Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ thân cây sắn và ứng dụng xử lý một số chất ô nhiễm trong nước

LỜI CẢM ƠN Qua năm học tập rèn luyện trƣờng Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp dƣới giảng dạy nhiệt tình q thầy Đến đƣợc phân công khoa Quản lý tài nguyên rừng môi trƣờng, đồng ý giáo viên hƣớng dẫn Nguyễn Thị Ngọc Bích tơi thực đề tài khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ thân sắn ứng dụng xử lý số chất ô nhiễm nước” Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp tơi xin gửi lời cảm ơn tới : Ban giám hiệu trƣờng Đại học Lâm Nghiệp tạo môi trƣờng học tập, rèn luyện tốt cho Các quý thầy cô giáo khoa quản lý tài nguyên rừng môi trƣờng tận tình hƣớng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện trƣờng Xin cảm ơn cán bộ, giáo viên trung tâm phân tích mơi trƣờng ứng dụng cơng nghệ địa không gian tạo điều kiện tốt cho thời gian nghiên cứu Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ths Nguyễn Thị Ngọc Bích, Ths Nguyễn Thị Bích Hảo ngƣời tận tình dẫn dắt, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, tạo điều kiện tốt cho thực khóa luận Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ln bên cạnh ủng hộ giúp đỡ suốt q trình học tập thực khóa luận Xin chân thành cảm ơn! Xuân mai ngày … tháng … năm 2017 Sinh viên Nguyễn văn Bình MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Than hoạt tính .3 1.1.1 Giới thiệu chung than hoạt tính .3 1.1.2 Nguồn gốc than hoạt tính 1.1.3 Tính chất vật lý hóa học than hoạt tính 1.1.4 Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính 1.1.5 Cơ sở lý thuyết hấp phụ .12 1.1.6 Một số yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ 19 1.1.7 Ứng dụng than hoạt tính .20 1.2 Cây Sắn 21 1.2.1 Phân loại khoa học 21 1.2.2 Đặc điểm sinh học 21 1.2.3 Đặc điểm thực vật học 22 1.2.4 Nguồn gốc, phân bố 23 1.2.5 Sinh thái 24 1.2.6 Vai trò sắn 24 1.2.7 Tình hình sản xuất sắn giới Việt Nam 24 1.2.8 Tình hình xử lý phụ phẩm từ sắn .25 CHƢƠNG II MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 Mục tiêu 27 2.1.1 Mục tiêu chung 27 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 27 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu 27 2.3 Nội dung nghiên cứu 27 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 28 2.4.1 Phƣơng pháp kế thừa tài liệu 28 2.4.2 Phƣơng pháp lấy mẫu Sắn 28 2.4.3 Phƣơng pháp tổng hợp than hoạt tính 28 2.4.4 Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 35 2.4.5 Khảo sát khả hấp phụ than hoạt tính từ thân sắn 36 2.4.6 Phƣơng pháp phân tích tiêu nƣớc .39 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Kết chế tạo than hoạt tính thân sắn 43 3.1.1 Kết khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ ngâm tẩm đến trình tạo than 43 3.1.2 Khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ hóa chất ngâm tẩm đến trình tạo than 44 3.1.3 Đánh giá đặc tính than từ thân sắn .46 3.2 Kết khảo sát