Luận văn tốt nghiệp điều chế than hoạt tính từ tre, trúc để làm vật liệu hấp phụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BỘ MƠN HĨA HỌC  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU CHẾ THAN HOẠT TÍNH TỪ TRE, TRÚC ĐỂ LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Lƣơng Thị Kim Nga Sinh viên thực hiện: Ngô Trần Vĩnh Nghi MSSV: 2072080 Nguyễn Tấn Hƣng MSSV: 2072057 Lớp Cử nhân Hóa K33 05/2011 Trong thời gian qua, nhờ giúp đỡ quý thầy cô thuộc Khoa Khoa học Tự nhiên, chúng em hoàn thành tốt luận văn Chúng em xin chân thành cảm ơn: Quý thầy, cô thuộc Bộ mơn Hóa, Khoa Khoa học Tự nhiên tận tình dẫn giúp chúng em có đƣợc kiến thức cần thiết để hồn thành chƣơng trình học Cơ Lƣơng Thị Kim Nga tận tình hƣớng dẫn, bảo tạo điều kiện để chúng em hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Cơ Lê Thị Ngọc Điệp giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực đề tài phịng thí nghiệm Cùng với tất bạn lớp Cử nhân Hóa K33 gắn bó giúp đỡ suốt trình học tập làm luận văn Cần Thơ, ngày 22 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực Ngô Trần Vĩnh Nghi Nguyễn Tấn Hƣng i MỤC LỤC Lời cảm ơn .i Mục lục bảng .vi Mục lục hình viii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ SỢI CACBON .1 1.1.1 Cấu tạo tính chất sợi cacbon 1.1.1.1 Cấu tạo .1 1.1.1.2 Tính chất sợi cacbon 1.1.2 Một số phƣơng pháp tác động làm ảnh hƣởng lên khả hấp phụ trao đổi sợi cacbon 1.1.2.1 Các phƣơng pháp tác động làm ảnh hƣơng đến khả hấp phụ trao đổi sợi cacbon 1.1.2.2 Các phƣơng pháp tác động đến khả trao đổi ion sợi cacbon .7 1.2 TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU ĐIỀU CHẾ THAN HOẠT TÍNH… 1.2.1 Thành phần loại nguyên liệu 1.2.2 Cấu tạo tính chất cellulose 11 1.2.2.1 Cấu tạo cellulose .11 1.2.2.2 Tính chất cellulose 12 1.2.3 Sự phân hủy cellulose để tạo sợi cacbon 14 1.2.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình cacbon hố cellulose 17 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ 18 1.3.1 Hấp phụ vật lý .19 1.3.2 Hấp phụ hóa học 19 1.3.3 Phân biệt hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học 20 1.3.4 Tốc độ hấp phụ 21 1.3.5 Hấp phụ trao đổi ion .23 1.3.5.1 Hấp phụ trao đổi ion 23 1.3.5.2 Sự hấp phụ trao đổi ion than 26 ii 1.3.5.3 Cơ chế hấp phụ môi trƣờng nƣớc 28 1.3.6 Than hoạt tính .29 1.4 THAN HOẠT TÍNH TRONG CƠNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC 31 1.4.1 Các phƣơng pháp hấp phụ than hoạt tính .31 1.4.2 Đánh giá khả hấp phụ chất hữu than hoạt tính cơng nghệ xử lý nƣớc .33 1.4.3 Cách chọn sử dụng than hoạt tính dùng để lọc nƣớc .33 1.5 CÁC THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG VÀ TIÊU CHUẨN CHẤT LƢỢNG NƢỚC 34 1.5.1 Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc 34 1.5.2 Các tiêu chất lƣợng nƣớc 35 1.6 ẢNH HƢỞNG CỦA SẮT VÀ ĐỒNG ĐỐI VỚI SỨC KHỎE CON NGƢỜI VÀ SINH VẬT 36 1.6.1 Ảnh hƣởng sắt 36 1.6.2 Ảnh hƣởng đồng .37 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 38 2.1 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT .38 2.1.1 Thiết bị 38 2.1.2 Hóa chất 38 2.2 ĐIỀU CHẾ THAN HOẠT TÍNH TỪ TRE VÀ TRÚC Ở CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC NHAU 39 2.2.1 Nguyên liệu 39 2.2.2 Cách điều chế mẫu than 39 2.2.2.1 Điều chế mẫu than khơng hoạt hóa 39 2.2.2.2 Điều chế mẫu than hoạt hóa 40 2.3 KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI HẤP PHỤ ION CỦA CÁC LOẠI THAN TRÊN 41 2.3.1 