Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ xơ dừa bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải

Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Mơi trƣờng nhân tố có ảnh hƣởng định đến tồn phát triển ngƣời, quốc gia giới Chính vậy, bảo vệ mơi trƣờng đảm bảo phát triển bền vững vấn đề có tính sống cịn quốc gia toàn cầu Trong năm gần đây, với phát triển công nghiệp nƣớc ta, tình hình nhiễm mơi trƣờng gia tăng đến mức báo động Do đặc thù cơng nghiệp phát triển, chƣa có quy hoạch tổng thể nhiều nguyên nhân khác nhƣ: điều kiện kinh tế xí nghiệp cịn khó khăn chi phí xử lý ảnh hƣởng đến lợi nhuận nên hầu nhƣ chất thải công nghiệp nhiều nhà máy chƣa đƣợc xử lý mà thải thẳng môi trƣờng Mặt khác, nƣớc ta nƣớc đông dân, có mật độ dân cƣ cao, nhƣng nhận thức ngƣời dân tầm quan trọng môi trƣờng chƣa đƣợc tốt ý thức bảo vệ môi trƣờng chƣa cao Điều dẫn đến nhiễm trầm trọng môi trƣờng sống, ảnh hƣởng đến phát triển toàn diện đất nƣớc, sức khoẻ, đời sống nhân dân nhƣ mỹ quan khu vực Trong môi trƣờng nƣớc, nitrit sản phẩm trung gian phản ứng oxy hóa từ amoniac đến nitrit cuối nitrat Thời gian tồn nƣớc nitrit ngắn gặp oxy khơng khí chuyển thành nitrat nhƣng điều kiện thích hợp với có mặt vi sinh vật nitrat chuyển hóa thành dạng nitrit Trong thể, nitrit (hoặc nitrat dƣới tác động số vi khuẩn đƣờng ruột chuyển thành nitrit) kết hợp với hồng cầu (hemoglobin) máu sau chuyển thành methemoglobin, cuối chuyển thành methemoglobinamin Methemoglobinamin chất ngăn cản việc liên kết vận chuyển oxy, gây bệnh thiếu oxy máu sinh bệnh máu trắng Ở khía cạnh khác, nitrit kết hợp với axit amin thực phẩm làm thành họ chất nitrosamin Nitrosamin gây tổn thƣơng di truyền tế bào nguyên nhân gây bệnh ung thƣ, quái thai Những thí nghiệm cho nitrit vào thức ăn, nƣớc uống chuột, thỏ với hàm lƣợng vƣợt ngƣỡng cho phép sau thời gian thấy khối u sinh gan, phổi, vòm họng chúng Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Hiện có nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhằm loại bỏ tác nhân gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói chung loại bỏ nitrit nói riêng, phƣơng pháp có ƣu nhƣợc điểm riêng, phƣơng pháp hấp phụ đƣợc áp dụng rộng rãi cho kết khả thi Một vật liệu đƣợc sử dụng để hấp phụ chất ô nhiễm môi trƣờng nƣớc đƣợc nhà khoa học nghiên cứu than hoạt tính Mặt khác, Việt Nam có nguồn phế thải nơng nghiệp dồi dào, phong phú, song việc sử dụng chúng vào việc chế tạo vật liệu hấp phụ để xử lí nƣớc thải cịn đƣợc quan tâm Vì vậy, để tìm loại vật liệu vừa có khả hấp phụ vừa sẵn có để sử dụng rộng rãi cho nhiều đối tƣợng nƣớc thải việc làm cần thiết Với mục đích góp phần vào việc bảo vệ môi trƣờng việc xử lý nitrit phƣơng pháp hấp phụ, khố luận chúng tơi tập trung nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ xơ dừa phương pháp oxy hóa ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước thải” Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ [1,2] 1.1 1.1.1 Các khái niệm [8]  Sự hấp phụ Hấp phụ q trình tích lũy chất bề mặt phân cách pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Chất hấp phụ chất mà phần tử lớp bề mặt có khả hút phần tử pha khác nằm tiếp xúc với Chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn khả hấp phụ mạnh Bề mặt riêng diện tích bề mặt đơn phân tử tính 1g chất hấp phụ Chất bị hấp phụ chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung bề mặt chất hấp phụ Quá trình hấp phụ xảy lực tƣơng tác phần tử chất phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lực tƣơng tác mà ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý đƣợc gây lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hƣớng, khuếch tán), lực liên kết hidro… Đây lực