Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ quả phượng và ứng dụng trong xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỐ THỊ THI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ QUẢ PHƢỢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ THỊ THI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ QUẢ PHƢỢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 8520320 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Hoài Nam HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phƣợng ứng dụng xử lý nƣớc thải” nghiên cứu thân thực dƣới dự hƣớng dẫn TS Nguyễn Hoài Nam Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Đỗ Thị Thi i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, với lịng biết ơn kính trọng sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Hoài Nam, giảng viên khoa Kỹ thuật môi trƣờng, trƣờng đại học Thủy Lợi giúp đỡ định hƣớng nghiên cứu, tận tình giúp đỡ em suốt trình thực đề tài, cảm ơn cô dành nhiều thời gian tâm huyết hƣớng dẫn góp ý để em hoàn thành đề tài Xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Thủy Lợi thầy cô giảng viên khoa Kỹ thuật môi trƣờng cho phép tạo điều kiện để em thực đề tài Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ngƣời thân quan tâm động viên đóng góp ý kiến giúp đỡ em hồn thành đề tài nghiên cứu Một lần em xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Đỗ Thị Thi ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .2 Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan than hoạt tính .4 1.1.1 Than hoạt tính 1.1.2 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.3 Chế tạo than hoạt tính 1.1.4 Biến tính than hoạt tính .10 1.1.5 Ứng dụng than hoạt tính .12 1.2 Tổng quan phƣơng pháp hấp phụ 14 1.2.1 Hiện tƣợng hấp phụ .14 1.2.2 Lý thuyết hấp phụ 15 1.2.3 Kỹ thuật hấp phụ 17 1.2.4 Các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ 21 1.3 Giới thiệu vật liệu hấp phụ 25 1.3.1 Nguồn gốc, cấu tạo, đặc điểm dinh dƣỡng phƣợng vĩ 25 1.3.2 Đặc tính vật liệu lignocellulose 27 1.3.3 Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp sử dụng vật liệu lignocellulose làm vật liệu hấp phụ 28 1.3.4 Các nghiên cứu ứng dụng chế tạo than hoạt tính từ vật liệu chứa lignocellulose .29 1.4 Giới thiệu xanh metylen 30 1.5 Một số hƣớng nghiên cứu hấp phụ xanh methylen Cu(II) 32 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 34 2.1 Hóa chất thiết bị 34 2.1.1 Hóa chất sử dụng 34 2.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 34 2.2 Chế tạo than từ phƣợng 35 2.2.1 Phƣơng pháp chế tạo than từ phƣợng 35 2.3 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả tạo thành than 36 2.3.1 Ảnh hƣởng thời gian ngâm hóa chất .36 2.3.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ nung .37 2.3.3 Ảnh hƣởng nồng độ hóa chất 37 2.4 Phân tích đánh giá đặc trƣng than .38 2.4.1 Xác định hình thái học bề mặt .38 iii 2.4.2 Xác định diện tích bề mặt riêng 38 2.4.3 Xác định thành phần nguyên tố 40 2.4.4 Phƣơng pháp quang phổ hồng ngoại 40 2.5 Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ 41 2.6 Phƣơng pháp phân tích trắc quang 42 2.6.1 Cơ sở phƣơng pháp phân tích trắc quang 43 2.6.2 Phƣơng pháp định lƣợng trắc quang 44 2.7 Phân tích hàm lƣợng Cu nƣớc phƣơng pháp chuẩn độ 44 2.8 Chế tạo mơ hình thực nghiệm 46 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Kết khảo sát yếu tố ảnh hƣởng tới khả tạo than 50 3.1.1 Khảo sát thời gian ngâm hóa chất 50 3.1.2 Khảo sát nhiệt độ nung than 53 3.1.3 Khảo sát thời gian ngâm 57 3.2 Kết đánh giá đặc