Khảo sát khả hấp phụ trao đổi ion Fe2+ 41 2.3.1.1 Tiến hành 41 2.3.1.2 Kết khảo sát 44 2.3.2 Khảo sát khả hấp phụ trao đổi với ion Cu2+ 45 2.3.2.1 Nguyên tắc .45 iii 2.3.2.2 Kết 45 2.3.3 Khảo sát khả hấp phụ chất màu sunsetyellow 46 2.3.3.1 Nguyên tắc .46 2.3.3.2 Xây dựng đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than 49 2.4 XÁC ĐỊNH NHÓM CHỨC BỀ MẶT CỦA CÁC MẪU THAN BẰNG PHƢƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ BOEHM 58 2.5 CẤU TRÚC BỀ MẶT 59 2.6 ỨNG DỤNG .62 2.6.1 Ứng dụng khả hấp phụ ion Fe2+ ba mẫu nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải .62 2.6.1.1 Nguyên tắc .62 2.6.1.2 Kết 62 2.6.2 Ứng dụng khả hấp phụ ion Cu2+ ba mẫu nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải .63 2.6.3 Ứng dụng khả hấp phụ màu mùi loại nƣớc mẫu than .66 2.6.3.1 Ứng dụng khả hấp phụ màu mùi nƣớc thải mẫu than .66 2.6.3.2 Ứng dụng khả hấp phụ màu mùi nƣớc giếng, nƣớc hồ mẫu than 68 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 70 3.1 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION Fe2+ VÀ Cu2+ 70 3.1.1 Đối với ion Fe2+ 70 3.1.2 Đối với ion Cu2+ 71 3.2 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHẤT MÀU: 72 3.3 LƢỢNG NHÓM CHỨC PHÂN BỐ TRÊN BỀ MẶT SỢI CACBON .74 3.4 LỖ XỐP 76 3.5 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỐI VỚI NƢỚC GIẾNG, NƢỚC HỒ, NƢỚC THẢI…… .77 3.5.1 Khả hấp phụ ion Fe2+ nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải .77 3.5.2 Khả hấp phụ ion Cu2+ mẫu than nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải .78 iv 3.5.3 Khả hấp phụ màu mùi nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải loại than 78 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO v MỤC LỤC BẢNG - Bảng 1.1: Tính chất - lý sợi Bảng 1.2: Tính chất vật lý sợi cacbon Bảng 1.3: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý 21 Bảng 1.4: Một số giá trị tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt 36 Bảng 2.1: Chuẩn bị dung dịch để xây dựng đƣờng chuẩn 43 Bảng 2.2: Mật độ quang Fe2+ đo theo nồng độ khác 43 Bảng 2.3: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ (mg/g) mẫu than tre 44 Bảng 2.4: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ (mg/g) mẫu than trúc 44 Bảng 2.5: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ (mg/g) mẫu than tre 46 Bảng 2.6: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ (mg/g) mẫu than trúc 46 Bảng 2.7: Mật độ quang chất màu đo đƣợc theo nồng độ màu khác 48 Bảng 2.8: Dung lƣợng hấp phụ màu TRE750 .49 Bảng 2.9: Dung lƣợng hấp phụ màu TRE850 .50 Bảng 2.10: Dung lƣợng hấp phụ màu TRE850-H2O .51 Bảng 2.11: Dung lƣợng hấp phụ màu TRE950-H2O .52 Bảng 2.12: Dung lƣợng hấp phụ màu TRU850 .53 Bảng 2.13: Dung lƣợng hấp phụ màu TRU950 .54 Bảng 2.14: Dung lƣợng hấp phụ màu TRU750-H2O 55 Bảng 2.15: Dung lƣợng hấp phụ màu TRU850-H2O 56 vi Bảng 2.16: Dung lƣợng hấp phụ màu TRU950-H2O 57 Bảng 2.17: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi NaHCO3, NaOH, Na2CO3 mẫu than tre (mĐg/g) 58 Bảng 2.18: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi NaHCO3, NaOH, Na2CO3 mẫu than trúc (mĐg/g) 59 Bảng 2.19: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ mẫu nƣớc giếng 62 Bảng 2.20: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ mẫu nƣớc hồ 63 Bảng 2.21: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ mẫu nƣớc thải .63 Bảng 2.22: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ mẫu nƣớc giếng 65 Bảng 2.23: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ mẫu nƣớc hồ .65 Bảng 2.24: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ mẫu nƣớc thải .66 Bảng 3.1: Dung lƣợng hấp phụ chất màu bão hòa (qmax) mẫu than 72 Bảng 3.2: Lƣợng nhóm chức phân bố bề mặt mẫu than tre (mĐg/g) 74 Bảng 3.3: Lƣợng hấp phụ trao đổi NaHCO3, NaOH, Na2CO3 mẫu than trúc (mĐg/g) 75 Bảng 3.4: Phân loại lỗ xốp mẫu than 76 vii MỤC LỤC HÌNH ẢNH - Hình 1.1: Mơ hình cấu trúc sợi cacbon Hình 1.2: Tre thơ 10 Hình 1.3: Trúc thơ 10 Hình 1.4: Một số phản ứng dehydrat hóa nội phân tử cellulose 16 Hình 1.5: Sự phụ thuộc lƣợng chất bị hấp phụ vào thời gian hấp phụ nhiệt độ khác 22 Hình 2.1: Lị nung LENTON 38 Hình 2.2: Thố nung mẫu 38 Hình 2.3: Máy đo pH OAKION 38 Hình 2.4: Máy đo mật độ quang 38 Hình 2.5: Mẫu than TRE950-H2O 41 Hình 2.6: Mẫu than TRU950-H2O 41 Hình 2.7: Đƣờng chuẩn dung dịch Fe2+ 43 Hình 2.8: Đƣờng chuẩn dung dịch chất màu sunsetyellow 48 Hình 2.9: Đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than TRE750 49 Hình 2.10: Đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than TRE850 50 Hình 2.11: Đƣờng hấp phụ bão hịa mẫu than TRE850-H2O 51 Hình 2.12: Đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than TRE950-H2O 52 Hình 2.13: Đƣờng hấp phụ bão hịa mẫu than TRU850 53 Hình 2.14: Đƣờng hấp phụ bão hịa mẫu than TRE950 54 Hình 2.15: Đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than TRU750-H2O 55 viii Hình 2.16: Đƣờng hấp phụ bão hịa mẫu than TRU850-H2O 56 Hình 2.17: Đƣờng hấp phụ bão hòa mẫu than TRU950-H2O .57 Hình 2.18: Hình SEM mẫu tre thơ 60 Hình 2.19: Hình SEM mẫu trúc thơ 60 Hình 2.20: Hình SEM mẫu TRU750 60 Hình 2.21: Hình SEM mẫu TRU750-H2O 60 Hình 2.22: Hình SEM mẫu TRE850 61 Hình 2.23: Hình SEM mẫu TRE850-H2O 61 Hình 2.24: Hình SEM mẫu TRU950-H2O 61 Hình 2.25: Hình SEM mẫu TRE950-H2O 61 Hình 2.26: Nƣớc thải trƣớc sau hấp phụ 1,2 gam than TRU950-H2O 67 Hình 2.27: Nƣớc giếng trƣớc sau hấp phụ 1,2 gam than TRU950-H2O 68 Hình 2.28: Nƣớc hồ trƣớc sau hấp phụ 1,2 gam than TRU950-H2O .68 Hình 2.29: Chất màu sunsetyellow sau hấp phụ ngày đêm với loại than khác 69 ix Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM 2.6.3.2 Ứng dụng khả hấp phụ màu mùi nƣớc giếng, nƣớc hồ mẫu than:  Nguyên tắc: tiến hành giống nhƣ nƣớc thải nhƣng thay nƣớc thải nƣớc giếng nƣớc hồ  Nhận xét cảm quan: nhận thấy kết tƣơng tự nhƣ kết việc ứng dụng nƣớc thải nhƣng nƣớc giếng nƣớc hồ có màu ban đầu không đậm giống nhƣ nƣớc thải nên màu trƣớc sau hấp phụ khác không rõ rệt giống nhƣ nƣớc thải: Hình 2.27: Nƣớc giếng trƣớc sau hấp phụ 1,2 gam than TRU950-H2O 2 : Mẫu nƣớc giếng sau ngâm với 1,2 gam than TRU950-H2O : Mẫu nƣớc giếng trƣớc ngâm than Hình 2.28: Nƣớc hồ trƣớc sau hấp phụ 1,2 gam than TRU950-H2O 2 : Mẫu nƣớc hồ sau ngâm với 1,2 gam than TRU950-H2O : Mẫu nƣớc hồ trƣớc ngâm than SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 68 Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM Hình 2.29: Chất màu sunsetyellow sau hấp phụ ngày đêm với loại than khác Với g than TRU750 Với g than TRU850 Với g than TRU950 Với g than TRU750-H2O Với g than TRU850-H2O Với g than TRU950-H2O (là mẫu than hấp phụ chất màu tốt nên màu hầu nhƣ khơng cịn, cốc trở nên suốt) SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 69 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ TRAO ĐỔI ION Fe2+ VÀ Cu2+: Từ kết