(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học biogas của phụ phẩm dứa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ MẠNH TÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC BIOGAS CỦA PHỤ PHẨM DỨA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ MẠNH TÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC BIOGAS CỦA PHỤ PHẨM DỨA Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Cán hướng dẫn: TS Phan Thị Tuyết Mai Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Phan Thị Tuyết Mai – Giảng viên khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đề tài, hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập làm việc trường Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè, người thân yêu chỗ dựa tinh thần vững cho em suốt trình học tập rèn luyện Đề tài em thực phịng Thí nghiệm số 2, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đề tài thực với nguồn kinh phí hỗ trợ từ đề tài đặt hàng tỉnh Ninh Bình với Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, mã số đề tài 16/HĐ-KHCN Hà Nội, ngày 19 tháng 09 năm 2017 Học viên Ngô Mạnh Túc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu trình phân hủy kị khí 1.1.1.Biogas gì? 1.1.2.Ứng dụng biogas 1.2 Quá trình phân hủy kỵ khí 1.2.1.Nguyên lý hóa học sinh học q trình phân hủy kị khí 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men kị khí 12 1.3 Cơng nghệ phân hủy kỵ khí 15 1.4 Tình hình phát triển cơng nghệ biogas 19 1.4.1 Tình hình phát triển công nghệ biogas giới .19 1.4.2 Tình hình phát triển cơng nghệ biogas Việt Nam 19 1.5 Sản xuất biogas từ phụ phẩm dứa 20 1.5.1 Nguồn phụ phẩm dứa giới Việt Nam .20 1.5.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất biogas từ phụ phẩm dứa………………… 21 1.5.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới q trình lên men kỵ khí phụ phẩm dứa 23 1.5.4 Các phương pháp tiền xử lý phụ phẩm dứa cho trình phân hủy kỵ khí 25 Chương THỰC NGHIỆM 29 2.1.Nguyên vật liệu 29 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất sử dụng 29 2.1.3 Trang thiết bị 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1.Thiết kế vận hành mơ hình thí nghiệm 30 2.2.2 Xác định tổng thể tích khí sinh q trình phân hủy kị khí 32 2.2.3 Xác định suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 32 2.2.4 Phân tích hóa học 33 Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Nghiên cứu tiềm sinh khí biogas phụ phẩm dứa 34 3.1.1 Xác định thành phần phụ phẩm dứa 34 3.1.2 Nghiên cứu trình thủy phân phụ phẩm dứa KOH 35 3.1.2.1.Khảo sát ảnh hưởng nồng độ KOH 36 3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân 38 3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn nguồn VSV sinh metan 40 3.1.4 Xác định suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 41 3.2 Nghiên cứu nâng cao suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 43 3.2.1 Nghiên cứu trình thủy phân acid hóa vi sinh vật cỏ 43 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ dinh dưỡng C:N 47 3.2.3 Năng suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa hệ thống pilot 48 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 54 Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 1: Một số lồi vi sinh vật q trình phân hủy