khả hấp phụ crom than hoạt tính từ thân sắn 51 3.3 Kết khảo sát khả xử lý Mn 2+ than hoạt tính từ thân sắn .53 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ Mn2+ mơ hình tĩnh 53 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ mangan than hoạt tính với mơ hình hấp phụ động 56 3.4 Kết khảo sát khả xử chất hữu độ màu than hoạt tính từ thân sắn .58 3.4.1 Khảo sát khả xử lý chất hữu than hoạt tính từ thân sắn .58 3.4.2 Kết xử độ màu than hoạt tính từ thân sắn 60 3.5 Kết xử lý độ đục than hoạt tính 61 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TĂT SEM Scanning Electron Microscope COD chemical oxygen demand QCVN Quy chuẩn Việt Nam DPC Diphenyl cacbazit STT Số thứ tự DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Danh mục hóa chất cần thiết 29 Bảng 2.2: Danh mục thiết bị cần thiết .29 Bảng 2.3: Danh mục dụng cụ cần thiết .30 Bảng 2.4: Chƣơng trình khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ 31 Bảng 2.5: Ký hiệu mẫu thí nghiệm 32 Bảng 2.6: Chƣơng trình khảo sát ảnh hƣơng tỷ lệ hóa chất ngâm tẩm 33 Bảng 2.7: Ký hiệu mẫu thí nghiệm 34 Bảng 3.2: So sánh khả hấp phụ crom mẫu than khác 53 Bảng 3.3 : Hiệu suất xử lý mangan than hoạt tính .54 Bảng 3.4: So sánh hiệu suất hấp phụ Mn2+ loại than hoạt tính 55 Bảng 3.6: Hiệu suất xử lý COD loại than hoạt tính .59 Bảng 3.7: Kết xử lý độ màu than hoạt tính 60 Bảng 3.8: Kết xử lý độ đục cua than hoạt tính 61 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir .17 Hình 1.2 Sự phụ thuộc Cf/q Cf .17 Hình 2.1: Quy trình chế tạo than hoạt tính từ thân sắn .31 Hình 2.2: Cấu tạo kính hiển vi điện tử quét SEM 35 Hình 2.3: Cột hấp phụ mangan 38 Hình 3.1 Vật liệu trƣớc tẩm axit 43 Hình 3.2: Mẫu TN1.M1 43 Hình 3.3 : Mẫu TN1.M2 44 Hình 3.4 : Mẫu TN1.M3 44 Hình 3.5: Mẫu than TN2.M1 45 Hình 3.6: Mẫu than TN2.M3 45 Hình 3.7: Mẫu than TN2.M2 45 Hình 3.8: Mẫu than trấu 46 Hình 3.9: Mẫu than chè .46 Hình 3.10 : Ảnh SEM chụp than hoạt tính từ sắn điểm ảnh 50µm 46 Hình 3.11: Ảnh chụp than hoạt tính từ sắn điểm ảnh 100µm 47 Hình 3.12: Ảnh chụp than hoạt tính từ sắn điểm ảnh 200µm 47 Hình 3.13: Ảnh chụp mẫu than bã chè điểm ảnh 50 µm 48 Hình 3.14: Ảnh chụp mẫu than trấu điểm ảnh 50 µm 48 Hình 3.15: Ảnh chụp mẫu than bã chè với điểm ảnh 100 µm 48 Hình 3.16 : Ảnh chụp mẫu than trấu điểm ảnh 100 µm .48 Hình 3.17: Ảnh chụp mẫu than bã chè điểm ảnh 200 µm .49 Hình 3.18 : Ảnh chụp mẫu than trấu điểm ảnh 200 µm 49 Hình 3.19: Diện tích bề mặt riêng than điều kiện than hóa 50 Hình 3.20: Biểu đồ hiệu suất hấp phụ crom khối lƣợng than khác 52 Hình 3.21: Dung dịch màu crom sau hấp phụ 52 Hình 3.22: Biểu đồ thể hiệu suất hấp phụ crom mẫu than khác 53 Hình 3.23: Dung dịch sau màu mangan 54 Hình 3.24: Biểu đồ thể mối quan hệ khối lƣợng than hoạt tính với hiệu suất hấp phụ .55 Hình 3.25: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ Mn2+ loại than hoạt tính 56 Hình 3.26: Biểu đồ hiệu suất hấp phụ Mn2+ mơ hình hấp