phân tích nhóm chức bề mặt, nhận thấy bề mặt tất mẫu than mang nhóm chức chứa oxi, nhóm –COOH, làm cho tất mẫu than có khả hấp phụ trao đổi với ion Fe2+ Cu2+ Tuy nhiên mức độ hấp phụ chúng khác tùy thuộc vào loại nguyên liệu điều kiện xử lý than Chúng thấy hầu hết tất mẫu than sau hoạt hóa nƣớc nhiệt độ 950°C có khả hấp phụ tốt mẫu lại, ngoại trừ mẫu than TRU750°C hấp phụ ion Cu2+ tốt Vấn đề đƣợc giải thích phù hợp bán kính nguyên tử ion Cu2+ đƣờng kính lỗ xốp Q trình trao đổi ion Fe2+ Cu2+ đƣợc giải thích theo chế sau: THAN COOH COOH + Fe2+ THAN COOH COOH + Cu2+ THAN THAN COO COO Fe + COO COO Cu 2H+ + 2H+ Từ chế trên, thấy sau hấp phụ trao đổi ion diễn lƣợng ion H+ dung dịch tăng lên làm cho nồng độ ion H+ dung dịch nhiều Vì pH dung dịch giảm xuống Nhƣng thực tế chúng tơi thấy sau ngâm giá trị pH dung dịch lại tăng lên nhiều Chúng thấy mẫu hấp phụ ion Fe2+ Cu2+ tốt lƣợng pH sau ngâm tăng lên nhiều Điều đƣợc giải thích thân mẫu than mang tính bazơ nên tiến hành cho hấp phụ lƣợng bazơ trung hịa tồn lƣợng H+ đƣợc giải phóng đồng thời lƣợng dƣ bazơ cịn lại làm cho pH dung dịch tăng lên 3.1.1 Đối với ion Fe2+: Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ mẫu chênh lệch nhiều Dựa vào SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 70 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN kết thực nghiệm, chúng tơi thấy mẫu than TRE950-H2O có dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Fe2+ lớn nên mẫu than phải có nhiều nhóm –COOH bề mặt Nhƣng thực tế từ kết xác định nhóm chức bề mặt lƣợng nhóm chức –COOH bề mặt mẫu than không cao mẫu than TRU950-H2O Điều góp phần giải thích ngồi khả hấp phụ trao đổi ion cịn có khả hấp phụ vật lý dựa vào bán kính nguyên tử ion Fe2+ phù hợp với đƣờng kính lỗ xốp 3.1.2 Đối với ion Cu2+: Sự hấp phụ trao đổi ion mẫu có chênh lệch khơng nhiều Dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion mẫu đƣợc xếp nhƣ sau: Mẫu than tre: TRE850, TRE850-H2O,TRE950-H2O < TRE750, TRE950 < TRE750-H2O Mẫu than trúc: TRU850, TRU850-H2O,TRE950 < TRU750-H2O, TRU950-H2O < TRU750 Mẫu thô: Trúc thô > Tre thô Mẫu than trƣớc hoạt hóa nƣớc: TRE850, TRU850, TRU950 < TRE750, TRE950 < TRU750 Mẫu than sau hoạt hóa nƣớc: TRE850-H2O, TRE950-H2O, TRU850-H2O < TRU750-H2O < TRU950-H2O, TRE750-H2O Chúng nhận thấy dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion mẫu than đƣợc xếp theo chiều tăng dần nhƣng tăng không tỉ lệ thuận với lƣợng nhóm chức bề mặt mẫu than, đặc biệt mẫu than TRU750 có dung lƣợng hấp phụ ion Cu2+ tốt nhƣng lƣợng nhóm chức bề mặt lại nhỏ nhiều so với mẫu than khác chúng tơi kết luận hai khả hấp phụ: hấp phụ trao đổi ion hấp phụ vật lý khả hấp phụ vật lý chiếm ƣu Điều đƣợc lý giải bán kính ion Cu2+ phù hợp với đƣờng kính lỗ xốp mẫu than TRU750 nên SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 71 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ion Cu2+ len vào lỗ xốp mẫu than bị giữ lại làm cho dung lƣợng hấp phụ trao đổi ion Cu2+ mẫu than TRU750 lớn mẫu lại 3.2 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CHẤT MÀU: Bảng 3.1: Dung lượng hấp phụ chất màu bão hòa (qmax) mẫu than STT Mẫu Nồng độ ban đầu chất màu (mg/l) Nồng độ chất màu sau hấp phụ bão hòa (mg/l) qmax (mg/g) Tre thô 10 6,759 0,855 TRE750 10 3,341 1,665 TRE850 10 2,886 1,778 TRE950 10 2,205 1,949 TRE750-H2O 10 2,659 1,835 TRE850-H2O 10 2,886 1,778 TRE950-H2O 10 1,977 2,006 Trúc thô 10 7,413 