Luận văn thạc sĩ Hóa môi trường, Than hoạt tính, Xử lý nước thải

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN VÂN HƢƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ PHẨM MÀU TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN VÂN HƢƠNG NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BỀ MẶT THAN HOẠT TÍNH TRÀ BẮC VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ PHẨM MÀU TRONG NƢỚC THẢI DỆT NHUỘM Chuyên ngành: Hóa mơi trƣờng Mã số: 60 44 0120 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Đỗ Quang Trung TS Chu Xuân Quang Hà Nội - Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo PGS.TS Đỗ Quang Trung TS Chu Xuân Quang giao đề tài nhiệt tình giúp đỡ, cho tơi kiến thức q báu q trình nghiên cứu Cảm ơn thầy Phịng thí nghiệm Hóa Mơi trƣờng - Khoa Hóa học – Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình làm thực nghiệm Chân thành cảm ơn bạn học viên, sinh viên làm việc phịng thí nghiệm Hóa mơi trƣờng giúp đỡ tơi q trình tìm tài liệu hoàn thiện luận văn Để hoàn thành luận văn này, ngồi nỗ lực tìm tịi, nghiên cứu thân, giúp đỡ ngƣời xung quanh, đặc biệt ngƣời thầy, đồng nghiệp trƣờng Đại học Lâm nghiệp đóng góp phần khơng nhỏ nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên cao học Nguyễn Vân Hƣơng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG - TỔNG QUAN .2 1.1 Than hoạt tính 1.1.1 Đặc tính than hoạt tính 1.1.2 Ảnh hƣởng nhóm bề mặt cacbon-oxi lên tính chất hấp phụ 1.1.3 Biến tính bề mặt than hoạt tính 1.2 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải dệt nhuộm 13 1.2.1 Đặc tính nguồn phát sinh nƣớc thải dệt nhuộm 13 1.2.2 Các phƣơng pháp xử lí nƣớc thải dệt nhuộm: 15 CHƢƠNG – THỰC NGHIỆM 21 2.1.Mục tiêu nội dung nghiên cứu 21 2.2 Thiết bị, hóa chất cần thiết cho nghiên cứu 21 2.2.1 Hóa chất Vật liệu nghiên cứu .21 2.2.2 Thiết bị 22 2.3 Biến tính than hoạt tính tác nhân oxi hóa 22 2.3.1 Biến tính than hoạt tính dung dịch HNO3 22 2.3.2 Biến tính than hoạt tính dung dịch H2O2 23 2.4 Phƣơng pháp phân tích trắc quang xác định nồng độ phẩm màu dung dịch 23 2.5 Các phƣơng pháp nghiên cứu đặc trƣng cấu trúc vật liệu .27 2.5.1 Xác định diện tích bề mặt than 27 2.5.2 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 28 2.5.3 Phƣơng pháp phổ hồng ngoại IR .29 2.5.4 Phƣơng pháp tính tốn tải trọng hấp phụ vật liệu .30 2.6 Khảo sát khả hấp phụ phẩm màu vật liệu 31 2.6.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ phẩm màu vật liệu 31 2.6.2 Khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến cân hấp phụ 32 2.6.3 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ phẩm màu ban đầu 32 CHƢƠNG III - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .33 3.1 Oxi hóa than hoạt tính tác nhân oxi hóa 33 3.1.1 Oxi hóa than hoạt tính HNO3 33 3.1.2 Oxi hóa than hoạt tính H2O2 36 3.2 Đặc trƣng cấu trúc than biến tính 39 3.2.1 Kết chụp IR 39 3.2.2 Kết chụp SEM .41 3.2.3 Xác định bề mặt riêng than 45 3.3 Khảo sát khả hấp phụ phẩm màu vật liệu 47 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ Methyl đỏ: 47 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ Methyl da cam: .53 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ Alizarin vàng GG: 59 KẾT LUẬN .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Đặc tính nƣớc thải số sở dệt nhuộm Hà Nội .14 Bảng 1.2.Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp dệt may 14 Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ 25 Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Methyl da cam 26 Bảng 2.3 Số liệu xây dựng đƣờng chuẩn xác định nồng độ Alizarin vàng GG 26 Bảng 3.1 Ảnh hƣởng nồng độ HNO3 đến khả hấp phụ vật liệu 33 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng thời gian ngâm đến khả hấp phụ vật liệu 35 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng nồng độ H2O2 đến khả hấp phụ vật liệu 36 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng thời gian ngâm đến khả hấp phụ than .38 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ Methyl đỏ .47 Bảng 3.6 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ tới khả hấp phụ methyl đỏ 49 Bảng 3.7 Ảnh hƣởng nồng độ metyl đỏ ban đầu đến khả hấp phụ 50 Bảng 3.8 Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ metyl da cam 53 Bảng 3.9 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ tới khả hấp phụ methyl da cam .55 Bảng 3.10 Ảnh hƣởng nồng độ metyl da cam ban đầu đến khả hấp phụ .56 Bảng 3.11Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ alizarin vàng GG 59 Bảng 3.12 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ tới tải trọng hấp phụ alizarin vàng GG 61 Bảng 3.13 Ảnh hƣởng nồng độ Alizarin vàng GG ban đầu đến tải trọng hấp phụ 62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bề mặt than hoạt tính sau oxi hóa Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl đỏ vào pH 24 Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang Methyl da cam vào pH 24 Hình 2.3 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang Alizarin vàng GG vào pH .25 Hình 2.4 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ Methyl đỏ 25 Hình 2.5 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ metyl da cam 26 Hình 2.6 Đƣờng chuẩn xác định nồng độ alizarin vàng GG 26 Hình 2.7 Dạng đồ thị đƣờng thẳng BET 27 Hình 2.8 Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM .28 Hình 2.9 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 31 Hình 2.10 Đồ thị để xác định số phƣơng trình Langmuir 31 Hình 3.1 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào nồng độ HNO3 34 Hình 3.2 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào thời gian phản ứng 35 Hình 3.3 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào nồng độ H2O2 37 Hình 3.4 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào thời gian oxi hóa .38 Hình 3.5 : Phổ hồng ngoại than hoạt tính Trà Bắc AC0 .39 Hình 3.6 : Phổ hồng ngoại than hoạt tính oxi hóa (AC1) .40 Hình 3.7: Phổ hồng ngoại than hoạt tính oxi hóa AC2 41 Hình 3.8 : Ảnh SEM than hoạt tính (AC0) 42 Hình 3.9: Ảnh SEM than hoạt tính oxi hóa (AC1) .43 Hình 3.10: Ảnh SEM than hoạt tính oxi hóa (AC2) 44 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET than hoạt tính hấp phụ N2 45 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET than hoạt tính AC1 hấp phụ N2 .46 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn theo tọa độ BET than hoạt tính AC2 hấp phụ N2 46 Hình 3.14 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào pH 48 Hình 3.15.Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào thời gian cân hấp phụ .49 Hình 3.16 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl đỏ than hoạt tính AC0 .51 Hình 3.17 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl đỏ than hoạt tính AC1 .52 Hình 3.18 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl đỏ than hoạt tính AC2 .52 Hình 3.19 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào pH 54 Hình 3.20 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào thời gian cân hấp phụ .55 Hình 3.21 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam than hoạt tính AC0 .57 Hình 3.22 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam vật liệu AC1 58 Hình 3.23 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam vật liệu AC2 58 Hình 3.24 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào pH 60 Hình 3.25 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian cân hấp phụ 61 Hình 3.27 Sự phụ thuộc CS/q vào CS Alizarin vàng GG vật liệu AC1 63 Hình 3.28 Sự phụ thuộc CS/q vào CS alizarin vàng GG vật liệu AC2 64 LỜI MỞ ĐẦU Ô nhiễm nƣớc thải ngành dệt nhuộm vấn đề đƣợc xã hội quan tâm thời gian gần Với dây chuyền công nghệ phức tạp, bao gồm nhiều công đoạn sản xuất khác nên nƣớc thải sau sản xuất dệt nhuộm chứa nhiều loại hợp chất hữu độc hại, đặc biệt công đoạn tẩy trắng nhuộm màu Độc tính loại thuốc nhuộm mơi trƣờng sinh thái ngƣời lớn, đặc biệt thuốc nhuộm gây ung thƣ cho ngƣời sử dụng sản phẩm Hơn thuốc nhuộm nƣớc thải khó loại bỏ chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt độ tác nhân gây oxi hóa thơng thƣờng Có nhiều phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu để tách loại phẩm màu môi trƣờng nƣớc nhƣ keo tụ, hấp phụ, trao đổi ion, lọc màng, oxi hóa tăng cƣờng…trong phƣơng pháp hấp phụ thƣờng đƣợc lựa chọn mang lại hiệu cao Ƣu điểm phƣơng pháp vận hành đơn giản, nguyên vật liệu rẻ tiền, sẵn có Than hoạt tính đƣợc chọn làm vật liệu hấp phụ phổ biến, diện tích bề mặt lớn, độ bền học cao Đặc điểm quan trọng thú vị than hoạt tính bề mặt biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ làm cho than trở nên thích hợp ứng dụng đặc biệt Nghiên cứu biến tính than hoạt tính tác nhân oxi hóa nhằm thay đổi cấu trúc bề mặt than hoạt tính từ kị nƣớc thành ƣa nƣớc, không phân cực thành phân cực, làm tăng dung lƣợng hấp phụ đồng thời tạo liên kết bền phẩm nhuộm với than hoạt tính Trong khn khổ luận văn chọn thực đề tài: “Nghiên cứu biến tính bề mặt than hoạt tính Trà Bắc khảo sát khả hấp phụ số phẩm màu nước thải dệt nhuộm” với hy vọng phát triển đa dạng loại vật liệu đƣợc ứng dụng để kiểm soát, xử lý phẩm nhuộm phát thải trình thực tiễn CHƢƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Than hoạt tính Than hoạt tính chất hấp phụ quí linh hoạt, đƣợc sử dụng rộng rãi cho nhiều mục đích nhƣ loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn tạp chất hữu cơ, vô nƣớc thải công nghiệp sinh hoạt, thu hồi dung môi, làm không khí, kiểm sốt nhiễm khơng khí từ khí thải cơng nghiệp khí thải động cơ, làm nhiều hóa chất, dƣợc phẩm, sản phẩm thực phẩm nhiều ứng dụng pha khí Chúng đƣợc sử dụng ngày nhiều lĩnh vực luyện kim để thu hồi vàng, bạc, kim loại khác, làm chất mang xúc tác Chúng đƣợc biết đến nhiều ứng dụng y học, đƣợc sử dụng để loại bỏ độc tố vi khuẩn số bệnh định Cacbon thành phần chủ yếu than hoạt tính với hàm lƣợng khoảng 85 – 95% Bên cạnh than hoạt tính cịn chứa nguyên tố khác nhƣ hidro, nitơ, lƣu