kỵ khí…………………….10 Hình 2: Đường cong sinh trưởng vi sinh vật .11 Hình 3: Bể UASB 16 Hình 4: Bể tự hoại 16 Hình 5: Hệ thống lên men kị khí giai đoạn 16 Hình 6: Hệ thống lên men kị khí giai đoạn 16 Hình 7: Cấu trúc lignocellulose 24 Hình 8: Cấu tạo phân tử cellulose 24 Hình : Cơ chế tổng quát đề xuất phản ứng thủy phân xenlulo enzym cellulase 28 Hình 10: Ảnh mẫu tiền xử lý, thủy phân acid hóa phụ phẩm dứa 30 Hình 11: Hệ thống đo khí phương pháp cột nước 32 Hình 12: Theo dõi tổng acid, tổng đường mẫu vỏ dứa khảo sát ảnh hưởng nồng độ KOH 37 Hình 13 Theo dõi pH đường mẫu vỏ dứa theo thời gian thủy phân dung dịch KOH 0,02N .39 Hình 14 Nồng độ loại acid mẫu vỏ dứa theo thời gian thủy phân KOH 0,02N 39 Hình 15 Năng suất sinh khí biogas mẫu với nguồn VSV khác 40 Hình 16 Sự thay đổi mật độ VSVSMT từ Thanh Hóa: a- mẫu ban đầu; b-mẫu sau 18 ngày phân hủy kỵ khí 41 Hình 17 Sự thay đổi pH mẫu phụ phẩm dứa với tỷ lệ dinh dưỡng C/N khác q trình phân hủy kỵ khí .42 Hình 18: Tổng thể tích khí biogas sinh theo ảnh hưởng tỷ lệ C/N .42 Hình 19: Theo dõi pH, tổng đường, tổng acid mẫu vỏ dứa trình thủy phân acid hóa vi sinh vật cỏ bò 44 Học viên: Ngơ Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 20 Nồng độ loại acid mẫu vỏ dứa theo thời gian thủy phân acid hóa vi sinh vật cỏ bị 46 Hình 21: Nổng thể tích khí methan sinh theo ảnh hưởng tỷ lệ C/N .48 Hình 22: Đường chuẩn protein bước sóng 645nm 57 Hình 23: Mơ hình thiết bị điện di mao quản .63 Hình 24: Đường chuẩn xác định COD .66 Hình 25: Đường chuẩn xác định PO43- .68 Hình 26: Đường chuẩn xác định NH4+ 71 Học viên: Ngơ Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Các vi khuẩn lên men acid 08 Bảng 2: Phân tích thành phần phụ phẩm dứa 34 Bảng 3: Các thông số mẫu dịch vỏ lõi dứa sau tuần thủy phân KOH 36 Bảng 4: Các thông số mẫu dịch vỏ lõi dứa sau trình thủy phân dung dịch KOH 0.02M theo thời gian .38 Bảng 5: Sự thay đổi pH, tổng đường tổng acid dịch phụ phẩm dứa theo thời gian hủy phân, acid hóa vi sinh vật cỏ bò 44 Bảng 6: Kết hàm lượng VFA mẫu dịch phụ phẩm dứa theo thời gian phân hủy, acid hóa vi sinh vật cỏ bị 45 Bảng Kết phân tích thành phần lỏng rắn mẫu phụ phẩm dứa sau trình thủy phân axit dung dịch KOH 0,02M cỏ bò 47 Bảng 8: Giá trị tổng thể tích khí biogas COD mẫu chất dứa phân hủy hệ pilot 35 lít 49 Học viên: Ngơ Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD (Biochemical oxygen demand): Nhu cầu oxy sinh hóa COD (Chemical oxygen demand): Nhu cầu oxy hóa học UASB (Upflow anearobic sludge blanket): Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kị khí X: Hàm lượng cellulose TS: Tổng chất rắn TS (Turbidity and suspendid solids): Tổng chất rắn lơ lửng VFA (Volatile fatty acid): Acid béo dễ bay VS: Thành phần hữu dễ bay VSV: Vi sinh vật VSVSMT: Vi sinh vật sinh methan Học viên: Ngơ Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU Dứa công nghiệp phát triển mạnh đặc sản nước ta Các sản phẩm chế biến từ dứa Việt Nam xuất sang nhiều nước giới Khối lượng dứa xuất không ngừng gia tăng, đồng nghĩa với lượng phụ phẩm thải từ nhà máy chế biến lớn có đến 70 – 75 % khối lượng dứa phụ phẩm Ngoài ra, phụ phẩm từ dứa thải sau thu hoạch lớn, lên đến 50 - 60 tấn/ha [5,8,10] Có thể thấy, lượng phụ phẩm