0,647 TRU750 10 2,886 1,778 10 TRU850 10 2,659 1,835 11 TRU950 10 3,341 1,665 12 TRU750-H2O 10 2,659 1,835 13 TRU850-H2O 10 1,977 2,006 14 TRU950-H2O 10 1,750 2,063  Từ bảng số liệu chúng tơi thấy: Dung lƣợng hấp phụ bão hịa mẫu thô thấp mẫu than TRU950-H2O có dung lƣợng hấp phụ lớn Giữa mẫu than trúc với mẫu than trúc nung 950°C hoạt hóa SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 72 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN nƣớc tốt nhất, mẫu than trúc nung 950°C có dung lƣợng hấp phụ thấp Giữa mẫu than tre với chúng tơi thấy mẫu than tre nung 950°C hoạt hóa nƣớc có dung lƣợng hấp phụ lớn mẫu than tre nung 750°C có dung lƣợng hấp phụ nhỏ Điều đƣợc giải thích tác nhân hoạt hóa (hơi nƣớc) làm biến đổi cấu trúc lỗ xốp than nhƣ: làm tăng số lƣợng lỗ xốp, diện tích bề mặt nên làm tăng khả hấp phụ mẫu than hoạt tính Cịn đối chiếu kết hai đối tƣợng than tre than trúc, thấy hai có khả hấp phụ chất màu gần nhƣ nhau, kết không chênh lệch nhiều Nhƣng mẫu than trúc nung 950°C có hoạt hóa nƣớc có dung lƣợng hấp phụ tốt Điều đƣợc giải thích dựa vào đƣờng kính lỗ xốp: từ kết hình SEM, chúng tơi thấy mẫu than TRU950-H2O có số lƣợng lỗ xốp nhiều so với mẫu than TRE950-H2O nhƣng lại có dung lƣợng hấp phụ chất màu tốt hơn, hấp phụ chất màu phần lớn phụ thuộc vào đƣờng kính lỗ xốp số lƣợng lỗ xốp Và mẫu than TRE950-H2O có số lƣợng lỗ xốp nhiều nên góp phần làm cho dung lƣợng hấp phụ trội mẫu than cịn lại nhiều Ngồi từ hình SEM, chúng tơi cịn nhận thấy đƣợc số lƣợng lỗ xốp mẫu than TRU950-H2O nhƣng bề mặt than trống trải, lỗ xốp có nhiều góc cạnh, sâu thuận lợi cho phân tử chất màu vào bên Còn mẫu than TRE950-H2O có nhiều lỗ xốp nhƣng chúng tơi thấy bề mặt than khơng đƣợc trống trải, lỗ xốp có góc cạnh, làm cản trở di chuyển chất màu vào bên than nhiều  Tóm lại, hấp phụ chất màu hấp phụ vật lý phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: kích thƣớc lỗ xốp, chiều sâu lỗ xốp, số lƣợng lỗ xốp, diện tích bề mặt lỗ xốp kích thƣớc phân tử chất màu Các mẫu than hoạt hóa hấp phụ tốt mẫu than chƣa hoạt hóa Trong mẫu than TRU950-H2O có khả hấp phụ chất màu tốt nên chúng tơi đề nghị ứng dụng vào việc hấp phụ màu loại nƣớc q trình xử lý 3.3 LƢỢNG NHĨM CHỨC PHÂN BỐ TRÊN BỀ MẶT SỢI SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 73 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CACBON: Từ bảng số liệu 2.20 2.21 khảo sát nhóm chức bề mặt mẫu than, chúng tơi suy lƣợng nhóm chức phân bố bề mặt mẫu than nhƣ sau Bảng 3.2: Lượng nhóm chức phân bố bề mặt mẫu than tre (mĐg/g) STT Mẫu Nhóm phụ Nhóm –COOH Nhóm lactal Tre thô 1,09 0,01 0,09 TRE750 0,69 0,02 0,78 TRE850 0,54 0,05 0,75 TRE950 0,79 0,04 0,66 TRE750-H2O 0,74 0,06 0,64 TRE850-H2O 0,79 0,04 0,76 TRE950-H2O 1,14 0,08 0,52  Mẫu than tre: Từ bảng số liệu trên, thấy tất mẫu than tre có chứa nhóm chức bề mặt (nhóm chức chứa oxi) Trong đó, mẫu than sau điều chế có số lƣợng nhóm chức bề mặt nhiều so với mẫu thô Và so với mẫu than khơng hoạt hóa hầu nhƣ phần lớn mẫu than hoạt hóa có số lƣợng nhóm chức nhiều hơn, chẳng hạn nhƣ mẫu than TRE950-H2O Chúng tơi nghĩ điều góp phần làm cho mẫu than TRE950-H2O có dung lƣợng hấp phụ ion Fe2+ cao trình hấp phụ ion Fe2+ mẫu than xảy đồng thời hai đƣờng hấp phụ song song là: hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Trong hấp phụ hóa học chiếm ƣu hơn, chứng mẫu than hấp phụ ion Cu2+ không tốt mẫu TRU750 Bảng 3.3: Lượng hấp phụ trao đổi NaHCO3, NaOH, Na2CO3 mẫu than trúc (mĐg/g) SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 74 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN STT Mẫu Nhóm phụ Nhóm -COOH Nhóm lactal Trúc thơ 0,99 0,004 0,296 TRU750 0,99 0,04 0,56 TRU850 0,69 0,02 0,68 TRU950 0,89 0,04 0,46 TRU750-H2O 0,79 0,06 0,74 TRU850-H2O 0,79 0,06 0,74 TRU950-H2O 0,69 0,9 0,1  Mẫu than trúc: Từ bảng số liệu 3.3, nhận thấy hầu hết mẫu than trúc có chứa nhóm chức bề mặt (-COOH) Nhƣng mẫu than đƣợc điều chế mang số lƣợng nhóm chức bề mặt nhiều so với mẫu thơ Cịn mẫu than có hoạt hóa nƣớc mang nhóm chức bề mặt nhiều mẫu than khơng hoạt hóa, chẳng hạn mẫu than TRU950-H2O có lƣợng nhóm chức bề mặt lớn Sự diện nhóm chức bề mặt mẫu than đƣợc xếp theo thứ tự tăng dần nhƣ sau:  Mẫu thô: Trúc thô < Tre thô  Trƣớc hoạt hóa nƣớc: TRE750, TRU850 < TRE950, TRU950 < TRE850  Sau hoạt hóa nƣớc: TRE850-H2O < TRU750-H2O, TRU850-H2O, TRE750-H2O < TRE950-H2O < TRU950-H2O  Tóm lại: Các mẫu than sau xử lý chứa nhóm chức bề mặt chứa oxi Các mẫu than sau hoạt hóa có số lƣợng nhóm chức bề mặt nhiều so với mẫu thô mẫu than chƣa hoạt hóa Và lƣợng nhóm chức góp phần vào khả hấp phụ trao đổi ion mẫu than SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 75 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.4 LỖ XỐP: Bảng 3.4: Phân loại lỗ xốp mẫu than STT Đối tƣợng Tre Trúc Mẫu Đƣờng kính lỗ xốp ƣớc chừng từ hình SEM (µm) Xếp loại lỗ xốp Tre thô 10 - 20 Macro TRE850 0,5 - Macro TRE850-H2O -5 Macro TRE950 0,3 - 1,2 Macro TRE950-H2O 20 - 50 Macro Trúc thơ Khơng có lỗ xốp TRU750 - 40 Macro TRU750-H2O 1-3 Macro TRU950 5-7 Macro TRU950-H2O 30 - 50 Macro  Từ bảng số liệu 3.4 kết chụp hình SEM, chúng tơi thấy: Mẫu tre thơ chƣa xử lý có lỗ xốp lớn nhƣng không sâu Giữa mẫu tre với chúng tơi thấy mẫu than TRE950-H2O có đƣờng kính lỗ xốp lớn nhất, kích cỡ lỗ xốp sâu Trong mẫu than TRE850 có đƣờng kính lỗ xốp nhỏ Điều giải thích tác nhân hoạt hóa (hơi nƣớc) với nhiệt độ cao làm biến đổi cấu trúc lỗ xốp than, dẫn đến khả hấp phụ màu mẫu than TRE950-H2O lớn mẫu than tre  Khi nói đến mẫu than trúc từ bảng 3.4 chúng tơi thấy: Mẫu trúc thơ hầu nhƣ khơng có lỗ xốp Mẫu than TRU950-H2O có đƣờng kính lỗ xốp lớn tất mẫu than trúc, khả hấp phụ màu mẫu than lớn mẫu Còn SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 76 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN mẫu than TRU750-H2O có đƣờng kính lỗ xốp nhỏ dẫn đến khả hấp phụ màu thấp Vấn đề lý giải ảnh hƣởng nhiệt độ làm biến đổi cấu trúc lỗ xốp khả hấp phụ màu mẫu than trúc Khi so sánh hai mẫu than tre trúc có khả hấp phụ chất màu tốt với chúng tơi thấy mẫu than TRU950-H2O chiếm ƣu Điều lý giải ảnh hƣởng nguồn nguyên liệu ban đầu: số lƣợng sợi cacbon, cấu trúc sợi cacbon,…  Tóm lại: Sau đƣợc xử lý cách hoạt hóa với nƣớc mẫu ngun liệu có gia tăng số lƣợng kích thƣớc lỗ xốp Cùng tác nhân hoạt hóa nhƣng với nguyên liệu khác cho lỗ xốp có kích thƣớc khác Đa số mẫu có lỗ xốp loại macro, kích thƣớc lỗ xốp thuộc loại ứng dụng để hấp phụ phân tử chất màu có kích thƣớc lớn 3.5 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ĐỐI VỚI NƢỚC GIẾNG, NƢỚC HỒ, NƢỚC THẢI: 3.5.1 Khả hấp phụ ion Fe2+ nƣớc giếng, nƣớc thải, nƣớc hồ Chúng thấy mẫu nƣớc hàm lƣợng ion Fe2+ mẫu nƣớc thải cao tất mẫu nƣớc chứa hàm lƣợng ion Fe2+ đáng kể Qua kết thực nghiệm, thấy khả hấp phụ ion Fe2+ mẫu than cao Trong đó, xét đến mẫu