huỳnh oxi Các nguyên tử khác loại đƣợc tạo từ nguồn nguyên liệu ban đầu liên kết với cacbon suốt q trình hoạt hóa q trình khác Thành phần nguyên tố than hoạt tính thƣờng 88% C, 0.5% H, 0.5% N, 1%S, –7% O Tuy nhiên hàm lƣợng oxy than hoạt tính thay đổi từ 1- 20% phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu ban đầu, cách điều chế Than hoạt tính thƣờng có diện tích bề mặt nằm khoảng 800 đến 1500m2/g thể tích lỗ xốp từ 0.2 đến 0.6cm3/g [19] Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu lỗ nhỏ có bán kính nhỏ 2nm Than hoạt tính chủ yếu đƣợc điều chế cách nhiệt phân nguyên liệu thô chứa cacbon nhiệt độ nhỏ 10000C Quá trình điều chế gồm bƣớc: Than hóa nhiệt độ dƣới 8000C mơi trƣờng trơ hoạt hóa sản phẩm q trình than hóa nhiệt độ khoảng 950–10000C 1.1.1 Đặc tính than hoạt tính Than hoạt tính với xếp ngẫu nhiên vi tinh thể với liên kết ngang bền chúng, làm cho than hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp phát triển Chúng có tỷ trọng tƣơng đối thấp (nhỏ 2g/cm3) mức độ graphit hóa thấp Cấu trúc bề mặt đƣợc tạo trình than hóa phát triển q trình hoạt hóa, làm nhựa đƣờng chất chứa cacbon khác khoảng trống CS (mg/l) 0,03 0,10 0,51 1,60 3,28 7,02 11,98 Q (mg/g) 0,497 0,990 1,949 2,840 4,672 6,298 8,802 Cs/q 0,060 0,101 0,261 0,563 0,702 1,115 1,361 ABS 0,003 0,054 0,229 0,453 0,899 0,312 0,666 CS (mg/l) 0,03 0,50 2,14 4,23 8,41 14,56 31,12 Q (mg/g) 0,497 0,950 1,786 2,577 4,159 5,544 6,888 Cs/q 0,060 0,526 1,198 1,641 2,022 2,626 4,518 AC2 Từ kết bảng 3.10 dựng đồ thị theo phƣơng trình Langmuir biến đổi (2-7) Đồ thị có dạng đƣờng thẳng tuyến tính nhƣ hình 3.21, 3.22, 3.23 Từ đồ thị xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu thơng qua hệ số góc: tg  Suy ra: m  m tg Hình 3.21 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam than hoạt tính AC0 57 Tải trọng hấp phụ cực đại than hoạt tính Methyl da cam qmax  1   6.32mg / g tg 0.158 Hình 3.22 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam vật liệu AC1 Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC1 Methyl da cam qmax  1   9.34mg / g tg 0.107 Hình 3.23 Sự phụ thuộc CS/q vào CS metyl da cam vật liệu AC2 58 Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC2 methyl da cam qmax  1   7.75mg / g tg 0.129 3.2.3 Khảo sát khả hấp phụ Alizarin vàng GG: 3.2.3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH tới khả hấp phụ Alizarin vàng GG Cân xác 1,0 gam than hoạt tính, than hoạt tính biến tính dung dịch HNO3, H2O2 (AC0, AC1, AC2) vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG có nồng độ 50 mg/l pH khác (7, 8, 10, 12) đem lắc thời gian 60 phút Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH dung dịch 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ Alizarin vàng GG lại dung dịch Kết đƣợc thể bảng 3.11 hình 3.21 Bảng 3.11Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ alizarin vàng GG pH 10 12 ABS 0,683 0,485 0,497 0,546 CS (mg/l) 14,95 15,49 15,90 17,46 Tải trọng h/p 3,505 3,451 3,410 3,254 ABS 0,436 0,460 0,519 0,559 CS (mg/l) 6,95 7,34 8,29 8,94 Tải trọng h/p 4,305 4,266 4,171 4,106 ABS 0,335 0,347 0,384 0,408 CS (mg/l) 10,65 11,05 12,22 12,99 Tải trọng h/p 3,935 3,895 3,778 3,701 Alizarin vàng GG AC0 AC1 AC2 59 Hình 3.24 Sự phụ thuộc khả hấp phụ vào pH Từ giá trị đồ thị nhận thấy loại than