Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã đậu nành và khảo sát khả năng hấp phụ Cr(VI) trong môi trường nước​

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VATSANA INTHAPASONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ BÃ ĐẬU NÀNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VATSANA INTHAPASONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ BÃ ĐẬU NÀNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ HĨA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Thị Hậu THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa có cơng bố luận văn khác Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn VATSANA INTHAPASONG i LỜI CẢM ƠN Để luận văn hồn thành có kết ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, giáo Bộ mơn Hóa Lý Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo TS Vũ Thị Hậu, cô giao đề tài, tận tình hướng dẫn bảo giúp đỡ em trình em thực em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn Đại sứ quán Lào Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ mặt thời gian em học tập Việt Nam Cuối em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè quan tâm, động viên em tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Mặc dù thân em cố gắng luận văn em khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo, góp ý Thầy giáo, Cơ giáo, ý kiến góp ý bạn để luận văn em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Học viên Vatsana Inthapasong ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii MỤC LỤC .iv DANH MỤC BẢNG .vii DANH MỤC HÌNH .viii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Ô nhiễm ion kim loại nặng 1.1.1 Sơ lược kim loại nặng 1.1.2 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước kim loại nặng 1.1.3 Tác dụng sinh hóa ion kim loại nặng người môi trường 1.2 Các phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng 1.2.1 Phương pháp kết tủa 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 1.2.3 Phương pháp điện hóa .6 1.2.4 Phương pháp oxi hóa khử 1.2.5 Phương pháp sinh học .6 1.2.6 Phương pháp hấp phụ 1.3 Hấp phụ môi trường nước 1.3.1 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước .7 1.3.2 Đặc tính ion kim loại môi trường nước 1.4 Tổng quan than hoạt tính giai đoạn điều chế than hoạt tính .8 1.4.1 Tổng quan than hoạt tính 1.4.2 Các giai đoạn điều chế than hoạt tính 11 1.5 Giới thiệu Crom tác dụng sinh hóa crom người, mơi trường .12 1.6 Giới thiệu đậu tương 14 1.7 Một số hướng nghiên cứu sử dụng than hấp phụ ion kim loại nặng .17 iv 1.8 Một số cơng trình nghiên cứu khả hấp phụ vật liệu chế tạo từ bã đậu nành 19 1.9 Một số phương pháp xác định đặc trưng hóa lý than .21 1.9.1 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 21 1.9.2 Phương pháp hấp phụ đa phân tử(BET) 22 Chương THỰC NGHIỆM 22 2.1 Thiết bị hóa chất 23 2.1.1 Thiết bị 23 2.1.2 Hóa chất 23 2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ 24 2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 24 2.2.2 Chế tạo than hoạt tính từ bã đậu nành 24 2.3 Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) theo phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV -Vis 25 2.4 Khảo sát số đặc điểm bề mặt NL TBĐ chế tạo 26 2.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung, tỉ lệ chất hoạt hóavà nguyên liệu đến q trình chế tạo than thơng qua thí nghiệm hấp phụ Cr(VI) 26 2.6 Xác định số hấp phụ iot TBĐ 26 2.7 Xác định điểm đẳng điện TBĐ 27 2.8 Các thí nghiệm hấp phụ 27 2.8.1 Khảo sát sơ khả hấp phụ Cr(VI) mẫu TBĐ 27 2.8.2 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ Cr(VI) TBĐ 27 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Kết xây dựng đường chuẩn Cr(VI) 29 3.2 Một số đặc trưng nguyên liệu TBĐ .30 3.2.1 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 30 3.2.2 Diện tích bề mặt riêng (BET) 31 3.