phụ động 58 Hình 3.27: Biểu đồ thể hiệu suất xử lý chất hữu loại than hoạt tính 59 Hình 3.28: Kết xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn .60 Hình 3.29: Biểu đồ thể khả xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn 61 Hình 3.30: Biểu đồ thể kết xử lý độ đục khối lƣợng than khác 62 Hình 3.31: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ đục loại than hoạt tính .62 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận: “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ thân sắn ứng dụng xử lý số chất ô nhiễm nước” Sinh viên thực : Nguyễn Văn Bình Giáo viên hƣớng dẫn: Ths Nguyễn Thị Ngọc Bích Ths Nguyễn Thị Bích Hảo Mục tiêu nghiên cứu 3.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu đề xuất loại vật liệu hấp phụ mới, hiệu hấp phụ cao, giá thành rẻ Kết đề tài sở để ứng dụng xử lý số chất ô nhiễm nƣớc thải hấp phụ sử dụng than hoạt tính 3.2 Mục tiêu cụ thể: - Tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn ứng dụng để xử lý số chất ô nhiễm nƣớc Nội dung nghiên cứu Để thực mục nêu khóa luận tốt nghiệp giải nội dung nhƣ sau: - Nghiên cứu, bố trí thí nghiệm tổng hợp than hoạt tính từ sắn - Ứng dụng sản phẩm than hoạt tính tổng hợp đƣợc xử lý mơi trƣờng nƣớc + Khảo sát khả hấp phụ kim loại nặng Mangan (Mn2+), Crom môi trƣờng nƣớc + Khảo sát khả xử lý số thông số nƣớc thải dệt nhuộm nhƣ: COD, độ màu, độ đục - Đề xuất hƣớng ứng dụng cho sản phẩm than hoạt tính tổng hợp từ thân sắn Những kết đạt đƣợc Trên sở thí nghiệm tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn ta rút số kết luận sau: Tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn phƣơng pháp oxy hóa với tác nhân axit H2SO4 98% sản phẩm đƣợc tạo có cấu trúc bề mặt phát triển Bao gồm hệ thống lỗ mao quản dày đặc Bề mặt nhiều nếp gấp, diện tích bề mặt lớn Than hoạt tính từ thân sắn có khả hấp phụ tốt kim loại nặng nhƣ : Crom nƣớc thải dệt nhuộm (hiệu suất 99.35%), Mangan ( hiệu suất 95.64% ), than hoạt tính hấp phụ tốt mơ hình tĩnh mơ hình động Dung lƣợng hấp phụ cực đại mangan 10.0105mg/g với tốc độ dịng 2.5ml/phút Ngồi kim loại nặng than hoạt tính từ thân sắn cịn xử lý tốt chất hữu nƣớc thải dệt nhuộm hiệu suất lên tới 95.71% Xử lý độ đục với hiệu suất 75.09% Hiệu suất xử lý độ màu than hoạt tính 96.47% Than hoạt tính từ thân sắn không đem lại hiệu xử lý tốt có khả thay số loại vật liệu hấp phụ thị trƣờng mà có giá thành rẻ thân thiện với mơi trƣờng Vừa tạo vật liệu lọc hiệu vừa xử lý đƣợc phụ phẩm nông nghiệp Trên kết nghiên cứu ban đầu cho thấy tiềm ứng dụng than hoạt tính từ thân sắn làm vật liệu lọc để ứng dụng thực tế lớn Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm yếu tố ảnh hƣởng đến q trình tạo than để tạo mẫu than với chất lƣợng tốt nhất, tính ứng dụng cao LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, với phát triển công nghiệp nƣớc ta, tình hình nhiễm mơi trƣờng gia tăng đến mức báo động Do đặc thù công nghiệp