hoạt tính, than hoạt tính biến tính (AC0,AC1, AC2) hấp thụ Alizarin vàng GG tốt pH = Bản thân Alizarin vàng GG tồn môi trƣờng bazơ môi trƣờng axit Alizarin vàng GG bị thủy phân tạo thành kết tủa.Khi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ Alizarin vàng GG với vật liệu, tiến hành khảo sát từ môi trƣờng trung tính trở lên Sở dĩ pH hấp phụ Alizarin vàng GG tốt giá trị pH dung dịch tăng lên, nồng độ OH- tăng lên, xuất tranh chấp hấp phụ gốc OH- Alizarin vàng GG lên tâm hoạt động vật liệu Hơn mức độ cồng kềnh (kích thƣớc khơng gian) Alizarin vàng GG lớn so với OH- nên hiệu xử lí giảm 3.2.3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đạt cân hấp phụ Cân 1,0 gam than hoạt tính (AC0, AC1, AC2) vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG nồng độ 50 mg/l pH dung dịch đem lắc thời gian khác (15, 30, 60, 90, 120, 150phút) Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH dung dịch 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu lại 60 Bảng 3.12 Ảnh hƣởng thời gian hấp phụ tới tải trọng hấp phụ alizarin vàng GG Thời gian 15p 30p 60p 90p 120p 150 ABS 0,629 0,527 0,683 0,268 0,267 0,274 CS (mg/l) 30,24 25,25 14,95 12,73 12,66 13,00 Tải trọng h/p 1,976 2,475 3,505 3,727 3,734 3,700 ABS 0,578 0,426 0,436 0,422 0,425 0,449 CS (mg/l) 27,74 20,37 6,95 6,72 6,77 7,16 Tải trọng h/p 2,226 2,963 4,305 4,328 4,323 4,284 ABS 0,609 0,478 0,335 0,332 0,336 0,354 CS (mg/l) 29,26 22,89 10,65 10,55 10,69 11,28 Tải trọng h/p 2,074 2,711 3,935 3,945 3,931 3,872 Alizarin vàng R AC0 AC1 AC2 Hình 3.25 Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào thời gian cân hấp phụ 61 Từ giá trị biểu diễn đồ thị nhận thấy than hoạt tính AC0 đạt trạng thái cân hấp phụ Alizarin vàng GG thời gian 90 phút Hai vật liệu than biến tính (AC1, AC2) hấp thụ Alizarin vàng GG cần thời gian đạt trạng thái cân hấp phụ ngắn 60 phút 3.2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu Cân xác 1,0 gam loại than hoạt tính, than hoạt tính biến tính dung dịch HNO3 2M, H2O2 10% (AC0, AC1, AC2) vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Alizarin vàng GG nồng độ ban đầu khác ( 5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 mg/l) pH dung dịch đem lắc thời gian 60 phút vật liệu AC0, thời gian 90 phút loại vật liệu AC1, AC2 Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điêù chỉnh pH 7, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu lại Bảng 3.13 Ảnh hƣởng nồng độ Alizarin vàng GG ban đầu đến tải trọng hấp phụ Nồng độ đầu 10 20 30 50 70 100 ABS 0,005 0,038 0,271 0,453 0,980 0,358 0,600 CS (mg/l) 0,01 0,54 4,29 7,23 15,73 28,45 48,02 Q (mg/g) 0,499 0,946 1,571 2,277 3,427 4,155 5,198 Cs/q 0,020 0,571 2,731 3,175 4,590 6,847 9,238 ABS 0,006 0,035 0,246 0,435 0,435 0,246 0,357 CS (mg/l) 0,01 0,49 1,18 3,89 6,95 19,42 28,37 Q (mg/g) 0,499 0,951 1,882 2,611 4,305 5,058 7,163 Cs/q 0,020 0,515 0,627 1,489 1,614 3,839 3,961 ABS 0,006 0,043 0,158 0,370 0,665 0,346 0,481 CS (mg/l) 0,01 0,61 2,47 5,89 10,65 27,51 38,39 Q (mg/g) 0,499 0,939 1,753 2,411 3,935 4,249 6,161 Cs/q 0,020 0,649 1,409 2,442 2,706 6,474 6,231 Alizarin vàng GG AC0 AC1 AC2 62 Từ kết bảng dựng đồ thị theo phƣơng trình Langmuir biến đổi (2-7) Đồ thị có dạng đƣờng thẳng tuyến tính nhƣ hình 3.21, 3.22, 3.23 Tính toán tải trọng hấp phụ cực đại tƣơng tự nhƣ mục 3.3.1.3 Hình 3.26 Sự phụ thuộc CS/q vào CS alizarin vàng GG than hoạt tính AC0 Tải trọng hấp phụ cực đại than hoạt tính đối vớiAlizarin vàng GG qmax  1   5,52mg / g tg 0,181 Hình 3.27 Sự phụ thuộc CS/q vào CS Alizarin vàng GG vật liệu AC1 63 Tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu AC1 đối vớiAlizarin vàng GG qmax  1   7,25mg / g tg 0,138 Hình 3.28 Sự phụ thuộc CS/q vào CS alizarin vàng GG vật liệu AC2 Tải trọng hấp phụ cực đại than hoạt tính đối vớiAlizarin vàng GG qmax  1   6,10mg / g tg 0,164 Từ giá trị tải trọng hấp phụ cực đại phẩm màu Alizarin vàng GG vật liệu nhận thấy: than sau biến tính (AC1, AC2) có khả hấp phụ tốt so với than hoạt tính thƣờng 64 KẾT LUẬN Trong q trình thực luận văn tốt nghiệp thu đƣợc số kết nhƣ sau Đã tiến hành tổng hợp thành công vật liệu: than hoạt tính biến tính dung dịch HNO3 2M với thời gian ngâm lắc 16h (AC1), than hoạt tính biến tính dung dịch H2O2 10% với thời gian ngâm lắc 12h (AC2) Đã đánh giá số đặc trƣng cấu trúc vật liệu tổng hợp Diện tích bề mặt than hoạt tính biến tính AC1, AC2 giảm so với than hoạt tính Bề mặt gồ ghề, tăng mật độ lỗ xốp Nghiên cứu bề mặt phổ hồng ngoại, cho thấy bề mặt than biến tính có chứa nhóm chức cacboxylic (- COOH), nhóm chức tạo tâm hoạt động tham gia trình hấp phụ phẩm màu nƣớc Đã tiến hành khảo sát khả hấp phụ phẩm màu vật liệu - Vật liệu than hoạt tính AC0 hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam pH dung dịch 4, Alizarin vàng GG pH với thời gian hấp phụ 90 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt 6,41; 6,32; 5,52 mg/g - Vật liệu than hoạt tính biến tính dung dịch HNO3 (AC1) hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam pH dung dịch 4, Alizarin vàng GG pH với thời gian hấp phụ 60 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt 9,80; 9,34; 7,25 mg/g - Vật liệu than hoạt tính biến tính dung dịch H2O2 (AC2) hấp phụ Methyl đỏ, Methyl da cam pH dung dịch 2, Alizarin vàng GG pH với thời gian hấp phụ 60 phút, tải trọng hấp phụ cực đại lần lƣợt 7,94; 7,75; 6,10 mg/g Các kết nghiên cứu q trình biến tính than hoạt tính thực nhiệt độ thƣờng, dung lƣợng hấp phụ phẩm màu tốt so với than hoạt tính thƣờng, dễ dàng thực điều kiện không phức tạp, khả ứng dụng thực tiễn tốt, phục vụ cho nhu cầu sử dụng thực tế ngƣời dân 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phạm Nguyên Chƣơng (Chủ biên) (2002), Hóa Kỹ Thuật, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (2004), Hóa lí, Tập hai, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Nhƣ Tại (2003), Cơ sở hóa học hữu cơ, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Đình Triệu (1999), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Hữu Trƣợng, Hồng Thị Lĩnh (1995), Hóa học thuốc nhuộm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tài liệu tiếng Anh Bansal R.C., Goyal M.(2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis Group,USA Barmagan B., Ozedemir, Turan and Celik MS (2003), “The removal of reactive azo dyes by natural and modified zeolites”, Journal of Chemical Technology and Biotechnol 78, p.725-732 Biniak S (1997), “The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups”, Carbon, Vol 35(12), pp.1799- 1810 Chen J P (2003), “Surface modification of a granular activated carbon by citric acid for enhancement of copper adsorption”, Carbon, Vol 41, pp 1979 – 1986 10 Chingombe P., Saha B., Wakeman R.J.