dứa hàng năm lớn, giá trị sử dụng lại ít, sử dụng lượng nhỏ để chế biến thành thức ăn cho gia súc, cịn lại đổ bỏ, gây lãng phí, tốn diện tích đất làm bãi chứa, đồng thời, gây ô nhiễm môi trường Phụ phẩm từ dứa qua trình phân hủy tự nhiên tạo mùn gây mùi thối, mùn tạo lại khó sử dụng làm phân bón hàm lượng acid cao gây chai đất có hại cho trồng Việc chọn giải pháp phù hợp để xử lý nguồn phụ phẩm này, biến chúng trở thành nguồn tài nguyên thách thức nhà khoa học Phụ phẩm từ dứa có hàm lượng dinh dưỡng cao, thích hợp cho q trình xử lý cơng nghệ lên men kỵ khí sinh khí methan Trong đó, q trình thủy phân phụ phẩm dứa giai đoạn quan trọng định lớn đến hiệu trình lên men Tuy nhiên, trình thủy phân thường xảy chậm có mặt lượng lớn thành phần lignocelluloses nguyên liệu Lignocelluloses có cấu trúc vững nên trình thủy phân thường khó xảy xảy chậm [14] Vì thế, nghiên cứu trình thủy phân phụ phẩm dứa nhằm nâng cao khả sản xuất khí methan quan trọng Cho đến nay, công nghệ chưa phổ biến cho thấy tiềm lớn tận dụng nguồn nguyên liệu phụ phẩm nông nghiệp rẻ tiền dồi Việt Nam Do vậy, đề tài “Nghiên cứu khả sinh khí sinh học biogas phụ phẩm dứa” đưa nghiên cứu có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ m: khối lượng mẫu cân để xác định, g 3: đương lượng gam carbon, g 100/75: hệ số quy đổi (do phương pháp có khả oxy hóa 75 % tổng lượng carbon hữu cơ) 1.7 Xác định hàm lượng protein (Phương pháp Lowry) - Nguyên tắc: Hầu hết protein chứa Tyrosin Tryptophan Hàm lượng acid amin tùy thuộc vào loại protein Vì vậy, protein loại với có hàm lượng acid amin giống Khi cho protein tác dụng với thuốc thử Folin tạo thành phức chất có màu Cường độ màu phức tỉ lệ với hàm lượng Tyrosin Tryptophan (cũng hàm lượng protein) Vì thế, ta dùng phương pháp so màu để xác định hàm lượng protein - Cách tiến hành: Chiết g sinh khối (sau nghiền nhỏ để phá vỡ tế bào) 20 mL NaOH 0,1 N đun sôi cách thủy 15 phút, sau đó, trung hịa H2SO4 0,1 N định mức nước cất tới vạch 100 mL lọc, lấy mL dịch lọc pha loãng tiếp nước cất tới 100 mL, ta thu dịch protein đem phân tích Lấy 0,5 mL dung dịch protein cho vào ống nghiệm khô cho thêm vào mL dung dịch C Lắc đều, để yên 20 phút nhiệt độ thường Sau đó, thêm 0,25 mL thuốc thử Folin pha lỗng lần, lắc Sau 30 phút, màu vàng hỗn hợp phản ứng chuyển sang màu xanh thẫm Đo cường độ màu hỗn hợp máy so màu quang điện bước sóng 645 nm Nồng độ protein có dung dịch nghiên cứu xác định nhờ tra theo đường chuẩn dung dịch protein tinh khiết - Tính tốn kết quả: Nồng độ protein có dung dịch nghiên cứu xác định nhờ tra theo đường chuẩn dung dịch protein tinh khiết Mỗi thí nghiệm lặp lại lần Học viên: Ngô Mạnh Túc 57 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 22: Đường chuẩn protein bước sóng 645 nm 1.8 Xác định tổng N (Phương pháp Kendal) Nguyên tắc: phương pháp dùng để xác định thành phần nitơ hữu vô mẫu Phương pháp gồm giai đoạn: phá mẫu, chưng cất, chuẩn độ + Giai đoạn phá mẫu: hợp chất nitơ có chất hữu bị phân hủy acid sunfuric đặc, nhiệt độ cao, có mặt chất xúc tác, để chuyển thành dạng khử amoni sunfat N (hữu cơ) + H2SO4 → (NH4)2SO4 + H2O + CO2 + Giai đoạn chưng cất: môi trường kiềm mạnh, hợp chất NH4+ chuyển thành NH3 thu lại sau trình chưng cất (NH4)2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O + 2NH3 NH3 cất hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch H3BO3 biết trước nồng độ 2NH3 + 2H2O + 4H3BO3 = (NH4)2B4O7 + 7H2O + Giai đoạn chuẩn độ: Phức amoni borat chuẩn độ với H2SO4 biết trước nồng độ 2NH4H2BO3- + H2SO4 → (NH4)2SO4 + 2H3BO3 Cách tiến hành: Chuẩn bị mẫu: mẫu phơi khơ, nghiền nhỏ với kích thước < mm Học viên: Ngơ Mạnh Túc 58 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Phá mẫu: + Cân xác 0,2 – 1,0 g mẫu cho vào bình Kenđan (tránh để mẫu dính vào cổ bình) + Thêm 10 mL H2SO4 đặc lắc nhẹ để acid thấm toàn mẫu Để nguội + Thêm 2,5 g hỗn hợp xúc tác (Na2SO4/ CuSO4.5H2O tỷ lệ 10:1) + Nung mẫu hệ thống phá mẫu cho nhiệt độ không 400˚ C, đun tới dung dịch bình trở nên suốt (thường khoảng 60 phút) + Để nguội, sau chuyển sang bình định mức 100 mL, định mức nước cất Cất amoniac: + Lấy xác 50 mL mẫu cho vào bình cất, pha lỗng với nước cất tới khoảng 200 mL Lắp vào cất + Lấy 20 mL dung dịch H3BO3 3% vào bình nón 250 mL hấp thu NH3 Đầu mút ống sinh hàn (ống dẫn NH3) phải ngập dung dịch H3BO3 + Lấy 25 mL NaOH 40 % vào phận phễu chiết, nhỏ từ từ vào mẫu cất để giải phóng NH3 từ (NH4)2SO4, cất tới cịn lại 1/3 thể tích dung dịch ban đầu dừng Chuẩn độ: cho vài giọt thị vào dung dịch cất chuẩn độ với acid H2SO4 0,05 N dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu hồng tím kết thúc q trình chuẩn độ Mỗi thí nghiệm lặp lại lần Tính tốn kết quả: N= 14*0.05*V *100 (%) m Trong đó: V: thể tích H2SO4 dùng để chuẩn độ, mL m: khối lượng mẫu khô, mg 1.9 Xác định hàm lượng đường Nguyên tắc: q trình trích ly, đường sacarozo bị thủy phân phần có mặt acid hữu có sẵn dứa, đó, cần xác định riêng đường khử đường sacarozo phải trung hòa acid hữu NaOH % Na2CO3 bão hịa Học viên: Ngơ Mạnh Túc 59 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Cách tiến hành: Cân khoảng 10 g nguyên liệu, nghiền nhuyễn cối sứ với nước cất Nhỏ giọt metyl đỏ vào cho từ từ NaOH % vào màu hồng nhạt, sau đó, cho hỗn hợp vào bình định mức 100 mL để trích ly, lắc 10 phút, định mức tới vạch đem lọc Sau lọc, lấy dung dịch mẫu chứa đường khử cho vào burette Cho vào bình nón 10 mL dd K3Fe(CN)6 % 2,5 mL dd NaOH 2,5 N Đun sôi chuẩn độ bếp dung dịch đường khử từ burette cho giọt lắc mạnh Dung dịch ban đầu có màu vàng chanh ferrycyanure Điểm dừng chuẩn độ xác định màu vàng chanh biến mất, dung dịch suốt không màu khoảng 30 giây chuyển sang màu vàng rơm nhạt ferrocyanure Trong trường hợp khó nhận điểm chuyển màu kiểm tra điểm kết thúc cách nhỏ giọt thị methylen blue giọt đường thừa làm màu xanh, cho biết phản ứng kết thúc Kết chuẩn độ có giá trị tham khảo cho lần chuẩn độ thứ hai Sau đun sôi dung dịch ferrycyanure, xả nhanh lượng đường, để lại khoảng mL để chuẩn độ tiếp, tìm xác điểm cuối Kết tính toàn sử dụng từ lần chuẩn độ thứ hai trở Tính tốn kết quả: Trong thí nghiệm, Vk mL dung dịch mẫu Vg mL dung dịch glucose 0,5 % phản ứng với dung dịch ferrycyanure nồng độ xác định Như vậy, Vk mL dung dịch tương ứng với Vg mL dung dịch glucose 0,5 % có (0,5*Vg)/ 100 g glucose Lượng đường khử tính cơng thức: Xk = 0.5*Vg*V*100 100*Vk*m Trong đó: Xk lượng đường khử, g/100 g hay g/100 mL Vg: thể tích dung dịch glucose 0,5 % cho