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ Cr(VI) nguyên liệu mẫu TBĐ 31 3.4 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Cr(VI) TBĐ 34 3.4.1 Ảnh hưởng pH 34 v 3.4.2 Ảnh hưởng thời gian .35 3.4.3 Ảnh hưởng nhiệt độ 36 3.4.4 Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) ban đầu xác định dung lượng hấp phụ cực đại 37 KẾT LUẬN 39 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN VĂN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kí hiệu mẫu TBĐ 25 Bảng 3.1 Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ Cr(VI) 29 Bảng 3.2 Số liệu khảo sát sơ khả hấp phụ Cr(VI) mẫu 31 Bảng 3.3 Diện tích bề mặt riêng theo phương pháp BET mẫu .31 Bảng 3.4 Số liệu xác định điểm đẳng điện TBĐ 33 Bảng 3.5 Ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Cr(VI) TBĐ .34 Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ Cr(VI) TBĐ 35 Bảng 3.7 Sự phụ thuộc dung lượng hiệu suất hấp phụ Cr(VI)của than vào nhiệt độ 36 Bảng 3.8 Ảnh hưởng nồng độ Cr(VI) ban đầu đến khả hấp phụ than 37 Bảng 3.9 So sánh dung lượng hấp phụ Cr(VI) TBĐ chế tạo với số than khác 38 vii 12 Trần Thị Ngọc Ngà (2013), Nghiên cứu khả hấp phụ ion Pb 2+, Cu2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Đà Nẵng 13 Lê Minh Ngọc, Vũ Thị Hậu (2018), “Nghiên cứu khả hấp phụ Cr(VI) than chế tạo từ thân sen”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ ĐHTN, Tập 181, số 05, tr.171-177 14 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb Giáo dục, Hà Nội 15 Trịnh Thị Thanh (2003), Độc học môi trường sức khoẻ người, Nxb Đại học Quốc Gia, Hà Nội 16 Phạm Văn Thiều (2006), Cây đậu tương - Kỹ thuật trồng chế biến sản phẩm, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội 17 Lê Hữu Thiềng,Nguyễn Thị Như Quỳnh (2010), "Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+, Ni2+ than vỏ lạc", Tạp chí phân tích Hóa, Lý Sinh học, 15, tr 160 - 167 18 Lê Hữu Thiềng Hứa Thị Thùy (2011), "Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+ Ni2+ than bã mía", Tạp chí Khoa học Công nghệ, 86(10), tr 107 - 113 19 Bùi Văn Tho (2015), Nghiên cứu hấp phụ số chất mầu dung dịch nước than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê, Luận văn thạc sĩ khoa học 20 Mai Thị Hoài Thư, Vũ Thị Thảo, Nguyễn Thị Thương (2017), Nghiên cứu khả xử lý amoni nước vật liệu chế tạo từ bã đậu nành quy mơ phịng thí nghiệm,Báo cáo tổng kết đề tài NCKH Sinh viên, trường Đại học Tài Nguyên Môi trường Hà Nội 21 Vũ Quang Tùng, Trần Thị Huế, Lê Hữu Thiềng (2009), “Nghiên cứu khả hấp phụ Cr(VI) VLHP chế tạo từ vỏ lạc thử ứng dụng để xử lí mơi trường”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ ĐHTN, 56(8), tr.27-30 42 22 Vũ Thị Quỳnh Trang (2012), Xử lý Cu2+ nước vật liệu hấp phụ từ vỏ đậu tương, Khóa luận tốt nghiệp, ngành Kỹ thuật môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Tài liệu Tiếng Anh 23.Ali Ali Al-Othman, R Naushad, Mu (2012), "Hexavalent chromium removal from aqueous medium by activated carbon prepared from peanut shell: adsorption kinetics, equilibrium and thermodynamic studies", Chemical Engineering Journal Vol 184, pp 238-247 24 Arvind Jena Kumar, Hara Mohan (2017), "Adsorption of Cr (VI) from aqueous phase by high surface area activated carbon prepared by chemical activation with ZnCl2", Process Safety and Environmental Protection Vol 109, pp 63-71 25 Aroua M K and Sulaiman N M N Issabayeva G (2006), "Removal of lead from aqueous solution on palm shell activated carbon", Biores Technol 97, tr 2350 - 2355 26 Anyi Ramirez and et all (2020), Removal of Cr(VI) from an activated carbon obtained from teakwood sawdust: kinetics, equilibrium and density functional theory calculation, Journal of Environmental Chemical Engineering, Vol.8, Issue 2, pp 105292 - 105303 27 Dessouki H A, El-Sayed G O, Ibrahim SS (2010), "Biosorption of Ni(II) and Cd(II) ions from aqueous solution onto rice straw", Chemical Sciences Journal CSJ-9, pp.11 28 F Fu, L.Xie, B.Tang (2012), “Application of a novel strategy Advanced Fenton - chemical precipitation to the treatment of strong stability chelated heavy metal containing wastewater”, Chemical Engineering Journal, 189 - 190, pp 283 - 287 29 Gaikwad R W (2004), "Removal of Cd(II) from aqueous solution by activated charcoal derived from coconut shell", Electron J Environ Agric Food Chem 3, tr 702 - 709 43 30 Hai Gao Liu, Qun Dai, Peng Zhang, Jian Zhang, Chenglu Bao, Nan (2013), "Preparation and characterization of activated carbon from lotus stalk with guanidine phosphate activation: sorption of Cd(II)", Journal of analytical and applied pyrolysis 102, pp 7-15 31 Hui Gao cộng (2008), "Characterization of Cr (VI) removal from aqueuos solution by a surplus agricultural waste - Rice straw", Journal of Hazardous Materials 150, tr 446 - 452 32 Javad Shabani Shayeh (2016), “Advanced studies of coupledconductive polymer/metal oxide nano wire composite as an efficient supercapacitor by common and fast fourier electrochemical methods”, Journal of Molecular Liquids, 220, pp.489-494 33 Qingqing Miao, Yingmao Tang, Jing Xu, Xinping Liu, Liren Xiao, Qinghua Chen(2013), Activated carbon prepared from soybean straw for phenol adsorption,Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, Vol 44, pp 458-465 34 Kernit Wilson cộng (2006), "Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shells", Bioresoyrce Technology 97, tr 2266 - 2270 35 K Ranganathan (2000), "Chromium removal by activated carbons prepared from Casurina equisetifolia leaves", Bioresource technology Vol 73, Issue 2, pp 99-103 36 Osvaldo Karnitz Jr, L V A Gurgel, J C P de Melo, V R Botaro, T M S Melo, R P de Freitas Gil and L F Gil (2007),“Adsorption of heavy metal ion from aqueous single metal solution by chemically modified sugarcane bagasse”,Bioresource Technology, 98, pp 1291-1297 37 Shiv Prasad Niveta Jain and Thomas Anish Johnson H C Joshi (2008), "Agricultural and agro-processing wastes as low cost adsorbents for metal removal from wastewater: A review, Journal of Scientific and Industrial", Research 67, tr 647 - 658 44 38 Wachiraphorn Cherdchoo, Srisuda Nithettham, Jittima Charoenpanich (2019), Removal of Cr(VI) from synthetic waste water by adsorption onto coffee ground and mix waste tea, Chemosphere, Vol.221, pp 758 - 767 39 Watling, H R (2006), “The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper sulphides - A review”, Hydrometallurgy, 84(12), pp 81108 40 Wayne E Marshall and Lynda H Wartelle (2003), “Acid recycling to optimize citric acid - modified soybean hull production”, Industrial crops and Products 18, pp 177-182 41 Y B Onundi, A.A Mamun, M F Al Khatib, Y M Ahmed (2010), “Adsorption of copper, nickel and lead ions from synthetic semiconductor industrial wastewater by palm shell activated carbon”,Int J Environ Sci Tech, 7(4), pp 751-758 Tài liệu trang Web 42 https://doctorhouses.com/bao-dong-tinh-trang-o-nhiem-moi-truong- nuoc-tai-viet-nam.html 43 https://vi.wikipedia.org/wiki/Crom) 45 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ ĐO BET CỦA NGUYÊN LIỆU (V505) VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI | TriStar II 3020 3.02 | | | | | | | Sample: Operator: Submitter: File: | | | Started: | Completed: | | | | | Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: | | | Comments: Degas 200C/3h | | | Isotherm Tabular