phát triển, chƣa có quy hoạch tổng thể nhiều nguyên nhân khác nhƣ: điều kiện kinh tế nhiều xí nghiệp cịn khó khăn chí phí xử lý ảnh hƣởng đến lợi nhuận nên hầu nhƣ chất thải công nghiệp nhiều nhà máy chƣa đƣợc xử lý mà thải thẳng môi trƣờng Mặt khác nƣớc ta nƣớc đông dân, có mật độ dân cƣ cao, nhƣng trình độ nhận thức ngƣời mơi trƣờng cịn chƣa cao Điều dẫn tới nhiễm trầm trọng mơi trƣờng sống, ảnh hƣởng đến phát triển tồn diện đất nƣớc, sức khoẻ, đời sống nhân dân nhƣ mỹ quan khu vực Trƣớc thách thức môi trƣờng nghiên cứu ứng dụng hàng loạt biện pháp khác vật lý, hóa học, hóa lý hóa sinh để loại bỏ ô nhiễm Một phƣơng pháp đƣợc ƣa chuộng phƣơng pháp hấp phụ Hấp phụ phƣơng pháp đƣợc nghiên cứu phát triển từ lâu đem lại độ hiệu cao Con ngƣời chế tạo vật liệu hấp phụ để xử lý ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, ô nhiễm môi trƣờng không khí, sử dụng sản phẩm dân dụng, quốc phòng loại vật liệu hấp phụ phải kể đến than hoạt tính Đây loại vật liệu dễ tổng hợp, hiệu hấp phụ cao đƣợc sử dụng rộng rãi Than hoạt tính đem lại hiệu xử lý cao nhiên giá thành khơng phải rẻ, việc tìm loại vật liệu chế tạo sẵn có, phổ biến ứng dụng rộng rãi cần thiết Các loại phụ phẩm nông nghiệp đối tƣợng mà nhà khoa học hƣớng tới nhiều Lý sử dụng phụ phẩm nơng nghiệp để chế tạo than hoạt tính vừa có vật liệu hấp phụ để xử lý nhiễm, vừa tận dụng đƣợc nguồn thải từ nông nghiệp vô lớn tránh làm ô nhiễm môi trƣờng Ở Việt Nam nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ số loại phụ phẩm nông nghiệp nhƣ gáo dừa, sơ dừa, Tuy nhiên nhận thấy sản phẩm than hoạt tính đƣợc sản xuất có giá thành tƣơng đối cao chủ yếu đƣợc xuất sang nƣớc Nguyên nhân phụ phẩm tác dụng làm Kết thí nghiệm đƣợc thể bảng sau: Bảng 3.2: So sánh khả hấp phụ crom mẫu than khác STT Mẫu Nồng độ Dung sau hấp phụ lƣợng hấp (mg/l) phụ (mg/g) Hiệu suất (%) Đối chứng 8.7037 0.0000 0.00 Sắn 0.0563 0.1440 99.35 Bã chè 0.0096 0.1449 99.89 Trấu 0.0078 0.1449 99.91 99,35 99,91 99,89 100 90 80 70 60 hiệu suất 50 40 30 20 10 0,00 đối chứng sắn bã chè trấu Hình 3.22: Biểu đồ thể hiệu suất hấp phụ crom mẫu than khác Khả xử lý crom mẫu than bã chè, than trấu hay than sắn gần tƣơng đƣơng Cả ba loại than hoạt tính đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp oxy hóa H2SO4 98% Điều cho thấy phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính phƣơng pháp hóa học có hiệu thực tiễn 3.3 Kết khảo sát khả xử lý Mn 2+ than hoạt tính từ thân sắn 3.3.1 Khảo sát khả hấp phụ Mn2+ mơ hình tĩnh Khi cho khối lƣợng than khác từ 0,5g, 1g, 1,5g vào bình tam giác chƣa dung dịch Mn2+ nồng độ 10mg/l lắc với tốc độ 130 vòng/phút 60 phút , lọc lấy dung dịch phân tích 53 Các kết thu đƣợc từ thí nghiệm đƣợc trình bày bảng sau: Bảng 3.3: Hiệu suất xử lý mangan than hoạt tính Nồng độ Hiệu suất Dung lƣợng (mg/l) (%) hấp phụ (mg/g) Đối chứng 10.00 0.00 0.5g 2.36 76.44 0.7644 1g 0.64 93.57 0.46785 1.5g 0.44 95.64 0.3188 STT