chuẩn độ, mL Vk: thể tích dung dịch đường khử cho chuẩn độ, mL V: thể tích bình định mức, mL Học viên: Ngơ Mạnh Túc 60 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ m: lượng mẫu thí nghiệm, g mL Định lượng đường tổng Đường tổng bao gồm gluxit hịa tan trích ly nước Cân xác khoảng 10 g nguyên liệu, nghiền nhuyễn nguyên liệu với nước cất Nhỏ giọt thị metyl đỏ cho từ từ giọt NaOH % xuất màu hồng nhạt Sau đó, cho hỗn hợp vào bình định mức để trích ly, lắc 10 phút, định mức tới vạch đem lọc Lấy xác 50 mL dung dịch mẫu cho vào bình tam giác 250 mL Thêm 20 mL dung dịch HCl % đem đun cách thủy hỗn hợp 30 – 45 phút Sau đó, làm nguội nhanh trung hòa hỗn hợp dung dịch NaOH 2,5 N Na2CO3 bão hòa với thị metyl đỏ Sau đó, cho vào bình định mức 250 mL định mức tới vạch Tiến hành chuẩn độ tương tự đinh lượng đường khử Hàm lượng đường tổng tính cơng thức: Xt = 0.5*Vg*V1*V2*100 100*Vt*50*m Trong đó: Xt: hàm lượng đường tổng, % Vg: thể tích dung dịch glucose 0,5 % cho chuẩn độ, mL Vt: thể tích dung dịch đưởng tổng cho chuẩn độ, mL V1: thể tích bình định mức dung dịch xác định đưởng khử,mL V2: thể tích bình định mức dung dịch xác định đường tổng,mL m: lượng mẫu cân thí nghiệm, g mL Học viên: Ngơ Mạnh Túc 61 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC 2 Xác định hàm lượng tổng acid Tiến hành: Hút – 10 mL dung dịch cho vào bình tam giác 100 mL, thêm 20 mL nước cất trung tính giọt dung dịch phenolphtalein 0,1 % lắc chuẩn độ NaOH 0,1 N đến dung dịch có màu hồng nhạt bền 30 giây Tính tốn kết quả: Hàm lượng acid tổng số tính g/100 mL theo cơng thức: X= V*K*100 V1 Trong đó: V- thể tích NaOH 0,1 N, mL V1- thể tích mẫu hút để chuẩn độ, mL K- hệ số để tính loại acid tương ứng PHỤ LỤC Học viên: Ngô Mạnh Túc 62 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Xác định VFA phương pháp điện di Nguyên tắc phương pháp điện di: Điện di mao quản (CE) kỹ thuật tách chất dựa sở di chuyển khác phần tử chất (chủ yếu ion mang điện tích) dung dịch chất điện giải (có chất đệm pH), tác dụng điện trường E định (do V đặt vào hai đầu mao quản sinh ra) tính chất (đặc trưng) dòng điện di thẩm thấu (EOF) phụ thuộc vào điện tích kích thước chúng Mơ hình thiết bị điện di mao quản mơ tả hình a Thiết bị bao gồm hai dung dịch đệm, mao quản với hệ thống làm mát, nguồn điện cao thế, hệ bơm mẫu, detectơ phận xử lý kết Hình 23: Mơ hình thiết bị điện di mao quản Thông thường, cột tách điện di dài từ 10 đến 100 cm với đường kính cột từ 25 đến 100 m sở vật liệu silica không tẩm mao quản tẩm chất mang phương pháp hóa học hấp phụ Trong mao quản thường chứa dung dịch đệm, gel dung dịch polyme Nguồn điện cao đưa vào qua điện cực platin để tạo điện trường khoảng 30 kV Mẫu bơm vào theo hai cách thủy động lực học (hydrodynamic) điện động học (electrokinetic) + Điều kiện đo: Học viên: Ngô Mạnh Túc 63 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hệ đệm : L-Histidin/ 2- (N- morpholino) ethanesulfonic acid (MES) (Tỉ lệ 30/40 mM) (pH = 6,0) Mao quản silica với tổng chiều dài 50 cm, Chiều dài hiệu dụng 40 cm, đường kính mao quản 50 µm Bơm mẫu: theo phương pháp xiphông độ cao 15 cm 20 giây Thế: -18kV + Xử lý mẫu Các mẫu nước lọc qua màng lọc 0,45 µm, pha lỗng với tỉ lệ thích hợp phân tích thiết