Bài viết tiến hành tổng hợp carbon hoạt tính từ nguồn sinh khối gồm bã trà, rơm rạ, vỏ chuối và vỏ sầu riêng sử dụng KOH làm chất hoạt hóa. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu.
Nghiên cứu - Trao đổi Nghiên cứu tổng hợp, tính chất đặc trưng khả hấp phụ kim loại nặng (Cu2+, Ni2+, Pb2+) môi trường nước vật liệu carbon hoạt tính từ nguồn sinh khối m BẠCH LONG GIANG, NGUYỄN DUY TRINH, TRẦN VĂN THUẬN Viện Kỹ thuật Công nghệ cao NTT, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành V ật liệu cacbon hoạt tính tổng hợp từ nguồn sinh khối tự nhiên bã trà, rơm rạ, vỏ chuối vỏ sầu riêng sử dụng tác nhân hoạt hóa KOH Các đặc tính cấu trúc vật liệu cacbon hoạt tính thực phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hồng ngoại (FT-IR), giản đồ phân ố kích thước lỗ xốp diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET Kết rằng, carbon hoạt tính tổng hợp có độ xốp cao, nhiều nhóm chức diện tích bề mặt lớn (63.5 m2/g - 253.7 m2/g) Khảo sát khả hấp phụ ion kim loại Cu2+, Ni2+ Pb2+ vật liệu cacbon hoạt tính tổng hợp tiến hành cho hiệu suất hấp phụ cao, đạt từ 85.7% đến 99.7% Tổng quan Trong năm gần đây, công nghệ xử lý chất ô nhiễm carbon hoạt tính từ nguồn sinh khối nhận nhiều quan tâm nghiên cứu xem giải pháp “xanh” công nghệ xử lý môi trường Một số nghiên cứu chứng minh tiềm việc chuyển đổi nguồn sinh khối bã trà, rơm rạ, vỏ chuối vỏ sầu riêng thành nguồn carbon hoạt tính chi phí thấp hiệu suất cao Carbon hoạt tính có nguồn gốc từ nguồn phụ phẩm nông nghiệp có tính chất hóa lý bật diện tích bề mặt riêng lớn, nhóm chức đa dạng độ xốp cao Do đó, chúng sử dụng vật liệu hấp phụ hiệu chất hữu vô Để đạt tính chất vậy, nguồn sinh khối cần xử lý với tác nhân hóa học, KOH xem chất hoạt hóa hiệu quả, ảnh hưởng môi trường so với taực nhaõn khaực nhử ZnCl2, K2CO3 26 Tài nguyên Môi trờng Kỳ - Tháng 9/2017 Sửù oõ nhieóm nước kim loại nặng thời gian dài đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe người Việc xả thải kim loại nặng môi trường thường bắt nguồn từ rò rỉ hóa chất công đoạn trình luyện kim, chế tạo acqui, công nghệ dệt nhuộm xử lý quặng Các kim loại đồng, nicken, manganese nồng độ cao gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe suy tim, đau đầu kinh niên, chí gây chết người Có nhiều phương pháp xử lý vấn đề ô nhiễm như: Ôxy hóa khử, kết tủa hóa học, lọc màng, trao đổi ion, kỹ thuật điện hóa Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp thường chi phí cao hiệu thấp Phương pháp hấp phụ sử dụng carbon hoạt tính xem phương pháp đạt hiệu tốt, tính ứng dụng cao, chi phí hợp lý dễ vận hành quy trình xử lý Trong nghiên cứu này, tiến hành tổng hợp carbon hoạt tính từ nguồn sinh khối gồm bã trà, rơm rạ, vỏ chuối vỏ sầu riêng sử dụng KOH làm chất hoạt hóa Đặc tính cấu trúc mẫu vật liệu tổng hợp đánh giá thông qua phương pháp hóa lý đại XRD, SEM FT-IR Bên cạnh đó, tiến hành đánh giá khả hấp mẫu vật liệu than hoạt tính tổng hợp dựa trình hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+ Thực nghiệm 