than TRE950-H2O có khả hấp phụ ion Fe2+ tốt nhận thấy hàm lƣợng ion Fe2+ nƣớc thải bị hấp phụ cao nhất, gấp khoảng hai lần hai mẫu nƣớc lại Và hàm lƣợng ion Fe2+ mẫu nƣớc giếng bị hấp phụ thấp Cịn mẫu than với mẫu than TRE950-H2O có khả hấp phụ ion Fe2+ cao nhất, cịn mẫu than TRE950 có khả hấp phụ ion Fe2+ thấp SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 77 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.5.2 Khả hấp phụ Cu2+ mẫu than nƣớc giếng, nƣớc hồ, nƣớc thải: Chúng tơi thấy hàm lƣợng ion Cu2+ có ba mẫu nƣớc ban đầu thấp nhiều so với hàm lƣợng ion Fe2+ Trong mẫu nƣớc thải có hàm lƣợng ion Cu2+ cao mẫu nƣớc hồ thấp Sau tiến hành ứng dụng khả hấp phụ ion Cu2+ mẫu than có dung lƣợng hấp phụ cao phần lớn mẫu than có khả hấp phụ ion Cu2+ tốt, mẫu than TRUC750 có khả hấp phụ cao Cịn so sánh ba mẫu nƣớc với mẫu nƣớc thải có lƣợng ion Cu2+ bị hấp phụ nhiều mẫu nƣớc hồ có lƣợng ion Cu2+ bị hấp phụ 3.5.3 Khả hấp phụ màu mùi nƣớc hồ, nƣớc thải, nƣớc giếng loại than: Chúng thấy ba mẫu nƣớc trƣớc ngâm hầu nhƣ có mùi khó chịu màu đậm Nhƣng sau tiến hành cho mẫu than hấp phụ chúng tơi thấy: hầu nhƣ mẫu nƣớc khơng cịn mùi màu bị nhạt hẳn so với ban đầu Trong đó: - Khi tiến hành ngâm với mẫu than mẫu than TRU950-H2O có khả hấp phụ tốt tất mẫu than - Khi khối lƣợng than tăng dần khả hấp phụ tăng lên, khối lƣợng 1,2 gam có khả hấp phụ cao nhất, màu mùi nƣớc gần nhƣ hoàn toàn SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 78 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Đã hoàn thành việc nghiên cứu, điều chế than hoạt tính từ hai loại nguyên liệu khác tre trúc nhiệt độ khác là: 750°C, 850°C, 950°C đồng thời hoạt hóa mẫu than nƣớc với nhiệt độ tƣơng ứng - Tất mẫu than điều chế đƣợc có khả hấp phụ trao đổi ion Fe2+, ion Cu2+ bề mặt mẫu than có nhóm chức chứa oxi –COOH Lƣợng nhóm chức nhiều khả hấp phụ hai ion cao Tuy nhiên thực tế thấy mẫu than có nhóm chức bề mặt nhiều nhƣ TRE950H2O, TRU950-H2O mẫu than có khả hấp phụ trao đổi hai ion cao nhƣng thực nghiệm mẫu than TRU750 có khả hấp phụ đồng tốt TRE950-H2O có khả hấp phụ sắt tốt Điều đƣợc giải thích ngồi khả hấp phụ trao đổi ion mẫu than cịn có khả hấp phụ vật lý Khả hấp phụ vật lý đƣợc giải thích dựa vào bán kính nguyên tử ion Nếu ion có kích thƣớc bán kính phù hợp với đƣờng kính lỗ xốp mẫu than có khả bị hấp phụ Do chúng tơi sử dụng hai mẫu than vào việc nghiên cứu xử lý nƣớc - Đối với việc hấp phụ màu hầu nhƣ mẫu than sau đƣợc hoạt hóa nƣớc nhiệt độ tƣơng ứng có khả hấp phụ màu tốt mẫu khơng hoạt hóa Vì q trình hoạt hóa nƣớc lỗ xốp đƣợc biến đổi: số lƣợng lỗ xốp tăng lên, diện tích lỗ xốp tăng lên nên làm tăng khả hấp phụ chất màu Trong đó, mẫu than TRU950-H2O có khả hấp phụ chất màu tốt - Phân tích cấu trúc lỗ xốp từ hình SEM chúng tơi thấy: + Kích thƣớc lỗ xốp phụ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu tác nhân hoạt hóa SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 79 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ + Mẫu than trúc có đƣờng kính lỗ xốp lớn là: TRU950-H2O + Mẫu than tre có đƣờng kính lỗ xốp lớn là: TRE950-H2O - Qua q trình nghiên cứu, chúng tơi nhận thấy sử dụng mẫu than TRU750 để loại bỏ Cu2+ mẫu than TRE950-H2O để loại bỏ Fe2+ nƣớc thải Cịn hấp phụ màu mùi chúng tơi sử dụng mẫu than TRU950-H2O KIẾN NGHỊ - Đề tài mở rộng nghiên cứu sang nguyên vật liệu dễ tìm khác nhƣ: sợi đay, mây, dứa gai,… để tìm đƣợc loại