Mẫu * Nhận xét: Từ bảng kết ta thấy + Khi tăng khối lƣợng than hiệu suất xử lý Mn2+ tăng theo, nồng độ Mn2+ mẫu lại giảm dần Tại mức khối lƣợng 1,5g than hiệu suất đạt hiệu cao lên tới 95.65% + Theo QCVN 09: 2008/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lƣợng nƣớc ngầm nồng độ Mn2+ có giá trị 0.5 mg/l Ta thấy nồng độ dung dịch gốc ban đầu có nồng độ cao gấp 20 lần quy chuẩn Than hoạt tính từ thân cấy sắn có khả xử lý tốt Mn2+ Với 1,5g than/50ml mẫu nồng độ Mn2+ đƣợc đƣa nồng độ quy chuẩn cho phép + Các ion H+ nhóm chức có tính axit bề mặt than hoạt tính phân ly vào dung dịch, tham gia vào trình trao đổi ion vơi Mn2+, lƣợng than tăng lên tức ion H+ nhóm chức tăng lên nhƣ lƣợng Mn2+ đƣợc trao đổi tăng Điều giải thích tăng khối lƣợng than hiệu suất hấp phụ tăng theo Hình 3.23: Dung dịch sau màu mangan 54 93,57 100 95,64 76,44 90 Hiệu suất (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0.5g 1g 1.5g Hình 3.24: Biểu đồ thể mối quan hệ khối lượng than hoạt tính với hiệu suất hấp phụ - Kết so sánh khả hấp phụ Mn2+ than hoạt tính từ thân sắn với loại than hoạt tính khác Bảng 3.4: So sánh hiệu suất hấp phụ Mn2+ loại than hoạt tính Mẫu Nồng độ sau hấp phụ (mg/l) Dung lƣợng hấp phụ (mg/g) Hiệu suất hấp phụ(%) Đối chứng 10 0.0000 Than bã chè 1.967 0.2678 80.33 Than trấu 1.63 0.2790 83.7 Than thị trƣờng 0.51 0.3163 94.9 Than sắn 0.44 0.3187 95.6 STT Các loại than hoạt tính khác với khối lƣợng than 1.5g, thể tích mẫu 50ml nồng độ 10mg/l Dùng mơ hình hấp phụ tĩnh để so sánh khả hấp phụ Mn2+ mẫu than hoạt tính ta thấy khả hấp phụ mangan than hoạt tính từ thân sắn khơng thua loại than hoạt tính khác kể than hoạt tính đƣợc lƣu thơng thị trƣờng sử dụng phổ biến 55 100 94,9 90 95,6 83,7 80,33 80 Hiệu suất (%) 70 60 50 hiệu xuất hấp phụ 40 30 20 10 0 đối chứng than bã chè than trấu than thị trường than sắn Hình 3.25: Biểu đồ so sánh hiệu suất hấp phụ Mn2+ loại than hoạt tính + Hiệu suất hấp phụ tăng dần theo thứ tự than bã chè < than trấu < than thị trƣờng < than sắn Than bã chè có hiệu suất thấp đạt 80.33% loại than có hiệu suất hấp phụ Mn2+ cao than sắn với hiệu suất 95.6 % , chí cịn cao mẫu than thị trƣờng 0,7% + Hấp phụ cao hay thấp phụ thuộc vào chất vật liệu tạo than, phƣơng pháp tổng hợp biến tính than Các nhóm chức ion có bề mặt than hoạt tính 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ mangan than hoạt tính với mơ hình hấp phụ động Cho dung dịch Mn2+ có nồng độ 20mg/l chạy qua cột hấp phụ có đƣờng kính 1cm, khối lƣợng than hoạt tính 1g Tốc độ dòng qua cột 2.5 ml/phút Cứ 50ml dung dịch qua cột ta đem phân tích nồng độ Mn2+ cịn lại Kết đƣợc trình bày bảng sau: 56 Bảng 3.5: Kết phân tích Mn2+ mơ hình hấp phụ động Mẫu Nồng độ (mg/l) Dung lƣợng hấp phụ (mg/g) Hiệu suất (%) Chƣa xử lý 20mg/l 0 Lần 0.28 0.9860 98.60 Lần 0.278 0.9861 98.61 Lần 0.254 0.9873 98.73 Lần 1.11 0.9445 94.45 Lần 1.5 0.9250 92.50 Lần 4.459 0.7771 77.71 Lần 5.886 0.7057 70.57 Lần 6.327 0.6837 68.37 Lần 7.115 0.6443 64.43 Lần 10 8.925 0.5538 55.38 Lần 11 11.52 0.4240 42.40 Lần 12 11.91 0.4045 40.45 Lần 13 12.56 0.3720 37.20 Lần 14 13.08 0.3460 34.60 Lần 15 17.23 0.1385 13.85 Lần 16 18.53 0.0735 7.35 Lần 17 19.001 0.0499 4.99 Lần 18 19.825 0.0088 0.88 Lần 19 Nhận xét: 22.94 -0.1470 +Với nồng độ Mn2+ cao lên tới 20mg/l than hoạt tính từ thân sắn xử lý tốt lần phân tích Có nghĩa với 1g than xử lý tốt 250ml dung dịch mẫu, hiệu suất >92% + Tại lần phân tích xếp hạt than cột hấp phụ chƣa ổn định, cho dung dịch chảy qua cột hấp phụ hiệu suất hấp phụ tăng dần hạt than d ần xếp xít vào tạo lớp lọc hiệu Hiệu suất hấp phụ lần phân tích thứ cao Các lần hiệu suất hấp phụ giảm dần ion Mn2+ dần thay ion H+ nhóm chức than hoạt tính + Tại lần 18 hiệu suất hấp phụ không đáng kể gần 1% đạt đến cân hấp phụ 57 + Dung lƣợng hấp phụ cực đại than hoạt tính từ thân sắn ta tính đƣợc qua thí nghiệm 10.0105 mg/g 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 lần lần lan lan lần lần lần lần lần lần lần lần lần lần lần lần 10 11 12 13 14 15 16 17 18 lần lấy mẫu Hình 3.26: Biểu đồ hiệu suất hấp phụ Mn2+ mơ hình hấp phụ động Các nhóm chức ion bề mặt than hoạt tính thay tốt ion Mn2+ dung dịch mẫu Do ta thấy than hoạt tính từ thân sắn hấp phụ tốt Mn2+ mơ hình tĩnh mơ hình động 3.4 Kết khảo sát khả xử chất hữu độ màu than hoạt tính từ thân sắn 3.4.1 Khảo sát khả xử lý chất hữu than hoạt tính từ thân sắn Để đánh giá khả xử lý chất hữu than hoạt tính từ thân sắn ta tiến hành cho than hoạt tính hấp phụ chất hữu nƣớc thải dệt nhuộm sau đo tiêu COD dung dịch sau hấp phụ Thí nghiệm đƣợc thực đồng thời với loại than sắn, than bã chè, than trấu, than thị trƣờng để so sánh hiệu suất hấp phụ loại than Kết thí nghiệm đƣợc trình bày nhƣ sau: 58 Bảng 3.6: Hiệu suất xử lý COD loại than hoạt tính Mẫu chƣa xử lý Mẫu than bã chè Than trấu Mẫu sắn Mẫu than thị trƣờng - Thể dƣới dạng biểu đồ: 94,29 hiệu suất (%) 0.00 94.29 95.00 95.71 95.71 COD (mg/l) 6720 384 336 288 288 Tên mẫu STT 95,00 95,71 95,71 100% Hiệu suất(%) 80% 60% 40% 20% 0,00 0% đối chứng than bã chè than trấu than sắn than thị trường Hình 3.27: Biểu đồ thể hiệu suất xử lý chất hữu loại than hoạt tính Khả xử lý chất hữu khó phân hủy loại than hoạt tính tƣơng đối cao Hiệu suất xử lý loại than xấp xỉ khoảng từ 94% 95% Với nồng độ COD sau xử lý 288 -384mg/l So với QCVN 13:2015/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nƣớc thải công nghiệp dệt nhuộm (nồng độ COD cho phép 200mg/l) nồng độ sau xử lý không đạt quy chuẩn Tuy nhiên so với nồng độ ban đầu nƣớc thải dệt nhuộm nồng độ giảm đƣợc từ 17 đến 23 lần Qua thí nghiệm ta thấy khả xử lý chất hữu khó phân hủy than hoạt tính từ thân sắn tƣơng đƣơng với mẫu than thị trƣờng đƣợc sử dụng nhiều 59 3.4.2 Kết xử độ màu than hoạt tính từ thân sắn Khảo sát bƣớc sóng cực đại mẫu nƣớc thải dệt nhuộm ta thu đƣợc bƣớc sóng λmax = 457 nm Khảo sát khả hấp phụ độ màu