trƣng than 60 3.2.1 Hình thái bề mặt (SEM) 61 3.2.2 Diện tích bề mặt riêng vật liệu BET 62 3.2.3 Thành phần nguyên tố kỹ thuật tán xạ lƣợng tia X (EDX) 63 3.2.4 Phân tích phổ hồng ngoại 65 3.3 Đánh giá yếu tố ảnh hƣởng tới trình hấp phụ xanh metylen 68 3.3.1 Đƣờng chuẩn dung dịch xanh metylen 68 3.3.2 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc tới trình hấp phụ 68 3.3.3 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu hấp phụ 69 3.3.4 Ảnh hƣởng nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ 70 3.3.5 Ảnh hƣởng pH 72 3.4 Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 72 3.4.1 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ mẫu than hoạt hóa H3PO4 73 3.4.2 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ mẫu than hoạt hóa KOH 75 3.5 Đánh giá yếu tố ảnh hƣởng tới trình hấp phụ đồng (II) 77 3.5.1 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc 77 3.5.2 Ảnh hƣởng nồng độ Cu đầu vào 78 3.5.3 Ảnh hƣởng khối lƣợng than 79 3.5.4 Xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ 81 3.6 Nghiên cứu xử lý mơ hình dòng chảy liên tục 83 3.6.1 Ảnh hƣởng tốc độ dòng chảy 83 3.6.2 Ảnh hƣởng chiều cao lớp vật liệu 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 1.1 Kết luận 85 1.2 Kiến nghị 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình cột hấp phụ .18 Hình 1.2 Dạng đồ thị đƣờng cong q trình hấp phụ 19 Hình 1.3 Quá trình chuyển khối cột hấp phụ [12] .20 Hình 1.4 Đƣờng đẳng nhiệt Frenundrich .22 Hình 1.5 Đồ thị phụ thuộc lgq logCf 22 Hình 1.6 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 24 Hình 1.7 Đồ thị phụ thuộc 24 Hình 1.8 Cây phƣợng vĩ 25 Hình 1.9 Quả phƣợng xanh .26 Hình 1.10 Quả phƣợng già 26 Hình 2.1 Một số thiết bị thí nghiệm 35 Hình 2.2 Quả phƣợng sau đƣợc rửa 36 Hình 2.3 Quả phƣợng sau nung .36 Hình 2.4 Hình ảnh đồ thị đƣờng BET 39 Hình 2.5 Mơ hình thực nghiệm .48 Hình 2.6 Mơ hình thí nghiệm với đồng (II) xanh metylen .49 Hình 3.1 Ảnh mẫu than đƣợc chế tạo sau ngâm với H3PO410% 50 Hình 3.2 Ảnh mẫu than đƣợc chế tạo sau ngâm với KOH 10% .51 Hình 3.3 Dung lƣợng hấp phụ VLHP với thời gian ngâm hóa chất khác 52 Hình 3.4 So sánh dung lƣợng hấp phụ mẫu than ngâm KOH H3PO4 .53 Hình 3.5 Mẫu than đƣợc nung 200°C 54 Hình 3.6 Mẫu than đƣợc nung 250°C 54 Hình 3.7 Mẫu than đƣợc nung 300°C .55 Hình 3.8 Mẫu than đƣợc nung 350°C 55 Hình 3.9 Mẫu than đƣợc nung 400°C 56 Hình 3.10 Dung lƣợng hấp phụ mẫu than với nhiệt độ nung khác 57 Hình 3.11 Các mẫu than ngâm với H3PO415% với thời gian khác 58 Hình 3.12 Các mẫu than ngâm với H3PO4 20% với thời gian khác .58 Hình 3.13 Mẫu than ngâm với KOH 15% với thời gian khác 59 Hình 3.14 Dung lƣợng hấp phụ mẫu than ngâm H3PO4 nồng độ khác .60 Hình 3.15 Mẫu than chƣa hoạt hóa .61 Hình 3.16 Mẫu than đƣợc ngâm với H3PO4 61 Hình 3.17 Mẫu than đƣợc ngâm KOH 61 Hình 3.18 Phổ phân tích EDX than hoạt tính biến tính KOH 10% 64 Hình 3.19 Phổ phân tích EDX than hoạt tính biến tính H3PO4 10% 65 Hình 3.20 Mẫu H3PO4 trƣớc hấp phụ MB 65 Hình 3.21 Mẫu H3PO4 sau hấp phụ MB 66 Hình 3.22 Mẫu KOH trƣớc hấp phụ MB 66 Hình 3.23 Mẫu KOH sau hấp phụ MB 67 v Hình 3.24 Mẫu KOH sau hấp phụ Cu 67 Hình 3.25 Đƣờng chuẩn dung dịch xanh metylen 68 Hình 3.26 Ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc đến dung lƣợng hấp phụ 69 Hình 3.27 Dung lƣợng hấp phụ với khối lƣợng VLHP khác 70 Hình 3.28 Dung lƣợng hấp phụ theo thời gian mẫu H3PO4 71 Hình 3.29 Dung lƣợng hấp phụ theo thời gian mẫu KOH 71 Hình 3.30 Đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng pH đến dung lƣợng hấp phụ VLHP 72 Hình 3.31 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 73 Hình 3.32 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 73 Hình 3.33 Sự phụ thuộc lg q vào lg Ccb 74 Hình 3.34 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 75 Hình 3.35 Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 76 Hình 3.36 Sự phụ thuộc lg q vào lg Ccb 76 Hình 3.37 Biến thiên nồng độ Cu theo thời gian 78 Hình 3.38 Dung lƣợng hấp phụ Cu với nồng độ khác 79 Hình 3.39 Dung lƣợng hấp phụ VLHP với khối lƣợng than khác 80 Hình 3.40 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 81 Hình 3.41 Sự phụ thuộc Ccb Ccb/q 81 Hình 3.42 Sự phụ thuộc lgCcb lgq 82 Hình 3.43 Đƣờng cong MB với tốc độ dòng chảy khác 83 Hình 3.44 Đƣờng cong Cu với tốc độ dòng chảy khác 84 Hình 3.45 Đƣờng cong dung dịch MB với chiều cao VLHP khác 85 Hình 3.46 Đƣờng cong thoát Cu với chiều cao VLHP khác 85 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Một số đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng 21 Bảng 1.2 Thành phần phƣợng vĩ 26 Bảng 2.1 Thơng số thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng thời gian ngâm hóa chất 36 Bảng 2.2 Các thơng số thí nghiệm khảo sát nhiệt độ nung than 37 Bảng 2.3 Thơng số khảo sát nồng độ hóa chất ngâm mẫu 37 Bảng 2.4 Các điều kiện tối ƣu 38 Bảng 2.5 Thông số đầu vào thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng thời gian tiếp xúc tới trình hấp phụ 41 Bảng 2.6 Thơng số đầu vào thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nồng độ MB ban đầu tới trình hấp phụ 41 Bảng 2.7 Thơng số đầu vào thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng VLHP tới trình hấp phụ 42 Bảng 2.8 Thông số đầu vào thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng pH tới trình hấp phụ .42 Bảng 3.1 Dung lƣợng hấp phụ mẫu than với nhiệt độ nung khác 56 Bảng 3.2 Dung lƣợng hấp phụ mẫu than ngâm H3PO4 nồng độ khác 59 Bảng 3.3 Kết đo kích thƣớc diện tích bề mặt kích thƣớc lỗ rỗng mẫu than .62 Bảng 3.4 Kích thƣớc diện tích bề mặt kích thƣớc lỗ rỗng 63 Bảng 3.5 Thành phần phần trăm khối lƣợng ngun tử có mẫu than biến tính H3PO4 63 Bảng 3.6 Thành phần phần trăm khối lƣợng nguyên tử có mẫu than biến tính KOH .64 Bảng 3.7 Dung lƣợng hấp phụ cực đại số hấp phụ langmuir 74 Bảng 3.8 Hằng số hấp phụ Freundlich 75 Bảng 3.9 Dung lƣợng hấp phụ cực đại số hấp phụ langmuir 76 Bảng 3.10 Hằng số hấp phụ Freundlich 77 Bảng 3.11 Dung lƣợng hấp phụ cực đại số hấp phụ langmuir 82 Bảng 3.12 Hằng số hấp phụ Freundlich 82 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MB xanh metylen VLHP vật liệu hấp phụ viii Dung lƣợng q (mg/g) 30 25 20 Nồng độ = 25mg/l 15 Nồng độ = 50mg/l 10 Nồng độ = 75mg/l Nồng độ = 100mg/l 0 10 20 30 40 Thời gian (phút) 50 60 70 Hình 3.38 Dung lƣợng hấp phụ Cu với nồng độ khác Từ kết thực nghiệm cho thấy, khoảng nồng độ khảo sát, tăng nồng độ đầu dung dịch dung lƣợng hấp phụ tăng Cùng lƣợng VLHP, nồng độ ion kim loại ban đầu cịn thấp (dung dịch lỗng), ion kim loại chuyển động tự + do, trung tâm hoạt động bề mặt VLHP chƣa đƣợc lấp đầy ion, hiệu suất hấp phụ tăng theo nồng độ ban đầu Tuy nhiên, nồng độ đầu tăng đến giá trị đó, trung tâm hoạt động đƣợc lắp đầy ion kim loại khả hấp phụ VLHP với ion giảm, bề mặt VLHP trở nên bão hòa dần với ion kim loại Ở nồng độ cao, phân tử va chạm, cản trở chuyển động nên hạn chế khả hấp phụ Tuy nhiên thể tích, khối lƣợng than nồng độ lớn lƣợng chất bị hấp phụ đƣợc giữ lại tăng lên dung lƣợng hấp phụ 1g VLHP tăng theo 3.5.3 Ảnh hưởng khối lượng than Để