bị điện di mao quản (CE-C4D) Các mẫu phân tích theo phương pháp thêm chuẩn điểm lập đường thêm chuẩn PHỤ LỤC 4 Xác định COD Hố chất dụng cụ: Học viên: Ngơ Mạnh Túc 64 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hỗn hợp phản ứng: Hoà tan 10,216 g K2Cr2O7 loại tinh khiết, sấy sơ 1030 C giờ, thêm 167 mL dung dịch H2SO4 33,3 g HgSO4 Làm lạnh định mức tới 1000 mL Thuốc thử acid: Pha thuốc thử theo tỉ lệ 22 g Ag2SO4 /4 kg H2SO4 Để dung dịch pha đến ngày để lượng bạc sunfat tan hoàn toàn Dung dịch chuẩn kaliphtalat (HOOCC6H4COOK): Sấy sơ lượng kaliphtalat nhiệt độ 1200o C Cân 850 mg kaliphtalat hoà tan định mức thành L Dung dịch chứa mgO2/mL Hóa chất dụng cụ: HgSO4, tkpt, H2SO4 đặc, tinh khiết, máy so màu, máy phá mẫu COD, ống phá mẫu có nắp vặn kín TFE, pipet Phương pháp xác định xây đựng đường chuẩn Bước 1: Lấy vào ống tube ampule 2,5 mL mẫu, Bước 2: Thêm vào 1,5 mL dung dịch phản ứng 3,5 mL dung dịch thuốc thử acid H2SO4 Bước 3: Đem đun thiết bị phá mẫu COD nhiệt độ 1500oC Bước 4: Lấy để nguội đến nhiệt độ phòng tiến hành đo mật độ quang bước sóng 600 nm (chú ý: đo tránh để dung dịch vẩn đục có bọt khí làm sai kết phân tích) Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0, 20, 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000 mgO2/L Tiến hành xử lý phá mẫu tương tự Từ số liệu thực nghiệm vẽ đường chuẩn COD biểu diễn hình 24 Học viên: Ngơ Mạnh Túc 65 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 24: Đường chuẩn xác định COD Học viên: Ngơ Mạnh Túc 66 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC 5 Xác định PO43-+ (TCVN 6020-2008) - Nguyên tắc : PO43- phản ứng với Vanadat- Molipdat tạo thành phức có màu vàng Cường độ màu tùy thuộc hàm lượng PO43- mẫu Sau đo quang bước sóng 470 nm - Hóa chất Vanadat- Molipdat: Dung dịch A: Cân 12,5 g (NH4)2MoO4 (NH4)6Mo7O24.4H2O cho vào cốc thủy tinh pha thành 300 mL dung dịch nước cất Dung dịch B: Cân 0,625 g NH4VO3 cho vào cố thủy tinh Thêm 150 mL H2O cất, đun nhẹ bếp cho tan làm nguội thêm tiếp 150 mL HCl đặc Sau đó, cho dung dịch A trộn với dung dịch B định mức thành 500 mL - Tiến hành phân tích: Xác định đường chuẩn: Cân 1,211 g NH4H2PO4 sấy khô đến khối lượng không đổi 105oC pha L nước Dung dịch có nồng độ PO43là 1000 mg/L Sau đó, pha lỗng dung dịch 10 lần dung dịch có nồng độ PO43- 100 mg/L Cho dung dịch vào bình định mức theo tỷ lệ bảng sau, sau thêm mL Vanadat- Molipdat định mức đến vạch 25 mL nước cất Phân tích mẫu: Lấy 17,5 mL mẫu cho vào bình định mức, thêm mL Vanadat- Molipdat, sau đó, định mức đến 25 mL Đo quang bước sóng 470 nm Từ số liệu thực nghiệm vẽ đường chuẩn COD biểu diễn hình 25 Học viên: Ngơ Mạnh Túc 67 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 25: Đường chuẩn xác định PO43- Học viên: Ngơ Mạnh Túc 68 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC 6 Xác định NH4+ [10] (TCVN 6179-1996) - Nguyên tắc: Trong môi trường kiềm NH4+ chuyển thành NH3, NH3 phản ứng với thuốc thử Nessler dung dịch có mơi trường kiềm mạnh K2HgI4 (indo mecurate kalium) tạo thành hệ chất keo có màu vàng nâu, cường độ màu phụ thuộc vào tỉ lệ NH3 mẫu 2K2HgI4 + NH3 + 3KOH = Hg(HgIONH2) +7KI +2H2O Màu vàng K2HgI4 + NH3 + KOH = Hg(HgI3NH2) +5KI +H2O Màu nâu Cường độ màu đại diện