2.1. Tổng hợp carbon hoạt tính Carbon hoạt tính tổng hợp theo quy trình gồm hai giai đoạn: (1) giai đoạn carbon hóa nguồn sinh khối tự nhiên bã trà, rơm rạ, vỏ chuối vỏ sầu riêng; (2) gia đoạn hoạt hóa sử dụng KOH làm tác nhân [2] Ở giai đoạn (1), mẫu carbon hóa thu sau nung 30 g nguyên liệu sơ chế sơ thiết bị nung dạng ống với dòng khí N2 (99,99%; tốc độ dòng 150 cm3/phút) 400oC (tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút) h Giai đoạn (2), 10 g carbon hóa điều chế ngâm dung dịch KOH (tỷ lệ khối lượng mẫu carbon hóa KOH 1:1) 24h Sau đó, hỗn hợp sấy khô không khí 105oC 12 h nung thiết bị nung ống nhiệt độ gia nhiệt 500 oC điều kiện khác giữ nguyên Chất rắn thu sau rửa nhiều lần với nước đến dịch lọc trở nên trung hòa sấy khô 105 oC 12 h Các mẫu than hoạt tính chế tạo từ bã trà, rơm rạ, vỏ chuối sầu riêng ký hiệu TWAC, RHAC, BSAC DSAC tương ứng 2.2. Đánh giá khả năng hấp phụ 50 mg mẫu carbon hoạt tính cho vào bình tam giác chứa 100 mL dung dịch Cu2+ Hỗn hợp khấy trộn liên tục bóng tối Sau đạt đến cân hấp phụ, 10 mL dd lấy ly tâm 6000 vòng/phút để loại bỏ chất rắn có dung dịch Nồng độ ion Cu2+ lại xác định phương pháp AAS theo công thức sau: lớn Hiện tượng tăng cường lỗ xốp sau hoạt hóa phương pháp hóa học giải thích nhiệt độ hoạt hoá cao, tác nhân hoạt hoá KOH phản ứng với nguyên tử carbon cấu trúc cellulose theo phản ứng để lại lỗ xốp cấu trúc cacbon hoạt tính: Quá trình xảy nhanh làm bốc khí CO2 giúp hình thành nhiều lỗ xốp bề mặt Hình Kết quả phân tích ảnh SEM của than hoạt tính chế tào từ (A) bã trà, (B) rơm rạ, (C) vỏ chuối và (D) vỏ sầu riêng 1), đó, Co Ce nồng độ ban đầu nồng độ cân ion kim loại dung dịch Quá trình thí nghiệm tiến hành tương tự với ion Ni2+ Pb2+ 2.3. Các phương pháp đặc trưng cấu trúc vật liệu Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu vật liệu thực máy S4800 (Nhật bản) với điện nguồn 10 kV, độ phóng đại 7000 Phổ XRD đo máy nhiễu xạ Ronghen D8 Advance Bruker với ống phát tia Cu–Ká, tốc độ quét 0.02 o/s từ góc 2= 10o - 90o Phổ FT-IR thực máy Nicolet 6700 spectrophotometer vùng 1300 cm-1 - 400 cm-1 Diện tích bề mặt riêng xác định từ phần tuyến tính phương trình BET khoảng P/Po bã trà (215.4 m2/g) > Vỏ chuối (63.5 m2/g) > Vỏ sầu riêng (22.3 m2/g) Ngoài ra, phân bố kích thước hạt hình cho thấy mẫu có kích thước Tài nguyên Môi trờng Kỳ - Tháng 9/2017 27 lỗ xốp không đồng đều, phân bố trải rộng khoảng từ A – 12 A, có bán kính chủ yếu khoảng từ 7.5 A – 12.1 A o o o o Bảng Điều kiện chế tạo và kết quả chế tạo thử nghiệm vật liệu hấp phụ Hình (A) Giản đồ nhiễu xạ XRD, (B) Phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR, (C) các đường đẳng hấp phụ nitrogen, (D) Giản đồ phân bố kích thước hạt của vật liệu carbon hoạt tính chế tạo từ Bã trà (TW), Rơm rạ (RH), Vỏ chuối (BS), Vỏ sầu riêng (DS) sử dụng tác nhân hoạt hóa KOH Các kết TGA, XRD, SEM, FT-IR phân bố kích thước vật liệu tồng hợp có độ xốp cao, diện tích bề mặt riêng lớn có nhiều nhóm chức cần thiết cho hấp phụ Kết khảo sát đánh giá khả hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+của vật liệu carbon hoạt tính chế tạo từ nguồn sinh khối cho thấy hiệu xử lý loại bỏ ion kim loại Cu2+ đạt 99,0%; Ni2+ đạt 85,0%; Pb2+ đạt 92,2% Từ kết nghiên cứu cho thấy tiềm sử dụng nguồn sinh khối từ phế phụ phẩm nông lâm nghiệp để tổng hợp carbon hoạt tính cho vấn đề xử lý ONMT từ ion kim loại nặng Bảng Diện tích bề mặt BET, kích thước lỗ xốp, và thể tích DA các mẫu carbon hoạt tính 3.2. Kết quả đánh giá khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2+của vật liệu Carbon hoạt tính Các kết hấp phụ ion kim loại nặng Cu , Ni2+ Pb2+ vật liệu carbon hoạt tính chế tạo từ từ Bã trà (TW), Rơm rạ (RH), Vỏ chuối (BS), Vỏ sầu riêng (DS) trình bày Bảng 2, đó, Co: nồng độ ban đầu (mg/L) ion kim loại, H hiệu xử lý loại bỏ ion kim loại (%) Hiệu loại bỏ ion đạt 85% môi trường pH = 4.0-4.9 Trong đó, vật liệu carbon hoạt tính điều chế từ vỏ sầu riêng (DSAC) cho kết loại bỏ ion Cu2+ Ni2+ tốt nhất, TWAC cho kết khả quan trường hợp hấp phụ Pb2+ 2+ Kết luận Vật liệu carbon hoạt tính tổng hợp thành công từ loại phế phẩm nông nghiệp khaực 28 Tài nguyên Môi trờng Kỳ - Th¸ng 9/2017 Tài liệu tham khảo L.G.B Thuan Van Tran, Quynh Thi Phuong Bui, Trinh Duy Nguyen, Nhan Thi Hong Le, A comparative study on the removal efficiency of metal using sugarcane bagasse- derived ZnCl 2 -activated carbon by the response surface methodology, Adsorpt Sci Technol 35 (2017) 72–85 T Van Thuan, B.T.P Quynh, T.D Nguyen, V.T.T Ho, L.G Bach, Response surface methodology approach for optimization of Cu2+, Ni2+ and Pb2+ adsorption using KOH-activated carbon from banana peel, Surfaces and Interfaces (2017) 209–217 P Sugumaran, V.P Susan, P Ravichandran, S Seshadri, Production and Characterization of Activated Carbon from Banana Empty Fruit Bunch and Delonix regia Fruit Pod, J. Sustain Energy Environ (2012) 125–132 M.S Shafeeyan, W.M.A.W Daud, A. Houshmand, A. Shamiri, A review on surface modification of activated carbon for carbon dioxide adsorption, J Anal Appl Pyrolysis 89 (2010) 143–151 5.J. Xu, L. Chen, H. Qu, Y. Jiao, J. Xie, G. Xing, Preparation and characterization of activated carbon from reedy grass leaves by chemical activation with H3PO4, Appl Surf Sci 320 (2014) 674–680.n ... Diện tích bề mặt BET, kích thước lỗ xốp, và? ??thể tích DA? ?các? ??mẫu? ?carbon? ? ?hoạt? ? ?tính 3.2. Kết quả đánh giá? ?khả? ? ?năng? ? ?hấp? ? ?phụ? ? ?các? ??ion? ?kim loại? ? ?nặng? ??Cu2+,? ?Ni2+,? ??Pb2 +của? ? ?vật? ? ?liệu? ? ?Carbon? ? ?hoạt? ? ?tính Các kết hấp phụ ion kim loại nặng Cu... cần thiết cho hấp phụ Kết khảo sát đánh giá khả hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+, Ni2+, Pb2 +của vật liệu carbon hoạt tính chế tạo từ nguồn sinh khối cho thấy hiệu xử lý loại bỏ ion kim loại Cu2+ đạt... 85,0%; Pb2+ đạt 92,2% Từ kết nghiên cứu cho thấy tiềm sử dụng nguồn sinh khối từ phế phụ phẩm nông lâm nghiệp để tổng hợp carbon hoạt tính cho vấn đề xử lý ONMT từ ion kim loại nặng Bảng Diện tích bề mặt BET, kích thước lỗ xốp,