nghiên cứu ảnh khối lƣợng VLHP đến trình hấp phụ, cố định thể tích mẫu thí nghiệm 200ml, thời gian hấp phụ 60 phút, nồng độ Cu 50mg/l, tốc độ lắc 200 vòng/phút Khối lƣợng VLHP lần lƣợt 0,2g, 0,4g, 0,5g, 0,6g, 0,8g 1g 79 Dung lƣợng q (mg/g) 35 30 25 m=0,2g 20 m=0,4g 15 m=0,5g m=0,6g 10 m=0,8g m=1g 0 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian hấp phụ (phút) Hình 3.39 Dung lƣợng hấp phụ VLHP với khối lƣợng than khác Nhìn vào đồ thị ta nhận thấy tăng khối lƣợng VLHP dung lƣợng hấp phụ giảm đồng nghĩa hiệu suất hấp phụ tăng Vì dung lƣợng hấp phụ giảm đồng nghĩa VLHP chứa đầy ion Cu, dung đƣợc hấp phụ đạt cân thời điểm hiệu suất hấp phụ đạt cực đại Khi tăng lƣợng chất hấp phụ từ 0,2÷1 g dung lƣơng giảm từ gần 30mg/l xuống 15mg/g, dung lƣợng hấp phụ tỷ lệ nghịch với khối lƣợng than thể tích hấp phụ, dung lƣợng lớn m=0,2g Trong khoảng thời gian, thể tích chất bị hấp phụ nồng độ, khối lƣợng than lớn lƣợng chất bị hấp phụ giữ lại 1g VLHP nhỏ Nhìn vào biểu đồ thấy với khối lƣợng VLHP 0,5g không đạt dung lƣợng hấp phụ lớn nhất, nhƣng dung lƣợng hấp phụ ko nhanh đạt tới trạng thái bão hòa nhƣ m=0,4g 0,2g; dung lƣợng tăng ổn định theo thời gian 80 3.5.4 Xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ 3.5.4.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 25 q (mg/g) 20 y = 6.1766ln(x) - 4.4646 R² = 0.9764 15 10 0 10 20 30 40 50 60 Ccb (mg/l) Hình 3.40 Đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 3.0 y = 0.0327x + 0.8323 R² = 0.9903 2.5 Ccb/q 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 10 20 30 40 50 60 Ccb (mg/l) Hình 3.41 Sự phụ thuộc Ccb Ccb/q Từ phƣơng trình y  0, 0327  0,8323 phƣơng trình Ccb 1  Ccb  tính đƣợc tải q qmax qmax b trọng hấp phụ cực đại qmax số Langmuir b theo công thức sau:   q  0, 0327 x q  30,58  max   max    0,8323 b  1,  qmax  b Trong đó: b: số Langmuir Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ đạt cân hấp phụ (mg/l) 81 q: dung lƣợng hấp phụ cân (mg/g) qmax: dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g) Bảng 3.11 Dung lƣợng hấp phụ cực đại số hấp phụ langmuir tg qmax (mg/g) b 30,58 1,2 0,0327 3.5.4.2 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 1.6 y = 0.6496x + 0.2415 R² = 0.9875 1.4 1.2 lg q 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 lgCcb Hình 3.42 Sự phụ thuộc lgCcb lgq Từ phƣơng trình y  0, 6496  0, 2415 phƣơng trình lg q   lg Ccb  lg k tính đƣợc n số Freundlich theo công thức sau: 1 n  1,54   0, 6496  n k  1, 74  log k  0, 2415 Trong đó: Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) q : dung lƣợng hấp phụ vật liệu thời điểm cân (mg/g) k : Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt yếu tố khác n : Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ lớn Bảng 3.12 Hằng số hấp phụ Freundlich tg 0,6496 n k 1,54 1,74 82 Qua kết thực nghiệm thu đƣợc thấy mơ hình đẳng nhiệt Langmuir phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ Cu(II) sử dụng than hoạt tính chế tạo từ phƣợng hoạt hóa H3PO4 Dung lƣợng hấp phụ cực đại lý thuyết theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir xác định đƣợc 30,58 mg/g 3.6 Nghiên cứu xử lý mô hình dịng chảy liên tục 3.6.1 Ảnh hưởng tốc độ dịng chảy Khi xem xét việc tối ƣu hóa điều kiện việc xử lí nƣớc thải liên tục, tốc độ dòng chảy yếu tố cần thiết phải đƣợc đánh giá Thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng tốc độ dòng chảy lên hấp phụ xanh metylene ion kim loại Cu(II) đƣợc tiến hành với điều kiện nhƣ sau: - Chuẩn bị mơ hình thí nghiệm: mơ hình sử dụng VLHP