yếu nên liên kết hình thành khơng bền, dễ bị phá vỡ Vì hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao Cấu trúc điện tử phần tử chất tham gia trình hấp phụ vật lý bị thay đổi Hấp phụ vật lý khơng địi hỏi hoạt hóa phân tử xảy nhanh Hấp phụ hóa học gây lực liên kết hóa học, có lực liên kết mạnh nhƣ lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí…gắn kết phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ thành hợp chất bề mặt Năng lƣợng liên kết lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ Vì hấp phụ hóa học thƣờng khơng thuận nghịch khơng thể vƣợt đơn lớp phân tử Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử phần tử chất tham gia q trình hấp phụ có biến đổi sâu sắc dẫn đến hình thành liên kết hóa học Sự Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp hấp phụ hóa học cịn địi hỏi hoạt hóa phân tử xảy chậm Trong thực tế, phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học tƣơng đối ranh giới chúng không rõ rệt Một số trƣờng hợp tồn đồng thời hai hình thức hấp phụ Ở vùng nhiệt độ thấp thƣờng xảy hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm, khả hấp phụ hóa học tăng lên  Giải hấp phụ Giải hấp phụ chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Quá trình dựa nguyên tắc sử dụng yếu tố bất lợi trình hấp phụ Đây phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên mang đặc trƣng hiệu kinh tế Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: Phƣơng pháp hóa lý: thực chỗ, cột hấp phụ nên tiết kiệm đƣợc thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp phụ thu hồi chất hấp phụ trạng thái nguyên vẹn Phƣơng pháp hóa lý thực theo cách chiết với dung mơi, sử dụng phản ứng oxi hóa – khử, áp đặt điều kiện làm dịch chuyển cân khơng có lợi cho q trình hấp phụ Phƣơng pháp nhiệt: sử dụng cho trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay sản phẩm phân hủy nhiệt chúng có khả bay Phƣơng pháp vi sinh: phƣơng pháp tái tạo khả hấp phụ vật liệu hấp phụ nhờ sinh vật  Cân hấp phụ Hấp phụ vật lý trình thuận nghịch Khi tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) trình hấp phụ đạt trạng thái cân Với lƣợng xác định, lƣợng chất bị hấp phụ hàm nhiệt độ áp suất nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích q = f (T, P C) Trong đó: Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường q: Dung lƣợng hấp phụ cân (mg/g) T: Nhiệt độ P: Áp suất C: Nồng độ chất bị hấp phụ pha thể tích (mg/l)  Dung lượng hấp phụ cân Dung lƣợng hấp phụ cân khối lƣợng chất bị hấp phụ đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ trạng thái cân điều kiện xác định nồng độ nhiệt độ Trong đó: q: Dung lƣợng hấp phụ cân (mg/g) V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lƣợng chất bị hấp phụ (g) C0: Nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm ban đầu (mg/l) Ccb: Nồng độ chất hấp phụ thời điểm cân (mg/l)  Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ tỉ số nồng độ dung dịch bị hấp phụ nồng độ dung dịch ban đầu 1.1.2 Hấp phụ môi trường nước Hấp phụ mơi trƣờng nƣớc q trình hấp phụ hỗn hợp ngồi phân tử chất tan cịn có phân tử dung mơi nƣớc Do đó, q trình hấp phụ kết tƣơng tác nƣớc - chất tan - chất hấp phụ Trong thực tiễn, trình hấp phụ chất tan nƣớc diễn phức tạp, đa dạng kể vô hữu chúng có chất khác Khả hấp phụ chúng phụ thuộc vào tƣơng tác cặp chất bị hấp phụ - chất hấp phụ Thƣờng nồng độ chất tan nhỏ nên Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường tiếp xúc với chất hấp phụ, phân tử nƣớc chiếm chỗ toàn bề mặt chất hấp phụ Các phân tử chất bị hấp phụ đẩy phân tử nƣớc để chiếm chỗ tƣơng tác chúng với chất hấp phụ đủ mạnh Do chế hấp phụ môi trƣờng nƣớc chế hấp phụ chọn lọc Sự hấp phụ môi trƣờng nƣớc chịu