cho lượng NH3 có mẫu xác định cách dùng máy đo quang Phương pháp dùng để xác định lượng NH 20 µg NH3 – N/L mg NH3 – N/L Độ nhạy phức 0,25 microgam amoni, giới hạn pha loãng 1-2.107 Dùng phương pháp trắc quang để xác định nồng độ amoni: Đo mật độ hấp thụ quang hỗn hợp phản ứng bước sóng 420 nm Phương pháp bị ảnh hưởng amin thơm amin béo, chúng tạo màu với thuốc thử loại bỏ dung dịch ZnSO4 5% Cl2 gây ảnh hưởng nên cần loại bỏ cách chưng cất mẫu bình Kjeldal với đệm borat (pH = 9) Mẫu sau chưng đưa vào bình chứa sẵn acid boric % Sau cho mẫu tác dụng với thuốc thử nessler môi trường kiềm Các ion Ca, Mg, Fe….kết tủa môi trường pH cao (do có NaOH) ảnh hưởng kết đo quang nên loại bỏ dung dịch Xecnhet EDTA Loại bỏ H2S cách giảm pH xuống HCl sục đến khơng cịn mùi H 2S M2+ + KNaC4H4O6 → K+ +Na+ +MC4H4O6 Học viên: Ngô Mạnh Túc 69 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Luận văn thạc sĩ Chuẩn bị hóa chất: Chuẩn bị dung dịch chuẩn NH4+ : Dung dịch A: Hòa tan 0,2965 g NH4Cl tinh khiết sấy khô đến khối lượng không đổi 105-110oC nước cất bình định mức L Thêm nước cất đến vạch thêm mL Cloroform để bảo vệ Dung dịch có nồng độ NH4+ 100 mg/L Dung dịch B: Lấy dung dịch A pha loãng nước cất 25 lần Dung dịch có nồng độ NH4+ mg/L Dung dịch muối Xenhet: Hòa tan 50 g Kalinatri tactrat KNaC4H4O6.4H2O 100 mL nước cất Thêm mL NaOH 10 % đun nóng thời gian để loại bỏ NH3, thể tích dung dịch sau đun 100 mL Dung dịch thuốc thử Nessler: Cân 4,55 g HgI2 3,50 g KI trộn hòa tan lượng nước cất (khoảng 30 mL) Cân 11,2 g KOH pha riêng khoảng 30 – 40 mL nước cất hai lần, để nguội Đổ dung dịch KOH sau nguội vào hỗn hợp Định mức tới 100 mL, để lắng kết tủa chỗ tối cạn dung dịch suốt vào lọ có nút cao su, để chỗ tối Thuốc thử có màu vàng yếu sau 24 dùng Thuốc thử độc nên phải bảo quản lọ nâu có nút nhám - Tiến hành phân tích: Dựng đường chuẩn cho phép phân tích: Lấy vào ống nghiệm khơ dung dịch tiêu chuẩn B bảng sau Sau cho thuốc thử, lắc ống nghiệm, để yên 10 phút đem đo màu bước sóng 420 nm Từ kết xây dựng đường chuẩn biểu diễn phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ mẫu Từ số liệu thực nghiệm vẽ đường chuẩn COD biểu diễn hình 26 Học viên: Ngơ Mạnh Túc 70 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 26: Đường chuẩn xác định NH4+ Phân tích mẫu thực : Pha loãng mẫu nước cất cho nồng độ mẫu nằm đường chuẩn Lấy 5,0 mL dung dịch mẫu vào ống nghiệm khô, thêm 0,2 mL dung dịch Xecnhet 0,3 mL dung dịch Nessler, lắc đều, để yên 10 phút cho màu ổn định đo quang bước sóng 420 nm Tính tốn nồng độ mẫu theo phương trình đường chuẩn Học viên: Ngơ Mạnh Túc 71 Cao học Hóa K25 - KTHH ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ MẠNH TÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC BIOGAS CỦA PHỤ PHẨM DỨA Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC... 3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn nguồn VSV sinh metan 40 3.1.4 Xác định suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 41 3.2 Nghiên cứu nâng cao suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 43 3.2.1 Nghiên cứu trình... tài ? ?Nghiên cứu khả sinh khí sinh học biogas phụ phẩm dứa? ?? đưa nghiên cứu có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn