Nghiên cứu biến tính bã mía acid hữu cơ ứng dụng trong loại bỏ chất màu methyleneblue

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA BẰNG ACID HỮU CƠ ỨNG DỤNG TRONG LOẠI BỎ CHẤT MÀU METHYLENE BLUE Mã số đề tài: 19.2H01 Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Văn Cường Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Hóa học TP HỒ CHÍ MINH, 8.2020 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA BẰNG ACID HỮU CƠ ỨNG DỤNG TRONG LOẠI BỎ CHẤT MÀU METHYLENE BLUE Mã số đề tài: 19.2H01 Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Văn Cường Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng nghệ Hóa Học TP HỒ CHÍ MINH, 8.2020 ii DANH MỤC VIẾT TẮT • CAS: Bã mía biến tính với acid citric • MCAS: Bã mía từ tính với acid citric • RS: Bã mía thơ • MB: metylene blue • XRD: X-ray diffraction • FT-IR: Fourier transform infrared spectroscopy • SEM: Scanning electron microscope • VSM: Vibrating sample magnetometer • VLHP: Vật liệu hấp phụ • CHHĐBM: Chất hoạt động bề mặt iii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH ẢNH ix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan mía 1.1.1 Giới thiệu chung mía [1] 1.1.2 Thành phần hóa học cấu trúc bã mía 1.2 Tổng quan hạt nano sắt từ Fe3O4 .18 1.2.1 Cấu trúc .18 1.2.2 Tính chất đặc trưng 19 1.2.3 Phương pháp điều chế 19 1.2.4 Ứng dụng hạt nano từ tính 21 1.3 Tổng quan nước thải dệt nhuộm 23 1.3.1 Khái niệm thuốc nhuộm 24 1.3.2 Loại thuốc nhuộm nghiên cứu: 24 1.3.3 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 26 1.4 Tổng quan số loại bã mía biến tính ứng dụng chúng 28 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 32 2.1 Hóa chất, thiết bị, dụng cụ 32 2.2 Quy trình tiến hành 32 2.2.1 Xử lý bã mía .32 2.2.2 Biến tính bã mía acid citric 32 2.2.3 Tổng hợp nano từ tính Fe3O4 phương pháp đồng kết tủa 33 2.2.4 Tổng hợp bã mía từ tính (MCAS) 34 2.3 Các phương pháp phân tích hóa lý 36 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ bã mía biến tính 36 2.4.1 Ảnh hưởng nồng độ acic citric lên khả hấp phụ chất màu methylene blue 36 2.4.2 Ảnh hưởng khối lượng bã mía từ tính đến khả hấp phụ methylene bue 37 2.4.3 Ảnh hưởng thời gian nồng độ chất màu MB đến độ hấp phụ bã mía từ tính 37 2.4.4 Ảnh hưởng pH 37 vi 2.4.5 Ảnh hưởng chất màu khác đến khả hấp phụ bã mía từ tính 38 Chương 3: Kết thảo luận 39 3.1 Tổng hợp xác định cấu trúc vật liệu 39 3.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 39 3.1.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) quang phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 41 3.1.3 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 42 3.1.4 Phân tích từ tính (VSM) 43 3.1.5 Kết đo TGA bã mía từ tính 44 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới khả hấp phụ chất màu MB bã mía biến tính 45 3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng kích thước bã mía đến khả hấp phụ chất màu MB: 45 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ acid citric đến khả hấp phụ màu MB .46 3.2.3 Khảo sát ảnh hưởng thời gian biến tính đến khả hấp phụ chất màu MB: 47 3.2.4 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu đến khả hấp phụ chất màu MB .48 3.2.5 Ảnh hưởng nồng độ thời gian đến khả hấp phụ chất màu MB 50 3.2.6 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ chất màu MB .50 3.2.7 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ chất màu MB 51 3.2.8 Ảnh hưởng chất màu khác đến khả hấp phụ bã mía từ tính 52 Chương 4: Kết Luận Và Kiến