ảnh hƣởng nhiều pH môi trƣờng Sự thay đổi pH dẫn đến thay đổi chất chất bị hấp phụ Các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay lƣỡng tính bị phân li để tích điện âm, điện dƣơng hay trung hồ mơi trƣờng có pH khác Sự thay đổi pH làm ảnh hƣởng đến nhóm chức bề mặt chất hấp phụ phân li nhóm chức 1.1.3 Động học trình hấp phụ Quá trình hấp phụ từ pha lỏng bề mặt chất hấp phụ gồm giai đoạn: - Chuyển chất bị hấp phụ pha lỏng đến bề mặt chất hấp phụ: chất hấp phụ pha lỏng đƣợc chuyển dần đến bề mặt chất hấp phụ nhờ đối lƣu Ở bề mặt hạt có lớp màng giới hạn làm cho truyền chất nhiệt bị chậm lại - Khuếch tán vào mao quản hạt: chuyển chất bị hấp phụ từ bề mặt chất hấp phụ vào bên diễn phức tạp Với mao quản đƣờng kính lớn qng đƣờng tự trung bình phân tử diễn khuếch tán phân tử Với mao quản nhỏ khuếch tán Knudsen chiếm ƣu Cùng với chúng cịn có chế khuếch tán bề mặt, phân tử dịch chuyển từ bề mặt mao quản vào lịng hạt, đơi giống nhƣ chuyển động lớp màng (lớp giới hạn) - Hấp phụ bƣớc cuối diễn tƣơng tác bề mặt hấp phụ chất bị hấp phụ Lực tƣơng tác lực vật lý khác phân tử khác nhau, tạo nên tập hợp bao gồm lớp phân tử nằm bề mặt, nhƣ lớp màng chất lỏng tạo nên trở lực chủ yếu cho giai đoạn hấp phụ Q trình hấp phụ làm bão hịa dần phần không gian hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự phân tử hấp phụ nên thƣờng kèm theo tỏa nhiệt Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp 1.1.4 Các mơ hình hấp phụ 1.1.4.1 Các mơ hình động học Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy theo loạt giai đoạn nhau: - Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ Đây giai đoạn khuếch tán dung dịch - Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ chứa hệ mao quản Đây giai đọan khuếch tán màng - Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên hệ mao quản chất hấp phụ Đây giai đoạn khuếch tán mao quản - Các phần tử chất bị hấp phụ đƣợc gắn vào bề mặt chất hấp phụ Đây giai đoạn hấp phụ thực Trong tất giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm định hay khống chế chủ yếu trình động học hấp phụ.Với hệ hấp phụ mơi trƣờng nƣớc, q trình khuếch tán thƣờng chậm đóng vai trị định Tải trọng hấp phụ thay đổi theo thời gian tới trình hấp phụ đạt cân Gọi tốc độ hấp phụ biến thiên độ hấp phụ theo thời gian Ta có: Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc vào biến thiên nồng độ theo thời gian thì: = β.(Ci - Cf)= k.(qmax - q) Trong đó: β : hệ số chuyển khối Ci : nồng độ chất bị hấp phụ pha mang thời điểm ban đầu Cf : nồng độ chất bị hấp phụ pha mang thời điểm t k : số tốc độ hấp phụ qmax : tải trọng hấp phụ cực đại q : tải trọng hấp phụ thời điểm t Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 1.1.4.2 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Khi nhiệt độ khơng đổi, đƣờng biểu diễn q = fT (P C) đƣợc gọi đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ thời điểm vào nồng độ cân áp suất chất bị hấp phụ thời điểm nhiệt độ xác định Đối với chất hấp phụ chất rắn, chất bị hấp phụ chất lỏng, khí đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt đƣợc mơ tả qua phƣơng trình nhƣ: phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Frenundrich, Langmuir… a Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Mơ tả q trình hấp phụ lớp đơn phân tử bề mặt vật rắn Phƣơng trình Langmuir đƣợc thiết lập với giả thiết sau: - Các phân tử đƣợc hấp phụ đơn phân lớp phân tử bề mặt chất hấp phụ (tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt trung tâm xác định) - Sự hấp phụ chọn lọc (mỗi trung tâm hấp phụ tiểu phân) - Giữa phần tử chất hấp phụ khơng có tƣơng tác qua lại với - Bề mặt chất hấp phụ đồng mặt lƣợng, tức hấp phụ xảy chỗ nhiệt hấp phụ giá trị không đổi hay bề mặt chất hấp phụ trung tâm hoạt động Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir: Trong đó: q : tải trọng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) qmax : tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g) b : số lực vị trí liên kết bề mặt chất hấp phụ Khi b.Ccb> q= qmax mơ tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giới hạn đƣờng đẳng nhiệt biểu diễn đoạn cong Để xác định số trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta sử dụng phƣơng pháp đồ thị cách đƣa phƣơng trình phƣơng trình đƣờng thẳng: Xây dựng đồ thị phụ thuộc Cf/q vào Ccb xác định đƣợc số phƣơng trình Langmuir q(mg/g) qmax Cf Hình 1.1 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tg = 1/qmax Cf/q N Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp Cf Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cf/q Cf ON= 1/b.qmax b Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng: a = K.P Hay q = K.Ccb Trong đó: A : lƣợng chất bị hấp phụ (mol/g) K : số hấp phụ Henry P : áp suất (mmHg) Q : dung lƣợng hấp phụ cân (mg/g) Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ thời điểm cân (mg/l) c Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Frenundrich Đây phƣơng trình thực nghiệm sử dụng để mơ tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay hấp phụ vật lý Các giả thiết phƣơng trình nhƣ sau: - Do tƣơng tác đẩy phân tử, phần tử sau bị đẩy phần tử hấp phụ trƣớc, nhiệt hấp phụ giảm tăng độ che phủ bề mặt - Do bề mặt không đồng nhất, phân tử hấp phụ trƣớc chiếm trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, sau nhiệt trung tâm hấp phụ thấp Phƣơng trình đƣợc biểu diễn hàm mũ: q = k Trong đó: Ccb : nồng độ cân chất bị hấp phụ (mg/l) q : tải trọng hấp phụ thời điểm cân (mg/g) k : số hấp phụ Frenundrich n : cƣờng độ hấp phụ, số phụ thuộc vào nhiệt độ lớn Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 10 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.1 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ NO2- vật liệu Từ kết bảng (bảng 3.1) đồ thị (hình 3.1) cho thấy dải pH từ đến 4, hiệu suất hấp phụ vật liệu tăng dần Khi tăng pH khoảng – hiệu suất hấp phụ giảm dần Điều cho thấy khả hấp phụ NO2- vật liệu phụ thuộc nhiều vào pH pH = giá trị pH tối ƣu 3.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian tới khả hấp phụ nitrit vật liệu Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng thời gian đến trình hấp phụ NO2- vật liệu đƣợc trình bày bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến hấp phụ nitrit STT Thời gian Nồng độ đầu Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Nồng độ sau Hiệu suất (%) 35 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp (giờ) (mg/l) (mg/l) 0,5 10 3,759 62,41 10 2,422 75,78 1,5 10 1,639 83,61 10 0,648 93,52 10 0,613 93,87 3,5 10 0,554 94,46 10 0,385 96,15 - Hình 3.2 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ NO2 vật liệu Nhận xét: Từ kết bảng 3.2 hình 3.3 cho thấy: Hiệu suất hấp phụ - tăng dần theo thời gian Sau thời gian 120 phút, hiệu suất hấp phụ NO2 vật liệu Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 36 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp tăng tƣơng đối ổn định dần đạt đến trạng thái cân Do đó, chọn thời gian - tối ƣu để hấp phụ NO2 vật liệu 120 phút 3.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến khả hấp phụ nitrit Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu hấp phụ - than hoạt tính đến q trình hấp phụ NO2 đƣợc trình bày bảng 3.3 hình 3.3 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến hấp phụ nitrit Khối lƣợng Nồng độ đầu vào Nồng độ sau (mg/l) Hiệu suất (%) (g) (mg/l) 0,3 10 4,744 55,26 0,5 10 1,565 84,35 0,7 10 0,758 92,42 1,1 10 0,762 92,38 1,3 10 0,684 93,16 1,5 10 0,737 92,63 1,9 10 0,578 94,22 STT Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 37 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp Hình 3.