Nghiên cứu than điều chế từ vỏ hạt macca xử lý kim loại nặng trong nước thải

H TỈ H Ì H ƢƠ G TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT M I TH NH H NG NGHIÊN CỨU TH N ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ HẠT MACCA XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI CHUYÊN NGÀNH: KHO HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 U N V N THẠC S NH DƯ NG – 2021 i H TỈ H Ì H ƢƠ G TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT M I TH NH H NG NGHIÊN CỨU TH N ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ HẠT MACCA XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI CHUYÊN NGÀNH: KHO HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 U N V N THẠC S NGƯỜI HƯỚNG D N KHO HỌC: TS ĐÀO MINH TRUNG NH DƯ NG - 2021 ii LỜI C M ĐO N Tôi xin cam đoan s i u v k t nghiên c u u n văn v đ t i: “ nghiên c u than, u ch từ vỏ hạt macca xử lý kim loại nặng nƣớc thải” l trung th cho vi th v hƣa h đƣ sử hi n u n văn n lu n văn đ đƣ h r ngu n g ng đ đ đƣ ảo v ả v đƣ th ơn v v n o M i s gi p đ thông tin tr h d n ph p ông b Tôi xin ch u hồn tồn trách nhi m n u có s khơng trung th c thông tin sử d ng cơng trình nghiên c u B nh ƣơng, ng H i th ng nă viên th hi n 2021 LỜI CẢM Trong qu tr nh h đƣ t p, nghiên c u v ho n thi n u n văn, đ nh n s đ ng viên, khuy n kh h v tạo u i n gi p đ nhi t t nh c a gi o, ô gi o, ạn Tôi b ại H tỏ trƣ ng giảng c ặ ng i t ơn sâu s tới khoa Khoa H T Nhiên, ph ng Sau ại H t v đặ bi t th i t, xin tỏ c u hoa h Th hu ên đ ti p hƣớng th đ ng nghi p v gia đ nh su t qu tr nh h tr N u a to n h a h ô gi o tr ti p đ tạo u ki n, đ ng g p i n t p v ho n th nh u n văn thạ s ng i t ơn sâu s n, t n t nh h tới TS o ảo, gi p đ ti n h nh c inh Trung ngƣ i đ hoạt đ ng nghiên đ ho n th nh u n văn n y Với th i gian nghiên c u thi u s t, r t n hạn h , u n văn hông tr nh hỏi nh ng ong nh n đƣ i n đ ng g p hân th nh từ c gi o, cô gi o ii th TÓM TẮT Ch t thải sinh kh i d i sẵn có từ nơng nghi p có th dùng làm v t ôi trƣ ng hi u Trong nghiên c u này, than sinh h c từ vỏ hạt li u xử Macca (MCN) đƣ c ch tạo thơng qua q trình cacbon hóa bi n t nh c t nhân hóa h c l 2CO3, ng H2O2 v H3PO4 K t than MCN bi n t nh đƣ c sử d ng làm ch t h p ph đ loại bỏ ion kim loại Cu2+ khỏi dung d h nƣớc K t cho th y than sinh h c MCN bi n t nh có khả h p ph ion kim loại cao Khi than sinh h C bi n t nh b ng K2CO3, hi u su t h p ph Cu2+ 84,02% Khi bi n t nh H3PO4, hi u su t h p ph Cu2+ 95,92% C n bi n t nh đƣ c ng ng H2O2, hi u su t h p ph Cu2+ 79,33% Ảnh hƣởng c a pH, n ng đ ch t h p ph th i gian h p ph đ n hi u su t loại bỏ Cu2+ nƣớc thải giả đ nh đ đƣ c đ nh gi t khảo s t than sinh h c MCN bi n t nh cho hi u su t loại bỏ Cu2+ cao nh t hi pH c a dung d ch, li u ƣ ng ch t h p ph th i gian h p ph l n lƣ t 5; 1,8 g/L 30 phút ABSTRACT The abundant biomass waste available from agriculture can be used as an effective environmental treatment material In this study, biochar from the Macca seed coat (MCN) is produced through the process of carbonization and denatured by chemical agents such as K2CO3, H2O2 and H3PO4 As a result, the denatured MCN coal is used as an adsorbent to remove the toxic metal ion, Cu2+, from aqueous solution The results showed that modified MCN biochar has a high ability to adsorb toxic metal ions When the biochar MCN was modified by K2CO3, the adsorption efficiency of Cu2+ was 84.02% When modified by H3PO4, the adsorption efficiency of Cu2+ is 95.92% When modified by H2O2, the adsorption efficiency of Cu2+ is 79.33% The effects of pH, adsorbent concentration and adsorption time on Cu2+ removal efficiency in aqueous solution were evaluated Survey results of denatured MCN biochar for Cu2+ removal efficiency are highest when the pH of the solution, the dose of the adsorbent and the adsorption time are respectively; 1.8 g / L and 30 minutes iii MỤC ỤC ỜI C M ĐO N i ỜI CẢM N ii MỤC ỤC iv D NH MỤC ẢNG x D NH MỤC H NH xii MỞ ĐẦU o h n đ tài: 1 M c tiêu nghiên c u i tƣ ng v phạ vi nghi n u .3 CHƯ NG 1: TỔNG QU N TÀI IỆU .4 1.1 Tổng quan v than v â Macca: 1.1.1 Mô tả Macca 1.1.2 Ứng d ng c a vỏ Macca .6 1 Hi n trạng sản u t 1.2 Tổng quan v a a Vi t a oại than: .8 Than thƣ ng (than c i): 2 Than : .8 Than hoạt t nh .9 1231 h ng thông s a than hoạt t nh h thƣớc, th tích lỗ x p di n tích b mặt riêng .9 Ch s iot .10 1232 C phƣơng ph p u h than hoạt t nh 12 1233 C u t ảnh hƣởng qu tr nh u h than hoạt t nh 16 Ứng ng 16 1.3 Tổng quan v kim loại ng 17 1.3.3 M t vài nét v nƣớc thải có ch a kim loại đ ng 20 iv 1.3.4 C phƣơng ph p lý Cu2+ .23 Phƣơng ph p h a 24 1.4 Tình hình nghiên c u th giới Vi t nam v than hoạt t nh từ vỏ a a v than hoạt t nh lý ion Cu2+ 33 1.4.1 Trên th giới 33 1.4.2 Tại Vi t Nam .34 2.1 V t li u thi t b nghiên c u .38 211 i tƣ ng th nghi 38 2 V t i u 38 2.1.3 Thi t b , d ng c 38 2.1.4 Danh m c hóa ch t sử d ng 39 2.2 N i dung phƣơng pháp nghiên c u 39 2.2.1 N i dung nghiên c u 39 2.2.2 tr th nghi v phƣơng ph p th hi n 42 2.2.2.1 i u ch than i n t nh từ vỏ hạt Macca 42 2.2.2.2 Khảo sát khả lý KLN Cu2+ c a than bi n tính tác nhân hóa h c K2CO3, H2O2, H3PO4 (khảo sát pH, li u ƣ ng, th i gian) .45 a hảo s t pH t i ƣu 46 hảo s t i u ƣ ng than hoạt tính t i ƣu 47 hảo s t th i gian t i ƣu 47 2 Phƣơng ph p nghi n u 48 2.2.3.1 Phƣơng ph p thu th p thông tin, k thừa tài li u .48 2 Phƣơng ph p y m u bảo quản m u 48 2 3 Phƣơng ph p đo đạc phân tích m u 49 2 Phƣơng ph p s i u .49 CHƯ NG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO U N .50 3.1 Khảo sát khả xử lý KLN Cu2+ c a than bi n tính tác nhân hóa h c K2CO3 50 311 hảo s t pH th h h p ho qu tr nh 50 3.1.2 hảo s t i u ƣ ng th h h p ho qu tr nh v .51 313 hảo s t th i gian th h h p ho qu tr nh 53 3.2 Khảo sát khả lý KLN Cu2+ c a than bi n tính tác nhân hóa h c H2O2 55 321 hảo s t pH th h h p ho qu tr nh 3.2 hảo s t i u ƣ ng th h h p ho qu tr nh 323 hảo s t th i gian th h h p ho qu tr nh 55 .56 58 3.3 Khảo sát khả lý KLN Cu2+ c a than bi n tính tác nhân hóa h c H3PO4 59 331 hảo s t pH th h h p ho qu tr nh 3.3 hảo s t i u ƣ ng th h h p ho qu tr nh 333 hảo s t th i gian th h h p ho qu tr nh 59 .61 62 3.4 So sánh k t nghiên c u than MCN bi n từ tác nhân hóa h c K2CO3, H2O2 H3PO4 64 3.4.1 So s nh ảnh hƣởng a pH ung h đ n hi u su t h p ph a than C i n t nh từ tác nhân hóa h c K2CO3, H2O2 H3PO4 .64 So s nh ảnh hƣởng a i u ƣ ng đ n hi u su t h p ph a than C i n t nh từ tác nhân hóa h c K2CO3, H2O2 H3PO4 66 So s nh ảnh hƣởng a th i gian đ n hi u su t h p ph a than C i n t nh từ tác nhân hóa h c K2CO3, H2O2 H3PO4 67 3.5 Hình ảnh SEM Phổ FTIR c a Than sinh h c MCN i n t nh t t nh t ng t nhân H3PO4 69 Thảo u n: 70 CHƯ NG KẾT U N VÀ KIẾN NGHỊ .71 41 42 T U I 71 GH 71 TÀI IỆU TH M KHẢO 72 PHỤ ỤC .77 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BET: Brunauer emmet teller FTIR: Fourrier transformation infrared KCN: Khu công nghi p KLN: Kim loại nặng MCN: Vỏ hạt Macca QCVN: SEM: TCVN: Qu hu n Vi t a Scanning electron microscope Tiêu chu n Vi t a TEM: Transmission electron microscopy XRD: X-ray diffraction vii D NH MỤC ẢNG Bảng 1: Thành ph n hóa h c c a vỏ hạt Macca Bảng 2: Bảng 3: Quy chu n Vi t Nam v nƣớc thải công nghi p 19 ng đ ô nhi nƣớ thải i Vi t a 21 Bảng 4: H ƣ ng m t s nƣớc thải c a m t s làng ngh tái ch kim loại (mg/l) 23 Bảng 5: pH m b t đ u k t t a c a kim loại 26 ảng 1: Thi t b , d ng c nghiên c u 38 ảng 2: H a h t c n dùng 39 ảng 3: Phƣơng ph p phân t h ảng 1: u 49 t hảo s t pH c a than bi n tính tác nhân hóa h c K2CO3 50 ảng 2: t hảo s t i u ƣ ng a than bi n tính tác nhân hóa h c K2CO3 51 ảng 3: t hảo s t th i gian h p ph c a than bi n tính tác nhân hóa h c K2CO3 53 ảng 4: t hảo s t pH a than bi n tính tác nhân hóa h c H2O2 55 ảng 5: t hảo s t i u ƣ ng a than bi n tính tác nhân hóa h c H2O2 56 ảng 6: t hảo s t th i gian h p ph a than bi n tính tác nhân hóa h c H2O2 58 ảng 7: t hảo s t pH c a than bi n tính tác nhân hóa h c H3PO4 60 ảng 8: t hảo s t i u ƣ ng a than bi n tính tác nhân hóa h c H3PO4 61 ảng 9: t hảo s t th i gian h p ph a than bi n tính tác nhân hóa h c H3PO4 63 ảng 1: So s nh ảnh hƣởng a pH ung h đ n n ng đ Cu2+ h p ph a than C i n t nh từ t nhân hóa h c K2CO3, H2O2 H3PO4 77 ảng 2: So s nh ảnh hƣởng a i u ƣ ng đ n n ng đ Cu2+ h p ph a than MCN i n t nh từ t nhân h a h c K2CO3, H2O2 H3PO4 77 x ảng 9: T nh to n ảnh hƣởng c a li u ƣ ng đ n n ng đ Cu II STT iều ượng (g/L) h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân K2CO3 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần ần Lần TB ần ần ần TB Min Max Cận Cận u tr ng 10 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 21.98 18.53 16.57 13.62 12.08 11.80 6.68 5.55 4.70 21.33 19.06 16.27 14.21 12.12 11.44 7.15 5.58 4.22 21.70 18.74 16.33 13.54 12.63 12.08 6.70 5.74 4.49 21.67 18.78 16.39 13.79 12.28 11.77 6.84 5.62 4.47 25.57 37.25 43.89 53.88 59.09 60.04 77.39 81.22 84.08 27.77 35.46 44.90 51.88 58.96 61.26 75.79 81.10 85.71 26.52 36.54 44.70 54.15 57.23 59.09 77.31 80.56 84.80 26.62 36.41 44.50 53.30 58.43 60.13 