Nghiên cứu khả năng ứng dụng phế phụ phẩm vỏ trái cây để hấp phụ chất màu nhuộm hữu cơ

ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA MÔI TRƯỜNG - THỰC PHẨM - HĨA BỘ MƠN QUẢN LÝ TÀI NGUN VÀ MƠI TRƯỜNG KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHẾ PHỤ PHẨM VỎ TRÁI CÂY ĐỂ HẤP PHỤ CHẤT MÀU NHUỘM HỮU CƠ Sinh viên thực : PHẠM THỊ THU THẢO Mã số sinh viên : 1311523310 Lớp : 13DTNMT04 Niên khóa : 2013 - 2017 Hệ đào tạo : ĐẠI HỌC Giáo viên hướng dẫn : TS BÙI THỊ PHƯƠNG QUỲNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2017 LỜI CẢM ƠN Qua năm học tập rèn luyện Trƣờng ĐH Nguyễn Tất Thành Tp HCM, đƣợc bảo giảng dạy nhiệt tình q thầy cơ, đặc biệt q thầy khoa Mơi trƣờng – Thực phẩm – Hóa truyền đạt cho em kiến thức lý thuyết thực hành suốt thời gian học trƣờng Và thời gian học tập trƣờng em đƣợc anh chị Viện Kỹ thuật Công nghệ cao Nguyễn Tất Thành tạo điều kiện thực tế Viện hội để em áp dụng kiến thức học trƣờng vào thực tế, đồng thời học hỏi đƣợc nhiều kinh nghiệm thực tế Viện Cùng với nổ lực thân, giúp đỡ anh chị em hồn thành luận văn tốt nghiệp Từ kết đạt đƣợc này, em xin chân thành cám ơn: Quý thầy cô khoa Môi trƣờng – Thực phẩm – Hóa Trƣờng ĐH Nguyễn Tất Thành Tp HCM, truyền đạt cho em kiến thức bổ ích thời gian qua Quý anh chị Viện Kỹ thuật Công nghệ cao Nguyễn Tất Thành tạo điều kiện thuận lợi cho em thời gian nghiên cứu Đặc biệt, cô Bùi Thị Phƣơng Quỳnh tận tình dìu dắt, hƣớng dẫn, dạy em hồn thành tốt đề tài nghiên cứu báo cáo luận văn tốt nghiệp Các bạn sinh viên khóa 13, đặc biệt lớp 13DTNMT 04 ủng hộ đồng hành em suốt quãng thời gian qua Do kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi thiếu sót cách hiểu, lỗi trình bày Em mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến quý thầy cô Ban lãnh đạo để báo cáo luận văn tốt nghiệp đạt đƣợc kết tốt Cuối xin kính chúc tất ngƣời sức khỏe thành đạt Em chân thành cảm ơn! i TÓM TẮT This thesis focused on the development of adsorbents based on cheap,cabundant and locally available agricultural wastes in Viet Nam to remove dyes from aqueous solution In details, the effects of initial concentration (100-600 ppm), initial dose of adsorbent (0.1-1.5 g) and contacting time on the adsorption behaviors of Rhodamine B onto different kinds of pretreated fruit peel wastes, including orange peels, pomelo peels, passion fruit peels, were evaluated It was found that these bio-peels efficiently adsorbed in a short time, within one hour The dye removal efficiency of orange peels and passion fruit peels ranged from 82-92% while that of pomelo peels was faster with 91-94% depending on the initial concentration (200 ppm) The efficiency of dye removal increases significantly as adsorbent dosage increases, passion fruit peels 4398%, pomelo peels 67-94%, orange peels 57-93% Equilibrium adsorption results obeyed well the Freundlich isotherm; accordingly the adsorption capacity was determined in the order: passion fruit peels > orange peels > pomelo peels Keywords: adsorbents, agricultural wastes, aqueous solution, orange peels, pomelo peels, passion fruit peels, Rhodamine B Luận văn tập trung vào việc phát triển vật liệu hấp phụ từ phế phụ phẩm nông nghiệp giá rẻ, phong phú có sẵn Việt Nam để loại bỏ màu nhuộm hữu khỏi dung dịch nƣớc Chi tiết, đánh giá ảnh hƣởng nồng độ ban đầu (100-600 ppm), hàm lƣợng vật liệu hấp phụ (0.1-1.5 g) thời gian tiếp xúc trình hấp phụ loại chất thải vỏ trái đƣợc xử lý trƣớc bao gồm vỏ cam, vỏ bƣởi, vỏ chanh dây màu nhuộm Rhodamine B Chúng phát loại vỏ sinh học hấp phụ cách hiệu màu nhuộm thời gian ngắn, vòng Hiệu loại bỏ màu nhuộm vỏ cam vỏ chanh dây dao động từ 82-92%, vỏ bƣởi nhanh từ 91-94% tùy theo nồng độ ban đầu (200 ppm) Hiệu việc loại bỏ màu nhuộm tăng lên đáng kể hàm lƣợng vật liệu hấp phụ tăng lên vỏ chanh dây 43-98%, vỏ bƣởi 67-94%, vỏ cam 57-93% Kết hấp phụ cho thấy cân hấp phụ tuân theo tốt phƣơng trình đẳng nhiệt Freundlich; khả hấp phụ đƣợc xác định theo thứ tự: vỏ chanh dây > vỏ cam > vỏ bƣởi ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG .vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .ix Chƣơng MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT MÀU NHUỘM HỮU CƠ 2.1.1 Giới thiệu chất màu nhuộm hữu 2.1.2 Phân loại số loại chất màu nhuộm hữu 2.1.3 Tính chất cấu trúc số loại chất màu nhuộm hữu thông dụng 2.1.4 Nguồn phát sinh chất màu nhuộm hữu 2.1.5 Tác hại chất màu nhuộm hữu 10 2.2 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CHẤT MÀU NHUỘM HỮU CƠ Ở VIỆT NAM 10 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ CHẤT Ô NHIỄM MÀU NHUỘM HỮU CƠ 13 2.3.1 Xử lý nước thải phương pháp học 13 2.3.2 Xử lý nước thải phương pháp sinh học 13 2.3.3 Xử lý nước thải phương pháp hóa lý 14 2.3.4 Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ 15 iii 2.4 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẾ PHỤ PHẨM NÔNG NGHIỆP ĐỂ HẤP PHỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM ĐỘC HẠI TRONG MÔI TRƢỜNG NƢỚC 16 2.5 CƠ SỞ QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 18 2.5.1 Hiện tượng hấp phụ 18 2.5.2 Hấp phụ môi trường nước 20 2.5.3 Động học hấp phụ 23 2.5.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 24 2.5.5 Sự khuếch tán phần tử xốp 29 2.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30 Chƣơng THỰC NGHIỆM 31 3.1 NGUYÊN LIỆU VÀ HÓA CHẤT 31 3.2 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 31 3.2.1 Dụng cụ 31 3.2.2 Thiết bị 31 3.3 PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 32 3.3.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 32 3.3.2 Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) 32 3.3.3 Phương pháp quang phổ UV-Vis 33 3.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM 34 3.4.1 Xử lý vỏ trái để chuẩn bị cho trình hấp phụ 34 3.4.2 Chuẩn bị dung dịch màu nhuộm hữu 36 3.4.3 Thí nghiệm hấp phụ dạng mẻ 36 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 4.1 PHÂN TÍCH CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ VỎ TRÁI CÂY 42 iv 4.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐÊN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ 45 4.2.1 Ảnh hưởng hàm lượng vật liệu hấp phụ 45 4.2.2 Ảnh hưởng nồng độ màu nhuộm hữu ban đầu 46 4.2.3 Ảnh hưởng thời gian 47 4.3 ĐƢỜNG ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ 50 4.3.1 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 50 4.3.2 Đánh giá kết 52 4.4 PHÂN TÍCH CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƢNG CỦA VẬT LIỆU HẤP PHỤ VỎ TRÁI CÂY SAU KHI XỬ LÝ MÀU NHUỘM HỮU CƠ RHODAMINE B 52 4.4.1 Vỏ bưởi 52 4.4.2 Vỏ chanh dây 54 4.4.3 Vỏ cam 55 4.5 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA PHẾ PHỤ PHẨM VỎ TRÁI CÂY VỚI MỘT SỐ MÀU NHUỘM HỮU CƠ KHÁC 56 Chƣơng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 5.1 KẾT LUẬN 59 5.2 KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các phân lớp màu nhuộm phần trăm màu vào dòng thải Bảng 2.2 Phân tích mơi trường nước mặt làng nghề dệt nhuộm 12 Bảng 4.1 Các thơng số mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich 50 vi DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo hố học nhân antraquinon Hình 2.2 Cơng thức cấu tạo hố học gốc mang màu Azin Tiazin Hình 2.3 Cơng thức cấu tạo hố học nhóm mang màu Phtaloxianin Hình 2.4 Cấu trúc màu Safranin Hình 2.5 Cấu trúc màu Methyl Violet Hình 2.6 Cấu trúc màu Rhodamine B Hình 2.7 Cấu trúc màu Methylene Blue Hình 2.8 Cơ chế hấp phụ bề mặt 21 Hình 2.9 Quá trình hấp phụ giải hấp phụ 21 Hình 3.1 Cân kỹ thuật điện tử 31 Hình 3.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ 35 Hình 3.3 Vật liệu vỏ trái cắt nhỏ 35 Hình 3.4 Vật liệu hấp phụ vỏ trái 35 Hình 3.5 Sơ đồ quy trình thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng 39 Hình 4.1 Biều đồ thể phổ FTIR vật liệu hấp phụ vỏ trái 43 Hình 4.2 Ảnh SEM vật liệu hấp phụ Vỏ cam 43 Hình 4.3 Ảnh SEM vật liệu hấp phụ Vỏ chanh dây 44 Hình 4.4 Ảnh SEM vật liệu hấp phụ Vỏ bưởi 44 Hình 4.5 Biểu đồ hiệu xử lý vật liệu hấp phụ ảnh hưởng hàm lượng vật liệu hấp phụ 49 Hình 4.6 Biểu đồ hiệu xử lý vật liệu hấp phụ ảnh hưởng nồng độ màu nhuộm hữu ban đầu 46 vii Hình 4.7 Biểu đồ hiệu xử lý vật liệu hấp phụ ảnh hưởng thời gian 47 Hình 4.8 Mơ tả giá trị mơ hình đẳng nhiệt Langmuir vật liệu hấp phụ vỏ trái 51 Hình 4.9 Mơ tả giá trị mơ hình đẳng nhiệt Freundlich vật liệu hấp phụ vỏ trái 51 Hình 4.10 Biều đồ thể phổ FTIR vật liệu hấp phụ vỏ bưởi trước sau xử lý màu nhuộm hữu Rhodamine B 53 Hình 4.11 Biều đồ thể phổ FTIR vật liệu hấp phụ vỏ chanh dây trước sau xử lý màu nhuộm hữu Rhodamine B 55 Hình 4.12 Biều đồ thể phổ FTIR vật liệu hấp phụ vỏ cam trước sau xử lý màu nhuộm hữu Rhodamine B 56 Hình 4.13 Biểu đồ hiệu xử lý vật liệu hấp phụ với màu nhuộm hữu ảnh hưởng pH 58 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD : Nhu cầu oxi sinh học COD : Nhu cầu oxi hóa học MB : Methylene Blue RB : Rhodamine B SF : Safranin VL : Methyl Violet VLHP : Vật liệu hấp phụ ix ... ? ?Nghiên cứu khả ứng dụng phế phụ phẩm vỏ trái để hấp phụ chất màu nhuộm hữu cơ? ?? Với mục đích đó, đề tài chúng tơi nghiên cứu nội dung sau: Chế tạo vật liệu hấp phụ từ số loại phế phụ phẩm vỏ trái. .. vỏ cam, vỏ bƣởi, vỏ chanh dây Khảo sát khả hấp phụ yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ chế tạo từ phế phụ phẩm vỏ trái chất màu nhuộm hữu Rhodamine B Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp. .. LÝ CHẤT MÀU NHUỘM HỮU CƠ 2.1.1 Giới thiệu chất màu nhuộm hữu 2.1.2 Phân loại số loại chất màu nhuộm hữu 2.1.3 Tính chất cấu trúc số loại chất màu nhuộm hữu thông dụng