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ NO2- Từ kết bảng bảng 3.3 hình 3.3 cho thấy tăng dần khối lƣợng vật liệu hấp phụ từ 0,3 1,9g hiệu suất hấp phụ vật liệu tăng dần Khi khối lƣợng vật liệu > 0,7 gam hiệu suất hấp phụ NO2- dần đạt đến trạng thái bão hịa Chúng tơi chọn giá trị khối lƣợng vật liệu tối ƣu 0,7 gam nghiên khảo sát yếu tố ảnh hƣởng khác - 3.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NO2 đến khả hấp phụ VLHP Sau khảo sát ảnh hƣởng pH, ảnh hƣởng thời gian khối lƣợng vật liệu hấp phụ, tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hƣởng nồng - độ NO2 đến khả hấp phụ vật liệu pH = 7, thời gian 60 phút - Kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ NO2 đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ than hoạt tính đƣợc trình bày bảng 3.4 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 38 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp - Bảng 3.4 Ảnh hưởng nồng độ NO2 tới khả hấp phụ vật liệu STT Co (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) Cf/q 0.124 0.244 0.508 0.237 0.389 0.610 10 0.302 0.485 0.623 20 0.675 0.968 0.698 50 1.824 2.408 0.757 100 4.062 4.799 0.846 200 10.023 9.499 1.055 300 20.487 13.989 1.465 400 35.655 18.219 1.957 10 500 70.25 21.488 3.269 - - Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ NO2 tăng tải trọng hấp phụ vật liệu tăng dần Từ kết ta vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân Cf Nitrit đồ thị biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào nồng độ cân Cf: Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 39 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường Hình 3.5 Ảnh hưởng nồng độ nitrit đến khả hấp phụ vật liệu Hình 3.6 Đường biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf Sự phụ thuộc Cf/q vào Cf đƣợc mơ tả nhƣ phƣơng trình: Y = 0,0399x + 0,6138 Ta có tgα = 1/qmax qmax = 1/tgα = 1/0,0399 = 25,01 (mg/g) Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 40 Ngành: Kỹ thuật môi trường Khóa luận tốt nghiệp Nhƣ vậy, tải trọng hấp phụ cực đại vật liệu NO2- 25,01 (mg/g) 3.5 Kết khảo sát khả giải hấp tái sinh VLHP với nitrit - - Lấy 50ml dung dịch NO2 10mg/l 2g vật liệu cho vào bình tam giác, đem lắc 30 phút Sau đo nồng độ dung dịch sau xử lý từ tính - đƣợc lƣợng NO2 hấp phụ đƣợc - - Sau tiến hành giải hấp NO2 khỏi vật liệu dung dịch NaOH 1M, trình giải hấp đƣợc tiến hành lần lần 50ml dung dịch NaOH Xác - định nồng độ NO2 sau giải hấp phƣơng pháp trắc quang Từ tính đƣợc - hàm lƣợng NO2 đƣợc rửa giải Kết hấp phụ nitrit đƣợc thể bảng 3.5 - Bảng 3.5 Kết hấp phụ NO2 VLHP 30 phút Hàm lƣợng đầu NO2- Hàm lƣợng NO2- sau (mg) (mg) 10 0.327 Nguyên tố NO2 - Hiệu suất (%) 96.73 Kết giải hấp VLHP NaOH đƣợc thể bảng 3.6 Bảng 3.6 Kết giải hấp VLHP NaOH 1M STT Lần rửa Lƣợng NO2- Lƣợng NO2- hấp phụ đƣợc rửa giải vật liệu (mg) (mg) Hiệu suất (%) Lần 9.673 7.839 81.041 Lần 9.673 9.037 93 432 Lần 9.673 9.323 96.383 Để đánh giá khả tái sinh vật liệu vật liệu sau giải hấp sau lần, - tiếp tục đƣợc sử dụng để hấp phụ NO2 Kết tái sinh vật liệu hấp phụ đƣợc thể bảng 3.7 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 41 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp Bảng 3.7 Kết tái sinh VLHP VLHP Than hoạt tính Hàm lƣợng NO2- Hàm lƣợng NO2- ban đầu (mg) sau (mg) 10 1,353 Hiệu suất (%) 86.47 Từ kết cho thấy khả hấp phụ vật liệu sau giải hấp giảm so với ban đầu nhƣng hiệu suất hấp phụ vật liệu tái sinh đạt 86,47 % hiệu suất hấp phụ tốt Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 42 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu kết thực nghiệm rút kết luận sau: Đã chế tạo đƣợc vật liệu hấp phụ than hoạt tính phƣơng pháp oxy hóa xơ dừa H2SO4 đặc Khảo sát xác định pH tối ƣu cho hấp phụ nitrit vật liệu hấp phụ: Đối với vật liệu hấp phụ than hoạt tính giá trị pH thích hợp cho hấp phụ NO2- pH = Khảo sát xác định đƣợc thời gian đạt cân hấp phụ vật liệu hấp phụ: Thời gian đạt cân hấp phụ NO2- 120 phút Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NO2- đến khả hấp phụ vật liệu hấp phụ than hoạt tính xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại vật - liệu NO2 là: qmax = 25,01 mg/g Kết khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ than hoạt tính cho thấy loại vật liệu hồn tồn đƣợc tái sinh dùng cho lần hấp phụ sau Nhƣ vậy, việc sử dụng vật liệu hấp phụ than hoạt tính chế tạo từ xơ dừa trình xử lý nguồn nƣớc bị nhiễm nitrit tỏ có nhiều ƣu điểm Tận dụng nguồn phế thải từ nhà máy, xí nghiệp sản xuất sản phẩm từ dừa hộ gia đình Đây nguồn vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, có khả tách loại NO2- tốt Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 43 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Bảng, (2004), “Giáo trình phương pháp xử lý nước nước thải”, Đại học KHTN Hà Nội Lê Văn Cát, (2002), “Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải”, NXB Thống kê, Hà Nội Đặng Kim Chi, (2006), “Hóa học mơi trường”, NXB KH& KT Hà Nội Trần Tứ Hiếu, (2000), “Giáo trình hóa phân tích”, Khoa hóa học, ĐHQG Hà Nội Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội, (1999), “Giáo trình hóa mơi trường sở, Khoa hóa học, ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội Nhƣ Lê Hùng, (2009), “Cẩm nang cơng nghệ thiết bị mỏ hầm lị”, q2, NXB KH & KT Hà Nội Phạm Luận, Nguyễn Xuân Dũng, (1987), “ Sổ tay tra cứu pha chế dung dịch”, NXB KH & KT Hà Nội Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, (1997) “Giáo trình hóa lý”, t2, NXB Giáo Dục Nguyễn Xuân Nguyên, (2003), “Nước thải công nghệ xử lý nước thải”, NXB KH & KT Hà Nội 10 Nguyễn Đức Vận, (2000), “Hóa học vơ cơ”, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 11 http://www.haisontq.com/tin-tuc-su-kien/tin-tuc/190-tinh-trang-o-nhiemmoi-truong-nuoc-tai-viet-nam.html 12 http://vaas.vn/kienthuc/caylua/12/38_trau.htm 13 http://thanhoattinhtad.com/Newscat/Than-hoat-tinh/Than-hoat-tinh-la-githanh-phan-va-cong-dung-cua-than-hoat-tinh/43/175.html Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 44 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu phƣơng pháp hấp phụ [1,2] 1.1.1 Các khái niệm [8] 1.1.2.Hấp phụ môi trƣờng nƣớc 1.1.3 Động học trình hấp phụ 1.1.4 Các mơ hình hấp phụ 1.1.4.1 Các mơ hình động học 1.1.4.2 Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 1.1.5 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ [9] 11 1.1.6 Ứng dụng phƣơng pháp hấp phụ việc xử lý nƣớc thải 12 1.2 Nitrit ảnh hƣởng tới sức khỏe ngƣời 12 1.2.1 Nitrit môi trƣờng 12 1.2.3 Một số phƣơng pháp định lƣợng nitrit 16 1.2.3.1 Phƣơng pháp sắc kí 16 1.2.3.2 Phƣơng pháp cực phổ 16 1.2.3.3.Định lƣợng NO2- phƣơng pháp trắc quang 17 1.3.1 Thành phần hóa học than [6] 17 1.3.2 Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính 18 1.3.3 Ứng dụng than hoạt tính [13] 20 1.4 Giới thiệu nguyên liệu xơ dừa [12] 21 1.5 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp (QCVN24:2009) 22 1.5.1 Phạm vi áp dụng 22 1.5.2 Giá trị giới hạn 22 CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 25 2.1 Mục tiêu nội dung nghiên cứu khóa luận 25 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 45 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 2.