Report | | | | | | | | | | | | | | Relative Pressure (p/p°) VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 3.02 Sample: Operator: Submitter: File: Started: Completed: Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: Comments: Degas 200C/3h Summary Report Surface Area Single point surface area at p/p° = 0.288906278: BET Surface Area: TriStar II 3020 Version 3.02 Page Serial # 1529Unit 1Port PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ ĐO BET CỦA THAN BÃ ĐẬU (V403) | VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI | TriStar II 3020 3.02 | | | | | | | Sample: Operator: Submitter: File: | | | Started: | Completed: | | | | | Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: | | | Comments: Degas 150C/2h | | | | | Isotherm Tabular Report | | Relative Pressure (p/p°) | | | | | | | | | | | | VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 3.02 TriStar II 3020 Version 3.02 Page Serial # 1529Unit 1Port Sample: Operator: Submitter: File: V403 TQD Started: Completed: Report Time: 3/9/2020 9:59:31 AM 3/9/2020 4:16:16 PM 3/27/2020 4:16:24 PM Analysis Adsorptive: Analysis Bath Temp.: Thermal Correction: 0.4320 g Equilibration Interval: Sample Density: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: E:\ITT-2016\2020\V403.09032020.SMP 23.4292 cm³ None No Comments: Degas 150C/2h Summary Report Surface Area Single point surface area at p/p° = 0.288906278: 251.3353 m²/g BET Surface Area: 232.1004 m²/g Warm Free Space: N2 77.350 K No 8.0063 cm³ Measured 5s 1.000 g/cm³ PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ ĐO BET CỦA THAN BÃ ĐẬU (V453) VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 TriStar II 3020 3.02 Version 3.02 Page Serial # 1529Unit 1Port Sample: Operator: Submitter: File: V453 TQD E:\ITT-2016\2020\V453.09032020.SMP Started: Completed: Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: Comments: Degas 150C/2h Isotherm Tabular Report Relative Pressure (p/p°) VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 3.02 Sample: Operator: Submitter: File: Started: Completed: Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: Comments: Degas 150C/2h Summary Report Surface Area Single point surface area at p/p° = 0.288906278: 364.9989 m²/g BET Surface Area: 338.7069 m²/g PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ ĐO BET CỦA THAN BÃ ĐẬU (V503) | | VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 3.02 | | | | | | Sample: Operator: Submitter: File: Started: | Completed: | Report Time: | Sample Mass: | Cold Free Space: | Low Pressure Dose: | | | | | Automatic Degas: Comments: Degas 200C/3h Isotherm Tabular Report | | | | | | | | | | | | Relative Pressure (p/p°) VIỆN KỸ THUẬT NHIỆT ĐỚI TriStar II 3020 3.02 Sample: Operator: Submitter: File: Started: Completed: Report Time: Sample Mass: Cold Free Space: Low Pressure Dose: Automatic Degas: Comments: Degas 200C/3h Summary Report Surface Area Single point surface area at p/p° = 0.288906278: BET Surface Area: Langmuir Surface Area: ... NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM VATSANA INTHAPASONG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ BÃ ĐẬU NÀNH VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Cr(VI) TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Hóa vơ Mã số: 8440113 LUẬN VĂN THẠC... thấy khả hấp phụ cao mẫu 3.3 Khảo sát sơ khả hấp phụ Cr(VI) nguyên liệu mẫu TBĐ Kết khảo sát sơ khả hấp phụ Cr(VI) nguyên liệu mẫu TBĐ chế tạo thể bảng 3.3 hình 3.3 Bảng 3.3 Số liệu khảo sát sơ khả. .. hấp phụ than hoạt tính chế tạo từ bã đậu nành để hấp phụ Cr(VI) môi trường nước 1.3 Hấp phụ môi trường nước 1.3.1 Đặc điểm chung hấp phụ môi trường nước Hấp phụ môi trường nước thường diễn phức