than hoạt tính có khả hấp phụ tốt hơn, phục vụ cho việc xử lý nƣớc thải tốt - Nghiên cứu, điều chế thêm mẫu than hoạt tính khác cách sử dụng tác nhân hoạt hóa khác nhƣ: NaCl, H3PO4, ZnCl2,… nhiệt độ khác để tìm sản phẩm có khả hấp phụ tốt - Khảo sát thêm khả hấp phụ loại than với chất hữu khác hay kim loại nặng khác nhƣ: Mn2+, Pb2+, Sn2+… - Tổng hợp luận văn nghiên cứu điều chế loại than hoạt tính trƣớc để có sƣu tập hiệu việc sử dụng than hoạt tính điều chế từ nguồn nguyên liệu khác việc xử lý nƣớc giếng, nƣớc hồ nƣớc thải SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Nguyễn Thị Diệp Chi Giáo trình thực tập hóa mơi trường Trƣờng Đại Học Cần Thơ, Cần Thơ (2) Đặng Kim Chi Hóa học mơi trường Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999 (3) Trần Đức Hạ - Đỗ Văn Hải Cơ sở hóa học q trình xử lý nước cấp nước thải Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2002 (4) Nguyễn Thanh Hồng, Phan Ngọc Hòa, Pierre Le Cloirec, Catherine Faur Nghiên cứu tạo than hoạt tính dạng sợi từ xơ sợi thiên nhiên Tuyển tập công trình nghiên cứu khoa học cơng nghệ, Trung Tâm Khoa Học Tự Nhiên Và Công Nghệ Quốc Gia, Tp.HCM, 2002 (5) Trần Nguyễn Giao Hy Điều chế sợi cacbon để hấp phụ trao đổi ion Luận án tốt nghiệp kỹ sƣ Hóa Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật TP.HCM, TP.HCM, 2001 (6) Mai Hữu Khiêm Giáo trình hóa keo Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM, TP.HCM (7) Lƣơng Thị Kim Nga Sunfonat hóa xơ sợi thiên nhiên để làm vật liệu hấp phụ trao đổi ion Luận án thạc sĩ, 2003 (8) Từ Vọng Nghi Hóa học phân tích NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 2001 (9) Nguyễn Hữu Phú Hấp phụ xúc tác bề mặt vô mao quản NXB Khoa học Kỹ thuật TP.HCM, TP.HCM, 1998 (10) Trần Sơn Động hóa học Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật, 2001 (11) Thanh Tâm Xử lý nước giếng giá rẻ Khoa học phổ thông, số 31/07 (1255), ngày 10-08-2007 (12) Hồ Sĩ Tráng Cơ sở hóa học gỗ xenluloza Hà Nội: NXB Khoa học Kỹ thuật, 2003 (13) S.S.Voiutski, biên dịch: Lê Nguyên Tảo Hóa học chất keo tập NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO (14) WHO Guidelines for drinking water quality Vol.1 Recommendation Geneva, 1993 (15) Ronald L.Droste (1997) Theory and practice of water and waste water treatment John Wiley & Sons, Inc New York (16) http://www.thanhoattinh.com.vn (17) http://www.khoahoc.com.vn (18) http://thongtin.caigi.com/viewprint.php? (19) http://www.cerwass.org.vn./html/Bantin/So6/Tin71.html (20) (21) http://diendan.hocmai.vn/archive/index.php/t-65952.html http://nuocsachmoitruong.com/component/content/article/20-nuoc-sach-a- doi-song/232-tiet-kiem-tai-nguyen-nuoc-phan1 (22) http://thucduong.vn/forums/index.php?showtopic=1128 SVTH: NGUYỄN TẤN HƯNG – NGÔ TRẦN VĨNH NGHI 82 ... tài ? ?Điều chế than hoạt tính từ tre, trúc để làm vật liệu hấp phụ? ?? với mong muốn tạo sản phẩm có khả hấp phụ tốt nhƣng lại có giá thành rẻ nguồn ngun liệu để sản xuất ln sẵn có tự nhiên để ứng... Bảng 1.3: Tiêu chuẩn để phân biệt hấp phụ hóa học hấp phụ vật lý Tiêu chuẩn Entalpy hấp phụ Năng lƣợng hoạt hóa E Nhiệt độ hấp phụ Số lớp hấp phụ Hấp phụ hóa học Hấp phụ vật lý 40 – 800 KJ/mol... xốp vật liệu, đặc biệt tốc độ hấp phụ vật liệu 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC Q TRÌNH HẤP PHỤ6: Hấp phụ đọng chất khí hay dung dịch bề mặt phân chia pha Hấp phụ đƣợc chia thành loại: hấp phụ vật lý hấp phụ