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 25 2.1.2 Nội dung nghiên cứu 25 2.2 Dụng cụ hóa chất 25 2.2.1 Thiết bị 25 2.2.2 Hóa chất 25 2.3 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ 26 2.3 Phƣơng pháp phân tích xác định nitrit 28 2.3.1 Nguyên tắc xác định NO2 - 28 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến khả hấp phụ 31 2.4.1 Ảnh hƣởng pH 31 2.4.2 Ảnh hƣởng thời gian 31 2.4.3 Ảnh hƣởng khối lƣợng 32 2.4.4 Xác định tải trọng hấp phụ 32 2.5 Khảo sát khả giải hấp tái sinh vật liệu hấp phụ 32 2.5.1 Khảo sát khả giải hấp vật liệu hấp phụ 32 2.5.2 Khảo sát khả tái sinh vật liệu hấp phụ 33 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Khảo sát ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ nitrit vật liệu 34 3.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian tới khả hấp phụ nitrit vật liệu 35 3.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến khả hấp phụ nitrit 37 3.4 Kết khảo sát ảnh hƣởng nồng độ NO2- đến khả hấp phụ VLHP 38 3.5 Kết khảo sát khả giải hấp tái sinh VLHP với nitrit 41 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 46 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Dưỡng giao đề tài tận tình hướng dẫn em suốt q trình em thực đề tài khóa luận Em gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô khoa Kỹ thuật môi trường tồn thể thầy dạy em suốt khóa học trường ĐHDL Hải Phịng Và em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè gia đình động viên tạo điều kiện giúp đỡ em việc hồn thành khóa luận Do hạn chế thời gian trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp thầy, để báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Trần Quang Huy Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 47 Ngành: Kỹ thuật mơi trường Khóa luận tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cf/q Cf 10 Hình 1.3 Chu trình nitơ tự nhiên 13 Hình 1.4 Sự chuyển hóa dạng Niơ 14 Hình 1.5 Than hoạt tính 18 Hình 2.1 Xơ dừa trƣớc oxy hóa 26 Hình 2.2 Xơ dừa đƣợc than hóa H2SO4 98% 27 Hình 2.3 Than hoạt tính thu đƣợc sau oxy hóa xơ dừa H2SO4 98% 27 Hình 3.2 Ảnh hƣởng thời gian đến khả hấp phụ NO2- vật liệu 36 Hình 3.3 Ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu đến khả hấp phụ NO2- 38 Hình 3.5 Ảnh hƣởng nồng độ nitrit đến khả hấp phụ vật liệu 40 Hình 3.6 Đƣờng biểu diễn phụ thuộc Cf/q vào Cf 40 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 48 Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật mơi trường DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Ảnh hƣởng pH tới khả hấp phụ NO2- vật liệu 34 Bảng 3.2 Kết khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến hấp phụ nitrit 35 Bảng 3.3 Kết khảo sát ảnh hƣởng khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến hấp phụ nitrit 37 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng nồng độ NO2- tới khả hấp phụ vật liệu 39 Bảng 3.5 Kết hấp phụ NO2- VLHP 30 phút 41 Bảng 3.6 Kết giải hấp VLHP NaOH 1M 41 Bảng 3.7 Kết tái sinh VLHP 42 Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 49 ... cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ xơ dừa phương pháp oxy hóa ứng dụng làm chất hấp phụ xử lý nước thải? ?? Sinh viên: Trần Quang Huy - MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trường Khóa luận tốt... thức hấp phụ Ở vùng nhiệt độ thấp thƣờng xảy hấp phụ vật lý, tăng nhiệt độ khả hấp phụ vật lý giảm, khả hấp phụ hóa học tăng lên  Giải hấp phụ Giải hấp phụ chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. .. lực hút mạnh, than hoạt tính có khả hấp phụ khác thƣờng chất có gốc hữu - Than hoạt tính đƣợc sử dụng để hấp phụ chất hữu cơ, chất độc, lọc xử lý nƣớc sinh hoạt nƣớc thải, xử lý làm môi trƣờng,