đƣợc hoạt hóa H3PO4 dùng để hấp phụ xanh metylen; mơ hình sử dụng VLHP đƣợc hốt hóa KOH để hấp phụ Cu - Chiều cao lớp VLHP = 5cm,10cm 15cm - Nồng độ ban đầu MB = 10mg/l; nồng độ ban đầu Cu = 100mg/l - Vận tốc thay đổi lần lƣợt 1ml/phút, 2ml/phút 3ml/phút Kết trình hấp phụ đƣợc thể dƣới hình 3.43 hình 3.44 1.0 0.8 C/C0 0.6 0.4 v=1ml/phút v=2ml/phút 0.2 v=3ml/phút 0.0 100 200 300 400 500 Thể tích tích lũy (mL) Hình 3.43 Đƣờng cong MB với tốc độ dòng chảy khác 83 1.2 1.0 C/C0 0.8 0.6 v=1 0.4 v=2 0.2 v=3 0.0 100 200 300 400 Thể tích tích lũy (ml) 500 600 700 Hình 3.44 Đƣờng cong Cu với tốc độ dòng chảy khác Kết thể hình cho thấy, hai mơ hình thực nghiệm tốc độ dịng chảy nhỏ nồng độ đầu chất bị hấp phụ khoảng thời gian thấp Khi tốc độ dòng chảy thấp, thời gian lƣu dung dịch chứa chất bị hấp phụ cột cao, làm tăng thời gian tiếp xúc VLHP chất bị hấp phụ, chất bị hấp phụ có thời gian qua lỗ xốp VLHP nhiều hơn, khối lƣợng bị giữ lại bề mặt chất hấp phụ tăng lên, làm tăng khả hấp phụ, dẫn đến hiệu suất hấp phụ cột hấp phụ tăng lên Tốc độ dịng chảy cao đƣờng cong có độ dốc lớn thời gian tiếp xúc chất bị hấp phụ VLHP giảm, kết thời gian tăng, thể tích xử lý bị giảm VLHP nhanh đạt tới trạng thái cân hơn, dẫn đến hiệu suất hấp phụ giảm Vì tốc độ dòng v = ml/phút đƣợc chọn làm tốc độ dịng chảy tối ƣu cho thí nghiệm 3.6.2 Ảnh hưởng chiều cao lớp vật liệu Khi tiến hành khảo sát ảnh hƣởng chiều cao VLHP đến trình hấp phụ động cột, với điều kiện tƣơng tự nhƣ thí nghiệm trên, vận tốc dòng chảy giữ cố định v = 1ml/phút, chiều cao lớp VLHP thay đổi lần lƣợt 5cm, 10cm 15cm 84 1.2 1.0 C/C0 0.8 0.6 0.4 H=10cm 0.2 H=15cm H=5cm 0.0 100 200 300 400 500 600 Thời gian (phút) Hình 3.45 Đƣờng cong dung dịch MB với chiều cao VLHP khác 1.2 H=5cm 1.0 H=10cm H=15cm C/C0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 200 400 Thời gian (phút) 600 800 Hình 3.46 Đƣờng cong thoát Cu với chiều cao VLHP khác Theo nhƣ kết mô tả đồ thị, với chiều cao VLHP khác nhau, đƣờng cong thoát có dạng độ dốc khác nhau, cụ thể tăng chiều cao lớp VLHP cột, chất bị hấp phụ có nhiều thời gian để tiếp xúc với VLHP làm tăng khả hấp phụ, dẫn đến hiệu suất hấp phụ tăng theo Sự gia tăng khối lƣợng VLHP, đồng nghĩa với việc tăng khối lƣợng cột vật liệu, làm giảm nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm , độ dốc đƣờng cong giảm đi, kết vùng chuyển khối cột đƣợc mở rộng thêm Chiều cao VLHP tăng 85 diện tích bề mặt tăng theo, làm gia tăng số lƣợng vị trí liên kết cột từ dẫn đến khả hấp phụ tăng lên 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.1 Kết luận Q trình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phƣợng nghiên cứu đánh giá hiệu hấp phụ dựa khả hấp phụ xanh metylen Cu (II), rút đƣợc số kết luận nhƣ sau: Quá trình chế tạo than Đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu hấp phụ từ phƣợng với điều kiện tối ƣu: - Thời gian ngâm hóa chất tối ƣu phƣợng với H3PO4 10% 24h, với KOH 10% 48h - Nhiệt độ thời gian nung tối ƣu với H3PO4 10% 300oC với KOH 10% 250 oC 1h - Khối lƣợng thu hồi than sau hoạt hóa KOH 10% 48h cho hiệu cao đạt 15,7g, mẫu than biến tính H3PO410% 24 cao đạt 23g Các đặc trưng than Sử dụng phƣơng pháp vật lý EDX, SEM, IR BET xác định đƣợc đặc trƣng vật liệu nhƣ thành phần nguyên tố, hình thái học bề mặt, nhóm chức hóa học mẫu diện tích bề mặt riêng Kết cho thấy sản phẩm VLHP có hình thái bề mặt gồ ghề, khơng đồng nhất, có phát triển lỗ xốp sau biến tính, có khoảng trống bề mặt, điều làm thay đổi đáng kể diện tích bề mặt so với nguyên liệu chƣa