76.83 80.96 84.86 25.57 35.46 43.89 51.88 57.23 59.09 75.79 80.56 84.08 27.77 37.25 44.90 54.15 59.09 61.26 77.39 81.22 85.71 -1.15 -0.84 -0.41 -0.85 -0.67 -1.13 -0.56 -0.26 -0.85 1.05 0.96 0.61 1.42 1.20 1.04 1.04 0.40 0.78 11 4.67 4.55 4.13 4.45 84.17 84.59 86.01 84.93 84.17 86.01 -1.09 0.75 29.53 - 80 - ƣ ng hu n Cu(II) y = 0.051107x - 0.0019896; ng đ 30ppm ảng 10: T nh to n ảnh hƣởng c a pH đ n n ng đ Cu II h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H2O2 STT STT pH u tr ng 2.5 3.5 4.5 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần 21.36 15.12 9.92 7.06 7.50 7.11 ần ần 28.99 21.35 21.75 14.56 15.33 9.45 9.30 6.50 7.31 8.08 7.77 6.55 7.24 TB ần ần ần TB Min Max Cận Cận 26.35 49.78 67.92 77.60 74.15 77.42 -0.47 -1.53 -0.88 -1.58 -0.99 -1.44 0.91 1.13 1.24 1.23 1.03 0.95 21.49 15.00 9.56 6.95 7.78 6.96 26.34 47.84 65.80 75.66 74.15 75.49 26.35 49.78 67.39 77.60 72.12 77.42 24.97 47.12 67.92 74.78 73.20 75.03 25.89 48.25 67.04 76.01 73.15 75.98 24.97 47.12 65.80 74.78 72.12 75.03 5.5 6.11 7.06 6.15 6.44 78.94 75.65 78.79 77.79 75.65 78.94 -1.15 2.14 ảng 11: T nh to n ảnh hƣởng c a th i gian đ n n ng đ Cu II h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H2O2 Thời gian (phút) u tr ng 10 20 30 40 50 60 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C Lần 14.28 9.47 6.57 5.99 5.92 6.25 5.95 ần ần 29.54 14.54 13.82 9.74 9.12 7.23 6.66 6.31 6.02 5.59 6.38 6.80 6.11 5.62 5.35 TB ần ần Lần TB Min Max Cận Cận 53.22 69.13 77.78 79.72 81.08 79.32 81.89 -1.34 -1.09 -0.86 -0.39 -1.26 -0.94 -0.99 1.10 1.01 1.39 0.69 1.41 1.40 1.06 14.21 9.44 6.82 6.11 5.96 6.39 5.64 51.65 67.95 77.78 79.72 79.96 78.85 79.85 50.78 67.03 75.52 78.64 81.08 76.98 80.97 81 53.22 69.13 77.45 79.62 78.40 79.32 81.89 51.88 68.03 76.92 79.33 79.81 78.38 80.90 50.78 67.03 75.52 78.64 78.40 76.98 79.85 ảng 12: T nh to n ảnh hƣởng c a li u ƣ ng đ n n ng đ Cu(II) b h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H2O2 STT 10 11 iều ượng (g/L) u tr ng 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần 29.16 28.92 28.52 26.51 21.57 17.25 14.29 9.22 6.16 6.15 ần ần 29.74 29.69 29.59 28.84 29.31 28.58 28.22 25.99 26.07 22.13 21.66 17.54 17.12 14.66 15.03 9.34 9.88 5.88 6.03 5.23 6.02 TB ần ần ần TB Min Max Cận Cận 1.95 3.03 5.11 12.61 27.47 42.43 51.96 69.00 80.23 82.41 -1.08 -0.62 -0.74 -0.67 -0.73 -0.62 -1.25 -0.88 -0.49 -1.92 0.71 0.96 0.47 1.08 1.15 0.79 1.25 1.35 0.47 1.18 29.48 29.02 28.44 26.19 21.79 17.30 14.66 9.48 6.02 5.80 1.95 2.75 4.09 10.86 27.47 41.98 51.96 69.00 79.27 79.32 0.17 3.03 3.90 12.61 25.59 41.02 50.71 68.59 80.23 82.41 82 0.50 1.45 5.11 12.34 27.17 42.43 49.46 66.78 79.72 79.76 0.88 2.41 4.37 11.94 26.74 41.81 50.71 68.13 79.74 80.50 0.17 1.45 3.90 10.86 25.59 41.02 49.46 66.78 79.27 79.32 ƣ ng hu n Cu(II) y = 0.051107x - 0.0019896; ng đ 30ppm ảng 13: T nh to n ảnh hƣởng c a pH đ n n ng đ Cu II) b h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H3PO4 STT pH M u tr ng 2.5 3.5 4.5 STT HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần 23.67 19.78 15.96 16.06 15.64 13.32 ần ần 29.39 22.47 22.88 20.66 19.83 16.01 15.98 14.64 15.47 15.72 15.02 13.13 13.25 TB 23.01 20.09 15.99 15.39 15.46 13.23 ần 19.46 32.71 45.69 45.36 46.78 54.68 ần ần 23.55 29.71 45.52 50.18 46.52 55.34 22.15 32.53 45.63 47.36 48.89 54.92 TB 21.72 31.65 45.61 47.63 47.40 54.98 Min 19.46 29.71 45.52 45.36 46.52 54.68 Max Cận Cận 23.55 32.71 45.69 50.18 48.89 55.34 -1.83 -1.06 -0.08 -2.55 -1.50 -0.36 2.26 1.94 0.09 2.28 0.88 0.30 5.5 13.34 12.83 13.50 13.23 54.60 56.34 54.07 55.00 54.07 56.34 -1.34 0.94 ảng 14: T nh to n ảnh hƣởng c a th i gian đ n n ng đ Cu II) b h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H3PO4 Thời gian (phút) u tr ng 10 20 30 40 50 60 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần 4.36 2.12 1.94 1.13 1.10 1.08 1.12 ần 29.38 4.41 2.23 1.92 1.19 1.15 1.15 1.21 ần TB ần ần Lần TB Min Max Cận Cận 85.16 92.77 93.46 96.15 96.25 96.34 96.19 -0.08 -0.20 -0.25 -0.24 -0.13 -0.20 -0.16 0.09 0.17 0.43 0.27 0.10 0.15 0.15 4.38 2.19 2.12 1.28 1.17 1.18 1.17 4.38 2.18 1.99 1.20 1.14 1.14 1.17 85.16 92.77 93.38 96.15 96.25 96.34 96.19 84.99 92.41 93.46 95.95 96.09 96.09 95.88 83 85.09 92.55 92.78 95.64 96.02 95.98 96.02 85.08 92.58 93.21 95.92 96.12 96.14 96.03 84.99 92.41 92.78 95.64 96.02 95.98 95.88 ảng 15: T nh to n ảnh hƣởng c a li u ƣ ng đ n n ng đ Cu II) b h p ph c a than MCN bi n t nh từ t c nhân H3PO4 STT 10 11 iều ượng (g/L) u tr ng 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 HIỆU SUẤT XỬ Ý (%) C ần ần ần TB ần Lần ần TB Min Max Cận Cận 0.82 1.11 0.81 0.72 0.28 1.45 0.54 0.04 0.06 0.20 18.47 15.23 10.81 7.47 5.38 3.90 2.69 1.97 1.60 29.53 17.99 18.22 16.17 16.13 11.00 10.46 7.87 7.63 5.55 5.47 4.36 3.55 2.41 2.50 1.94 1.95 1.63 1.61 18.23 15.84 10.76 7.65 5.46 3.94 2.53 1.95 1.61 37.45 48.43 63.39 74.72 81.79 86.80 90.88 93.34 94.58 39.08 45.24 62.77 73.37 81.21 85.22 91.84 93.42 94.48 38.30 45.38 64.58 74.16 81.48 87.98 91.53 93.40 94.55 38.28 46.35 63.58 74.08 81.49 86.67 91.42 93.39 94.53 39.08 48.43 64.58 74.72 81.79 87.98 91.84 93.42 94.58 -0.80 -2.08 -1.00 -0.64 -0.30 -1.31 -0.42 -0.03 -0.04 1.59 1.53 1.53 94.61 94.81 95.02 94.81 94.61 95.02 -0.21 1.47 - 84 37.45 45.24 62.77 73.37 81.21 85.22 90.88 93.34 94.48 ... nƣớ thải r t t t V v , vi c nghi n tr ng vi giả u mở r ng v than hoạt t nh từ vỏ hạt Macca hi ph , tăng hi u v h p ph i quan oại nặng a than Vì v y đ tài: ? ?nghiên cứu than điều chế từ vỏ hạt Macca. .. H Ì H ƢƠ G TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT M I TH NH H NG NGHIÊN CỨU TH N ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ HẠT MACCA XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC THẢI CHUYÊN NGÀNH: KHO HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 U N V N... từ vỏ hạt Macca xử lý kim loại nặng nước thải. ” l c n thi t Mục tiêu nghiên cứu * Mục tiêu chung: - Khảo s t hi u su t xử i oại nặng nƣớ thải ng v t li u h p ph ch tạo từ vỏ hạt Macca * Mục tiêu