Nghị 56 4.1 Kết luận 56 4.2 Kiến nghị 56 Tài liệu tham khảo 57 Phụ lục 60 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần hóa học nước mía Bảng 2.1 Hóa chất 32 Bảng 2.2 Bước sóng cực đại chất màu 38 Bảng 3.2 So sánh độ pH đến khả hấp phụ bã mía từ tính với CA 51 Bảng 3.3 Các giá trị số đẳng nhiệt trình hấp phụ chất màu MB nhiệt độ 298 K54 Bảng PL.1 So sánh hiệu suất hấp phụ bã mía với nồng độ acid citric khác 60 Bảng PL.2 So sánh hiệu suất hấp phụ bã mía từ tính với CA với nồng độ thời gian khác 60 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc cellulose, hemicellulose lignin 10 Hình 1.2 Cấu trúc phân tử cellulose 11 Hình 1.3 Vùng tinh thể vùng vơ định hình cellulose 11 Hình 1.4 Cấu trúc hóa học hợp chất hemicellulose 14 Hình 1.5 Cấu trúc hóa học lignin 14 Hình 1.6 Cấu trúc ferit spinel 18 Hình 1.7 Cơng thức cấu tạo metylene blue 26 Hình 2.1 Sơ đồ biến tính bã mía với acid citric 33 Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp hạt nano sắt từ 34 Hình 2.3 Sơ đồ tạo bã mía từ tính MCAS 35 Hình 3.1 (a) Phổ FT-IR bã mía thơ, bã mía biến tính với acid citric (b) Phổ FT-IR bã mía từ tính 41 Hình 3.2 Ảnh chụp SEM bã mía từ tính với CA độ phóng đại khác nhau: a) 30000x, b) 50000x, c) 100000x 41 Hình 3.3 Phổ EDX bã mía từ tính với CA 42 Hình 3.4 Ảnh nhiễu xạ XRD bã mía từ tính với CA Fe3O4 43 Hình 3.5 Đường cong từ tính Fe3O4 bã mía từ tính 44 Hình 3.6 Kết TGA bã mía từ tính 45 Hình 3.7 Ảnh hưởng kích thước vật liệu đến khả hấp phụ chất màu MB Nồng độ ban đầu chất màu MB 25 mg/L, thời gian hấp phụ 30 phút, khối lượng vật liệu hấp phụ 0.5 g 46 Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ Acid Citric đến hiệu suất hấp phụ 47 Hình.3.9 Ảnh hưởng thời gian biến tính bã mía với acid citric đến khả hấp phụ chất màu MB Nồng độ dung dịch chất màu MB ban đầu 25 mg/L, thời gian hấp phụ 30 phút khối lượng vật liệu hấp phụ 0.5 g 48 Hình 3.10 Ảnh hưởng khối lượng bã mía từ tính đến khả hấp phụ chất màu MB 49 Hình 3.11 Ảnh hưởng nồng độ thời gian đến khả hấp phụ bã mía từ tính 50 Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian đến độ hấp phụ màu MB 75ppm bã mía từ tính với CA51 Hình 3.13 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ bã mía từ tính với CA 52 Hình 3.14 Khả hấp phụ bột màu khác bã mía từ tính 53 Hình 3.15 Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt chất màu MB nhiệt độ 298 K 55 ix LỜI CÁM ƠN Chúng xin chân thành cảm ơn Quỹ nghiên cứu khoa học Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM, lãnh đạo khoa Cơng nghệ Hóa học, Phịng thí nghiệm Khoa Cơng nghệ Hóa học, thành viên đề tài giúp tơi hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học Cảm ơn thành viên nhóm nghiên cứu thuộc IUH động viên giúp đỡ mặt tinh thần để hồn thành cơng trình nghiên cứu PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài Nghiên cứu biến tính bã mía acid hữu ứng dụng loại bỏ chất màu methylene blue 1.2 Mã số: 19.2H01 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài Họ tên TT Vai trò thực đề tài Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Thành viên Trần Nguyễn Minh Ân Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Thành viên Trần Thanh Phúc Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Thành viên Trần Thị Quỳnh Mai Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM Thành viên Nguyễn Văn Cường Đơn vị công tác (học hàm, học vị) 1.4 Đơn vị chủ trì: Khoa Cơng nghệ Hóa học, Đại học Cơng nghiệp Tp.HCM 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng 10 năm 2020 1.5.2 Gia hạn (nếu có): Khơng 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 10 năm 2019 đến tháng năm 2020 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Công nghiệp hóa đại hóa phải đơi với bảo vệ môi trường Phát triển công nghiệp phải bền vững đem lại lợi ích cho tồn xã hội Ngành công nghiệp nước ta đà phát triển tác động tiêu cực đến môi trường không nhỏ Do đặc thù công nghiệp phát triển, chưa có quy hoạch tổng thể nhiều ngun nhân khác chi phí xử lý mơi trường cao chi phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận tính cạnh tranh sản phẩm nên nhiều nhà máy xả thải trực tiếp mơi trường Trong ngành cơng nghiệp ngành dệt nhuộm ngành phát triển nước ta, nhiên nước thải ngành đánh giá có độ nhiễm cao màu, mùi vượt tiêu chuẩn cho phép Lưu lượng, thành phần tính chất thường khơng ổn định Việc xả thải thẳng môi trường không qua xử lý xử lý không đạt tiêu chuẩn dẫn đến ô nhiễm nguồn nước trầm trọng Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm nghiên cứu ứng dụng phương pháp sinh học, màng lọc, đông-keo tụ, điện phân, oxi hóa bậc cao hấp phụ Trong hấp phụ, than hoạt tính chất thường sử dụng để loại bỏ chất ô nhiễm hữu từ nước thải vật liệu đắt tiền Để có thêm phương án lựa chọn kinh tế cho quy trình xử lý hiệu nước thải dệt nhuộm đặc biệt việc khử màu, đề tài vào nghiên cứu khả áp dụng phương pháp hấp phụ vật liệu bã mía biến tính, vật liệu phế thải ngành cơng nghiệp mía đường để hấp phụ màu nước thải ngành dệt nhuộm Từ thực tế việc nghiên cứu sử dụng vật liệu phế thải để xử lý ô nhiễm môi trường hướng đắn nhằm nâng cao giá trị mía, giảm nhiễm cho ngành cơng nghiệp mía đường tạo loại vật liệu xử lý nước thải cho nhà máy dệt nhuộm Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu biến tính bã mía acid hữu ứng dụng loại bỏ chất màu methylene blue” đề nghị nghiên cứu nhằm đáp ứng yêu cầu Mục tiêu 2.1 Mục tiêu tổng quát − Biến tính bã mía số hóa chất với hỗ trợ vi sóng để làm chất hấp phụ xử lý loại bỏ chất màu ngành công nghiệp dệt nhuộm 2.2 Mục tiêu cụ thể − Xây dựng quy trình tổng hợp bã mía biến tính với acid bã mía từ tính với hạt nano sắt từ; TRITONG DH C6NG NGHIPP TP HCM KHOA CONG NGHE HOA HQC sAN ctAt rniNn Chinh sfto NQi dung di m Nghi1n cftu Khoa hpc ndm 2019 T6n tI6 tiri: NghiQn cri,u bi6n tfnh bi mia bnng acid hiiu co ring dqng lo4i b6 ch6t mhu Methylene Blue Chfr nhiQm AG teri: PGS.TS Nguy6n Vdn Cudng Dtrn vi chri tri: Khoa c6ng nghQ Hoa hgc, D4i h9c c6ng nghiQp Tp HCM CIn cri bi6n bin hgp HQi tt6ng nghiqm thu ngiy 14 th6ng 06 ndm 2020, t6i da thgc hiQn chinh sua nQi dung D6 tdi theo y€u cAu cua circthdnh vi6n HQi d6ng nghigm thu nhu sau: Vi tri TT {'td6n cfia th}rnh vi6n HD Chinh sfta chc thudt ngt' chuy0n ngdnh Cdng ngh9 I NQi dung chinh sfra H6a hgc (Phdn chinh sira D5 chinh sria l4i c6c thuflt ngt dring vdi chuy6n ngdnh C6ng nghQ H6a Todn vdn b6n biQn PGS hqc TS Mai Dinh Tri) NOu rO tdi liQu tham kh6o trang 34 (Phin biQn PGS TS Da bd sung tdi ligu tham kh6o Trang 34 Dd vO lai bi6u d6 cho Phu hqP Trang 46,48 Mai Dinh Tr!) St dUng bi0u d6 phu hqP iPhAn biQn PGS TS Mai Dinh Tri D6nh gi6 c6c th6ng cria ttrng khdo s6t (Ph6n biQn PGS TS Mai Dinh Ohinh sria t6i uu sO Trang 48,49 tirng kh6o s6t Tri) l6i chinh td bipn TS Nguy6n Danh) Da b6 sung c6c thdng sO tOi uu cta (Ph6n Thanh Da kiOm tra vd sira l5i chinh tA Todn vdn b6n Kinh d€ nghi Chn tich hQi ttdng xem x6t vd cho y kii5n b6o c6o tl6 chinh sta PHAN BIEN ( bj,vd ghi rd ho ftn)