lý điều chế than Khảo sát khả hấp phụ than điều chế với nhiều đối tượng khác các VOCS để thấy khả ứng dụng xử lý mơi trường Khảo sát khả hấp phụ màu nước thải thực tế các nhà máy nước thải dêṭnhuôṃ Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Viêṭ Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Lê Thanh Chiến (2010), “Nghiên cứu sử dụng gỗ đước để sản xuất đồ mộc, than hoạt tính”, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, http://www.fsiv.org.vn Trịnh Xuân Đại (2009), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni kim loại nặng nước”, Luận án Cao học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hoà (2008), “Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD nước thải nhuồm cacbon hoạt hố chế tạo từ bụi bơng”, 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 Phan Ngọc Hòa, Nguyễn Thanh Hồng và Nguyễn Văn Phong (2007), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính dạng sợi từ xơ đay để hấp phụ phenol P-nitrophenol nước”, Tạp chí Hóa học, Tập 45, tr 52-56 Trần Văn Hùng, Trần Thị Kim Hoa, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Hữu Phú (2009), “Hoàn ngun than hoạt tính phương pháp oxy hóa xúc tác dị thể lỏng-rắn”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 25, tr75-80 Trần Văn Hùng, Nguyễn Hữu Phú (2008), “Nghiên cứu khả hồn ngun than hoạt tính xúc tác khơng khí nóng”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 24, tr287-291 Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương Điều chế 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, Hà nội (2006) pp 32-37 Nguyễn Thắng Lợi (2006), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính sản xuất nước để xử lý nhiễm mùi số ngành sản xuất công nghiệp”, Đề tài nghiên cứu cấp Bộ, Bộ Lao Động, Thương binh và Xã hội 10 UBND xã Dương Liễu (2012), báo cáo kinh tế, xã hội, trạng môi trường xã Dương Liễu Báo cáo hàng năm Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ 11 gỗ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc (2010), “Nghiên cứu sử dụng than Đước để sản xuất than hoạt tính”, Phòng Nghiên cứu Chế biến Lâm sản, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam 12 Quách Thị Phượng (2012), “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ than bùn”, Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 13 Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan (2004), Giáo trình công nghệ xử lý môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 14 Nguyễn Quý Thép (2007), Tận dụng nguồn chất thải từ nhà máy nhiệt điện để chế tạo than hoạt tính Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ 15 Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), Nghiên cứu khả hấp phụ metyl đỏ dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý Mơi trường, Ḷn văn Thạc sỹ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 16 Phan Đình Tuấn, Nguyễn Trần Huyền Anh (2008), “Nghiên cứu ứng dụng than tràm hoạt tính xử lý nước thải dệt nhuộm”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, Tập 11, số 8, 2008, tr 99-104, Nxb Đại học Quốc Gia Hồ Chí Minh 17 Phạm Ngọc Thanh (1990), “Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ phế liệu thực vật”, Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Phantichmoitruong (2012), “Nghiên cứu than hoạt tính giảm phát thải khí metan từ bãi rác”, http://phantichmoitruong.com 18 Bộ Công thương (2012) “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính sợi dứa bà”, http://nlsh.khcn-moit.gov.vn 19 Tiếng Anh 20 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 21 Bansal R.C, Goyal M (2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis group, USA Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên 22 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), 8-16 23 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 24 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 25 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 26 Harry Marsh and Francisco R Reinoso (2006), “Activated Carbon”, Elsevier Science and Technology Books, University of Alicante 27 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 28 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 29 Sandro Altenor, Betty Carene, Evens Emmanuel, Jacques Lambert, JeanJacques 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), 1029- 1039 30 Teresa J Bandosz (2006), “Activated carbon surfaces in Environmental Remediation”, Interface Science and Technology, Vol 7, New York, USA Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên PHỤ LỤC Môṭsốhinh̀ ảnh quátrinh̀ làm thiń ghiêṃ ẢNH 1: Nồng đô m ̣ àu (xanh metylen) giảm dần theo thời gian ẢNH 2: Hình ảnh tiến hành lấy mẫu xanh metylen Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên ẢNH 3: Hình ảnh tiến hành khuấy từ theo me Ảnh 4: Hình ảnh tủ sấy memmert Đức - Ảnh 5: Hình ảnh máy lắc Eđun Biiher GmbH Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Anh 6: Hình ảnh lò nung Lenton PO Box 2031 Hope Valley S33 6BW Englandkhoa Ảnh 7: Mô tương tác chùm điện tử với chất rắn tiến hành chụp SEM Kính Hiển vi Điện tử quét JSM 5410 LV Khoa Vật lý Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Một số hình ảnh thực địa, lấy mẫu Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Một số hình ảnh thực địa, lấy mẫu Vũ Lực,K17- KHMT Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên Một số hình ảnh thực địa, lấy mẫu Vũ Lực,K17- KHMT ... 1.2.3 Một số nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ nguồn nguyên liệu khác 11 1.3 Ứng dụng than hoạt tính thực tế 16 1.3.1 Ứng dụng xử lý môi trường nước ... nhọn, cứng 1.3 Ứng dụng than hoạt tính thực tế 1.3.1 Ứng dụng xử lý môi trường nước Than hoạt tính ứng dụng ở hai lĩnh vực chính: xử lý chất lỏng (79%) và chất khí (21%) Đặc biệt ứng dụng. .. viêcg̣ nghiên cứu điều chế, sản xuất và ứng dụng than hoạt tính ngày càng quan tâm Ở Việt Nam cũng có khá nhiều cơng trình nghiên cứu điều chế , sản xuất và sử dụng than hoạt tính cũng nghiên