mẫu than hoạt tính từ thân sắn than thị trƣờng để so sánh, đánh giá khả hấp phụ Dùng bƣớc sóng cực đại λmax = 457 nm để đo độ hấp phụ quang dung dịch sau hấp phụ Dùng phƣơng trình màu để tính độ màu dung dịch sau hấp phụ Kết đƣợc trình bày nhƣ sau: Bảng 3.7: Kết xử lý độ màu than hoạt tính STT Tên mẫu 0.5g sắn 0.5g TT 1.5g sắn 1.5g TT đối chứng Độ màu (Pt-Co) 1.4163 0.8392 0.1783 0.1697 5.0469 Với mức than 0.5g mẫu than hoạt tính từ thân sắn xử lý chƣa thực tốt Độ hấp thụ quang cao Dung dịch sau hấp phụ rõ màu nƣớc thải dệt nhuộm Mẫu than thị trƣờng với khối lƣợng than 0.5g xử lý tốt hẳn Tại mức than 1.5g than thị trƣờng than sắn xử lý tốt độ màu nƣớc thải dệt nhuộm Dung dịch sau hấp phụ có màu trong, gần nhƣ hẳn màu nƣớc thải Thí nghiệm cho thấy khả xử lý màu than sắn với khối lƣợng than hợp lý không thua mẫu than thị trƣờng khác Hình 3.28: Kết xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn 60 100 Hệu suất(%) 80 96,47 96,64 1.5g sắn 1.5g TT 83,37 71,94 60 40 20 0.5g sắn 0.5g TT Hình 3.29: Biểu đồ thể khả xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn Tại mức than 1.5g hiệu xuất xử lý màu than hoạt tính từ thân sắn than thị trƣờng tƣơng đƣơng đạt 96% Điều cho thấy sản phẩm than hoạt tính tạo thành có khả xử lý tốt loại nƣớc thải có độ màu cao nhƣ nƣớc thải dệt nhuộm 3.5 Kết xử lý độ đục than hoạt tính Dung dịch lọc sau hấp phụ đƣợc đo độ đục thiết bị đo độ đục microtpi Đức kết thu đƣợc nhƣ sau: Bảng 3.8: Kết xử lý độ đục cua than hoạt tính Mẫu Độ đục (NTU) Hiệu suất (%) Đối chứng 282.98 0.00 0.5 g 155.66 44.99 1g 112.36 60.29 1.5 g 70.5 75.09 Than thị trƣờng 60.33 78.68 61 75,09 80 60,29 70 Hiệu suất (%) 60 44,99 50 40 30 20 10 0.5 g 1g 1.5 g Hình 3.30: Biểu đồ thể kết xử lý độ đục khối lượng than khác Hiệu suất xử lý độ đục than hoạt tính 0.5g 44.99% tăng khối lƣợng than hiệu suất xử lý tăng theo Hiệu suất 1.5g 75.09% Bản chất cấu trúc lỗ xốp than giúp hấp phụ hạt lơ lửng chất có màu hịa tan từ làm giảm độ đục cho nƣớc - So sánh hiệu suất xử lý độ đục mẫu than hoạt tính từ sắn mẫu than thị trƣờng ta có: 75,09 78,68 100% 90% 80% 70% 60% hiệu suất 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1.5 g than thị trường Hình 3.31: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý độ đục loại than hoạt tính 62 Hiệu suất xử lý mẫu than tƣơng đƣơng Mẫu than thị trƣờng có khả xử lý tốt mẫu than sắn 3,59% Thí nghiệm cho thấy bề mặt cấu trúc lỗ xốp than hoạt tính từ thân sắn có khả hấp phụ độ đục xấp xỉ với loại than hoạt tính thị trƣờng 63 KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở thí nghiệm tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn ta rút số kết luận sau: Tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn phƣơng pháp oxy hóa với tác nhân axit H2SO4 98% sản phẩm đƣợc tạo có cấu trúc bề mặt phát triển Bao gồm hệ thống lỗ mao quản dày đặc Bề mặt nhiều nếp gấp, diện tích bề mặt lớn Than hoạt tính từ thân sắn