(2005), “Surface modification and characterisationof a coal-based activated carbon”,Carbon, 43,pp 3132– 3143 11 Duk Jong Joo, Won Sik Shin, Jeong-Hak Choi, Sang June Choi, MyungChul Kim, Myung Ho Han, Tae Wook Han and Young-Hun Kim (2005), “Decolorization of reactive dyes using inorganic coagulants synthetic polymer”, Dyes and Pigments, Vol 73, No 3, pp 59-64 and 12 Edwin Vasu (2008), “Surface Modification of Activated Carbon for Enhancement of Nickel(II) Adsorption”, Journal of Chemistry, Vol 5, No.4, pp 814-819 13 Elodie Guivarch, Stephane Trevin, Claude Lahite, Mehmet A.Oturan (2003), “Degradation of azo dyes in water by Electro – Fenton Process”, Environ Chem Lett, Vol 1, pp 38 – 44 14 Figuiredo J.L, Pereira M.F.R, Freitas M.M.A, Mórtão J.J (1999), 00000”Modification of the surface chemistry of activated carbons”, Carbon, 0000037, pp.1379–1389 15 Kocjan (1996), “Silicagel modified with some sulfonated chelating reagents”, Chemical Analitical, Vol 41, No.4, pp.501-519 16 Li Y.H., Lee C.W., Gullett B.K.(2003), “Importance of activated carbon’s oxygen surface functional groups on elemental mercury adsorption”, Fuel, 82, pp.451–457 17 Liu S.X., Chen X., Chen X.Y., Liu Z.F., Wang H.L.( 2007), “Activated carbon with excellent chromium(VI) adsorption performance prepared by acid–base surface modification”,Journal of Hazardous Materials, 141, pp 315–319 18 Luiz C.A Oliveira, Rachel V.R.A Rios, José D Febris, V Garg, Karim Sapag, Rochel M Lago, “Activated carbon/iron oxyde magnetic composites for the adsorption of contaminants in water”, Carbon, 40, pp.2177-2183 19 Marsh Harry, Rodriguez - Reinoso Francisco (2006), Activated Carbon, Elsevier, Spain 20 Matsumoto Masafumi et al(l994), “Surface modification of carbon whiskers by oxidation treatment”, Carbon, Vol 32 (I), pp 111-118 21 Mei S.X., et al(2008), “Effect of surface modification of activated carbon on its adsorption capacity for NH3”, J China Univ Mining & Technol, Vol.18 (2), pp 0261–0265 22 Milonjic.S.K., et al(1975), “The Heat of immersion of natural magnetite in aqueous solutions”, Thermochimica Acta, 11, pp 261-266 23 Minghua Zhou, Qinghong Yu, Lecheng Lei, Geoff Barton (2007), “ElectroFenton method for the removal of methyl red in an efficient electrochemical system”, Separation and Purification Technology 57, pp 380 – 387 24 Moreno C (2000), “Changes in surface chemistry of activated carbons by wetoxidation”, Carbon, 38, pp 1995–2001 25 Na Yang, Shenmin Zhu, Di Zhang, Shi Xu (2008), “Synthesis and properties of magnetic Fe3O4 - activated carbon nanocomposite particles for dye removal”, Materials Letters 62, P.645-647 26 Park Geun Il, Lee Jae Kwang, Ryu Seung Kon, Kim Joon Hyung(2002), “Effect of Two-step Surface Modification of Activated Carbon on the Adsorption Characteristics of Metal Ions in Wastewater”, Carbon Science, Vol 3(4), pp 219-225 27 Shao Bin Wang (2008), “ A comparative study of Fenton and Fenton – like reaction kinetics in decolourisation of waste water”, Dyes and Pigments, Vol 76, pp 714 – 720 28 Shen Wenzhong, Liand Zhijie, Liu Yihong(2008), “Surface Chemical Functional Groups Modification of Porous Carbon”, Recent Patents on Chemical Engineering, 1, pp.27-40 29 