biến tính, qua làm tăng hiệu suất hấp phụ VLHP Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ - Khối lƣợng VLHP tối ƣu m=0,05g/200ml dung dịch khoảng khảo sát từ 0,05-3g - Nồng độ hấp phụ tốt 10mg/l khoảng nồng độ khảo sát từ 10mg/l75mg/l - Độ pH tốt cho hấp phụ mẫu than xanh metylen pH=8 - Quá trình hấp phụ xanh metylen than đƣợc chế tạo, phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax=40,98mg/g với mẫu ngâm H3PO4 10% qmax=29,76mg/g với mẫu than ngâm KOH10% 85 Nghiên cứu khả hấp phụ đồng vật liệu hấp phụ ngâm với KOH 10% - Thời gian hấp phụ đạt cân 60 phút - Dung lƣợng hấp phụ lớn nồng độ 25mg/l khoảng nồng độ khảo sát từ 25mg/l – 100mg/l - Khối lƣợng VLHP đạt dung lƣợng hấp phụ lớn m=0,2g/200ml dung dịch - Quá trình hấp phụ Cu than hoạt phù hợp với mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax=30,58mg/g Nghiên cứu xử lý mô hình dịng chảy liên tục - Khảo sát với tốc độ dòng 1; 2; ml/phút cho thấy tốc độ dòng chảy nhanh, lƣợng ion kim loại bị hấp phụ thấp, v=1ml/phút cho hiệu tốt - Khảo sát chiều cao lớp vật liệu h=5, 10, 15cm cho thấy chiều cao lớp vật liệu tỷ lệ thuận với hiệu hấp phụ tuổi thọ cột hấp phụ, h=15cm cho kết tốt Từ kết thu đƣợc thấy vỏ phƣợng loại vật liệu có khả biến tính để chế tạo than hoạt tính có chất lƣợng than tốt, cho hiệu hấp phụ xanh metylen và Cu (II) đạt hiệu tƣơng đối cao Tuy nhiên nghiên cứu dừng lại phạm vi nghiên cứu chƣa có khả ứng dụng thực tế khả thu gom phƣợng chế tạo than theo quy mơ cơng nghiệp chƣa có phƣơng án khả thi 1.2 Kiến nghị Trong khoảng thời gian thực luận văn điều kiện nghiên cứu cịn khó khăn, khơng có đầy đủ hóa chất, số máy móc thƣờng xuyên bị hỏng, thời gian nghiên cứu hạn hẹp nên luận văn chƣa thể khảo sát, đánh giá đƣợc hết yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng than hoạt tính tạo thành nhƣ xác định đƣợc hết tiêu đặc trƣng than hoạt tính nhƣ: - Nghiên cứu ảnh hƣởng số hóa chất biến tính khác nhƣ HNO3, H2SO4, NaOH,… - Cần phải đánh giá khả ứng dụng mẫu than vào thực tế dựa việc đánh giá mặt giá trị kinh tế - Mở rộng hƣớng nghiên cứu khả xử lý tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc khác thông qua q trình hấp phụ mẫu than hoạt tính chế tạo từ phƣợng 86 nhƣ kim loại nặng khác ( Fe, As, Hg…) số hợp chất hữu độc hại môi trƣờng nƣớc nhƣ metyl đỏ, phenol… - Bên cạnh đó, cần tiếp tục xác định tiêu đặc trƣng than hoạt tính tạo thành nhƣ khối lƣợng thể tích, độ tro than,… 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mithun Motiram Gangadware, Dr M.V Jadhav ,Removal of Methylene Blue from Wastewater, 2016 [2] Syeda Yasmeen Prof Shahikant.R.Mise, Removal of Methylene Blue from aqueous solution by adsorption using low cost activated carbon derived from Delonix Regia, 2014, [Online] [3] Fang M, et al,“ Experimental study on rice husk combustion in a circulating fluidized bed fuel processing technology” (2004), Vol 85, pp 1273-1282 [4] Bansal R.C , Goyal M, “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group,USA, (2005) [5] Marsh Harry, Rodrigguez – Reinoso Francisco , Activated Carbon, Elsevier, Spain, (2006) [6] Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddin , “ Review of modìicatión of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueoú solutions”, Separation and Purification Technology, (2007), 52, pp.403 – 415 [7] Nguyễn Thị Thanh Tú, Nghiên cứu khả hấp phụ Metyl đỏ dung dịch nƣớc vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía thử nghiệm xử lý mơi trƣờng, Luận văn thạc sĩ hóa học, Đại học sƣ phạm Thái Nguyên, 2010 [8] Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga, Giáo trình cơng nghệ xử lí nƣớc thải, Hà Nội: Nxb Khoa học kĩ thuật, 2005 [9] Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, Hóa lí tập II, Hà Nội: Nxb Giáo dục, 1998 [10] Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học kĩ thuật xử lý nƣớc, NXB Thanh niên, 1999 [11] Trƣơng hồng, Tìm hiểu khả hấp phụ sắt vật liệu hấp phụ chế tạo tƣ rơm Luận văn tốt nghiệp Đại học, Đại học dân lập Hải phòng, 2013 [12] Chen, W.-M., Wu, C.-H., James, E K., and Chang, J.-S Metal biosorption capability of Cupriavidus taiwanensis and its effects on heavy metal removal by nodulated Mimosa pudica Journal of Hazardous Materials, (2008), 151(2): 364– 371 [13] Lê Huy Du, Nghiên cứu ảnh hƣởng yếu tố hoạt hóa q trình điều chế than hoạt tính ép viên dùng mặt nạ phòng độc, Nội: Luận án phó tiến 88 sĩ, 1984 [14] Đặng Minh Anh, “ Nghiên cứu khả hấp phụ phenol tro lục bình”, Luận văn thạc sĩ, Viện Mơi trƣờng tài nguyên, TP - HCM: Đại học quốc gia TP- HCM, 2013 [15] Nguyễn Đình Hịa, Điều chế than hoạt tính từ gáo dừa để hấp phụ hợp chất phenol nƣớc, Hà Nội: Luận văn thạc sỹ, 1997 [16] Vũ Lực, Nghiên cứu tận dụng bã sắn dong riềng để chế tạo than hoạt tính để ứng dụng xử lý môi trƣờng, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học tự nhiên, 2012 [17] Production and Characterization of Activated Carbon from Banana Empty Fruit Bunch and Delonix regia Fruit Pod P Sugumaran, V Priya Susan, P Ravichandran and S Seshadri s.l : Journal of Sustainable Energy & Environment 3, 2012, pp 125-132 [18] Harler, C R Tea Manufacture Tea Manufacture, (1963) [19] Lee, H V, Hamid, S B A., and Zain, S K, Conversion of lignocellulosic biomass to nanocellulose: structure and chemical process The Scientific World Journal, (2014) [20] Ramos, L P The chemistry involved in the steam treatment of lignocellulosic materials Química Nova, (2003),26(6): 863–871 [21] Phạm Luận, Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp phân tích phổ khối lƣợng, 1998 [22] Sud, D., Mahajan, G., and Kaur, M P Agricultural waste material as potential adsorbent for sequestering heavy metal ions from aqueous solutions–A review Bioresource Technology, (2008), 99(14): 6017–6027 [23] Đặng Kim Chi, Hóa học mơi trƣờng, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2006 [24] Reddad, Z., Gerente, C., Andres, Y., and Le Cloirec, P Adsorption of several metal ions onto a low-cost biosorbent: kinetic and equilibrium studies, (2002) [25] Hanif, M A., Nadeem, R., Bhatti, H N., Ahmad, N R., and Ansari, T M Ni (II) biosorption by Cassia fistula (Golden Shower) biomass Journal of Hazardous Materials, (2007), 139(2): 345–355 [26] Villaescusa, I., Fiol, N., Mart nez, M., Miralles, N., Poch, J., and Serarols, J Removal of copper and nickel ions from aqueous solutions by grape stalks wastes Water Research, (2004), 38(4): 992–1002 [27] Hansen, H K., Arancibia, F., and Gutiérrez, C Adsorption of copper onto 89 agriculture waste materials Journal of Hazardous Materials, 180(1), (2010), 442– 448 [28] Volesky, B., and Holan, Z R Biosorption of heavy metals Biotechnology Progress, (1995), 11(3): 235–250 [29] Bhattacharyya, K G., and Sharma, A Adsorption of Pb (II) from aqueous solution by Azadirachta indica (Neem) leaf powder Journal of Hazardous, (2004) [30] Akar, S T., Arslan, S., Alp, T., Arslan, D., and Akar, T Biosorption potential of the waste biomaterial obtained from Cucumis melo for the removal of Pb 2+ ions from aqueous media: equilibrium, kinetic, thermodynamic and mechanism analysis,(2012) [31] Ding, Y., Jing, D., Gong, H., Zhou, L., and Yang, X Biosorption of aquatic cadmium (II) by unmodified rice straw Bioresource Technology,(2012) 114: 20– 25 [32] Krishnani, K K., Meng, X., Christodoulatos, C., and Boddu, V M Biosorption mechanism of nine different heavy metals onto biomatrix from rice husk Journal of Hazardous Materials, 153(3), (2008) [33] Ofomaja, A E, Kinetics and pseudo-isotherm studies of 4-nitrophenol adsorption onto mansonia wood sawdust Industrial Crops and Products, (2011), 33(2): 418– 428 [34] Torab-Mostaedi, M., Asadollahzadeh, M., Hemmati, A., and Khosravi, A Equilibrium, kinetic, and thermodynamic studies for biosorption of cadmium and nickel on grapefruit peel Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, (2013), 44(2): 295–302 [35] Zhang, R., Zhou, Y., Gu, X., and Lu, J Competitive adsorption of methylene blue and Cu2+ onto citric acid modified pine sawdust, (2015) [36] https://sj.ctu.edu.vn/ql/docgia/tacgia-33036/baibao-28802.html [37] M EL Alouani, S Alehyen, M EL Achouri, M Taibi “Removal of Cationic Dye – Methylene Blue- from Aqueous Solution by Adsorption on Fly Ash-based Geopolymer” [38] Maryam Khodaie, Nahid Ghasemi, Babak Moradi, and Mohsen Rahimi “Removal of Methylene Blue from Wastewater by Adsorption onto ZnCl2 Activated Corn Husk Carbon Equilibrium Studies”, 2013 [39] K.G Bhattacharyya, A Sharma “Kinetics and thermodynamics of methylene blue adsorption on Neem (Azadirachta indica) leaf powder” s.l : Dyes Pigments 90 65, 2005 [40] K.V Kumar, V Ramamurthi, S Sivanesan Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash J Colloid Interf s.l : Science 284, 2005 [41] V.VadivelanK VasanthKumar “Equilibrium, kinetics, mechanism, and process design for the sorption of methylene blue onto rice husk”, (2005) [42] H.Benaissa, “Equilibrium study of methylene blue sorption from aqueous solutions by a low-cost waste material: almond peel” [43] Nasehir Khan E M Yahayaa , Muhamad Faizal Pakir Mohamed Latiffa , Ismail Abustana, Olugbenga Solomon Bellob , Mohd Azmier Ahmadb “Adsorptive removal of Cu (II) using activated carbon prepared from rice husk by ZnCl2 activation and subsequent gasification [44] Horsfall, M Jnr, Abia, A A and Spiff, A.I “Removal of Cu (II) and Zn (II) ions from wastewater by cassava (Manihot esculenta Cranz) waste biomass”,2003 [45] Lokendra Singh Thakur, Mukesh Parmar “Adsorption of Heavy Metal (Cu2+, Ni2+ and Zn2+) from Synthetic Waste Water by Tea Waste Adsorbent”, International Journal of Chemical and Physical Sciences, 2013 [46] Nguyễn Văn Ri, Tạ Thị Thảo , Thực tập phân tích hóa học – Phần phân tích định lƣơng hóa học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2006 [47] UV- Việt Nam (18/6/2013), Xanh methylen- Thông tin cho ngƣời nuôi trồng thủy sản http://uv-vietnam.com.vn/NewsDetail.aspx?newsId=2571 (10/11/2017) 91 ... đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phượng ứng dụng xử lý nước thải? ?? Mục tiêu đề tài - Mục tiêu tổng quát + Nhiên cứu chế tạo than hoạt tính từ phƣợng + Nghiên cứu khả xử lý chất hữu hòa...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI ĐỖ THỊ THI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ QUẢ PHƢỢNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI Chuyên ngành: Kỹ thuật... 1.1 Tổng quan than hoạt tính .4 1.1.1 Than hoạt tính 1.1.2 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.3 Chế tạo than hoạt tính 1.1.4 Biến tính than hoạt tính