Tao XU, XiaoqinLiu (2008), “Peanut Shell Activated Carbon: “Characterization, Surface Modification and Adsorption of Pb2+ from Aqueous Solution”,Chinese Journal of Chemical Engineering, 16(3), pp 401- 406 30 Tran Hong Ha, Thai Ba Cau, La Van Binh (2000), “Adsorption of uranium on silicagel packed column”, Journal of chemistry, Vol.38, No.1, pp 80-83 31 Trotman E R (1984), Dyeing and chemical technology of textile fibres, Elsevier, Spain 32 Vassileva P., Tzvetkova P., Nickolov R (2008), ions from aqueous solutions with “Removal of ammonium coal-based activated carbons modified by oxidation”, Fuel, 88, pp 387–390 33 Venkataraman K (1979), The analytical chemistry of synthetic dyes, Leningrad, Russia PHỤ LỤC Một số hợp chất azo thƣờng gặp * Hợp chất metyl da cam -Tên quốc tế : Natri para-dimetylaminoazobenzensunfonat -Công thức phân tử : C14H14N3NaO3S -Khối lƣợng phân tử :327,34đvc -Công thức cấu tạo: -Thuốc nhuộm metyl da cam thuộc loại thuốc nhuộm axít, chất bột tinh thể màu da cam, độc, khơng tan dung mơi hữu cơ, khó tan nƣớc nguội, nhƣng dễ tan nƣớc nóng, d = 1,28 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 3000C Nó hợp chất màu azo có chứa nhóm mang màu -N=N-, có tính chất lƣỡng tính với số axit Ka = 4.10-4 -Khoảng pH chuyển từ màu đỏ sang vàng: 3,0 -4,4; pKa= 3,8 -Hệ số hấp thụ mol = 26.900 -Do có cấu tạo mạch cacbon phức tạp cồng kềnh, liên kết N=N-và vòng benzen bền vững nên metyl da cam khó bị phân huỷ -Trong mơi trƣờng kiềm trung tính,metyl da cam có màu vàng màu anion: -Trong môi trƣờng axit, phân tử metyl da cam kết hợp với proton H+chuyển thành cation màu đỏ: - Metyl da cam thƣờng đƣợc sử dụng để nhuộm trực tiếp loại sợi động vật, loại sợi có chứa nhóm bazơ nhƣ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit mơi trƣờng axit, ngồi nhuộm xơ sợi xenlulozơ với có mặt urê * Hợp chất metyl đỏ - Tên quốc tế : axit para – dimetylaminoazobenzoic -Công thức phân tử : C15H15N3O2 - Công thức cấu tạo: -Khối lƣợng phân tử: 269,34đvc -Là chất bột màu đỏ, tan nƣớc, độ tan xấp xỉ 0,1 g/l -Khoảng chuyển màu metyl đỏ 4,2 -6,3, pKa = 5,2 -Metyl đỏ thuộc loại thuốc nhuộm axit có nhóm –COOH chứa mộtliên kết –N=N–trong phân tử, công nghiệp metyl đỏ thƣờng đƣợc sử dụngđể nhuộm loại sợi động vật, loại sợi có chứa nhóm bazơ nhƣ len, tơ tằm, sợi tổng hợp polyamit môi trƣờng axit -Metyl đỏ có tính độc, nhiễm độc metyl đỏ gây bệnh da, mắt, đƣờng hô hấp, đƣờng tiêu hoá * Hợp chất Alizarin vàng R: - Tên quốc tế :natri 2-hydroxy-5 - [(E) -2 (3-nitrophenyl) diazen-1-yl] benzoate - Công thức phân tử : C13H8N3NaO5 - Công thức cấu tạo : -Khối lƣợng phân tử: 309,21đvc - Thuốc nhuộm Alizarin vàng GG chất bột màu vàng, tan nƣớc -Khoảng chuyển màu alizarin vàng R pH = 10– 12 ... VÀ THẢO LUẬN .33 3.1 Oxi hóa than hoạt tính tác nhân oxi hóa 33 3.1.1 Oxi hóa than hoạt tính HNO3 33 3.1.2 Oxi hóa than hoạt tính H2O2 36 3.2 Đặc trƣng cấu trúc than biến... trình điều chế gồm bƣớc: Than hóa nhiệt độ dƣới 8000C môi trƣờng trơ hoạt hóa sản phẩm q trình than hóa nhiệt độ khoảng 950–10000C 1.1.1 Đặc tính than hoạt tính Than hoạt tính với xếp ngẫu nhiên... oxy hóa bề mặt than với khí dung dịch oxy hóa Nhóm chức bề mặt cacbon – hydro tạo thành q trình xử lý than hoạt tính với khí hydro nhiệt độ cao Nhóm chức cacbon – lƣu huỳnh q trình xử lý than hoạt