có khả hấp phụ tốt kim loại nặng nhƣ : Crom nƣớc thải dệt nhuộm (hiệu suất 99.35%), Mangan ( hiệu suất 95.64% ), than hoạt tính hấp phụ tốt mơ hình tĩnh mơ hình động Dung lƣợng hấp phụ cực đại mangan 10.0105mg/g với tốc độ dòng 2.5ml/phút Ngồi kim loại nặng than hoạt tính từ thân sắn xử lý tốt chất hữu nƣớc thải dệt nhuộm hiệu suất lên tới 95.71% Xử lý độ đục với hiệu suất 75.09% Hiệu suất xử lý độ màu than hoạt tính 96.47% Than hoạt tính từ thân sắn khơng đem lại hiệu xử lý tốt có khả thay số loại vật liệu hấp phụ thị trƣờng mà cịn có giá thành rẻ thân thiện với môi trƣờng Vừa tạo vật liệu lọc hiệu vừa xử lý đƣợc phụ phẩm nông nghiệp Trên kết nghiên cứu ban đầu cho thấy tiềm ứng dụng than hoạt tính từ thân sắn làm vật liệu lọc để ứng dụng thực tế lớn Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm yếu tố ảnh hƣởng đến trình tạo than để tạo mẫu than với chất lƣợng tốt nhất, tính ứng dụng cao Tồn Trong trình nghiên cứu, tiến hành thí nghiệm thời gian cịn gấp rút đề tài cịn nhiều tính mới, nên việc thực khóa luận cịn tồn vài điểm hạn chế nhƣ sau: + Chƣa nghiên cứu đủ điều kiện tốt thời gian, nhiệt độ, hóa chất để tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn tốt + Chƣa nghiên cứu khả biến tính vật liệu để tăng khả hấp phụ 64 + Chƣa nghiên cứu đƣợc yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ nhƣ nhiệt độ, pH, thời gian lƣu… + Chƣa tính đến hiệu kinh tế đề tài ứng dụng công nghiệp + Chƣa ứng dụng để xử lý nhiều tiêu ô nhiễm, nhiều loại nƣớc thải khác Kiến nghị Những kiến nghị sau xây dựng mục tiêu nâng cao tính ứng dụng cho đề tài chế tạo than hoạt tính từ thân sắn Khắc phục nhƣợc điểm, yếu mà khóa luận cịn mắc phải Mở rộng hƣớng nghiên cứu sâu rộng + Nghiên cứu nhiều phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính từ thân sắn khác nhằm tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu hấp phụ nhƣ sử dụng phƣơng pháp nhiệt phân, biến tính vật liệu, hoạt hóa nƣớc, CO2, ZnCl2 + Tiếp tục nghiên cứu ảnh hƣởng đến trình tạo hình thành than hoạt tính + Nghiên cứu yếu tố ảnh hƣởng đến trình hấp phụ để nâng cao hiệu hấp phụ cho than hoạt tính + Khơng dừng lại việc xử lý môi trƣờng nƣớc mà mở rộng nghiên cứu để ứng dụng than hoạt tính từ thân sắn để xử lý khơng khí 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2011), QCVN 13: 2015 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải công nghiệp dệt nhuộm Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2008), QCVN 09:2008 - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm Vũ Ngọc Ban(2007), “Giáo trình thực tập Hóa lí”, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà nội Nguyễn Thùy Dƣơng (2008), Nghiên cứu khả hấp phụ số ion kim loại nặng vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc thăm dị khả xử lý mơi trường Luận văn Thạc sĩ Hóa học, trƣờng Đại học Thái Nguyên Trịnh Xuân Đại (2013), Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni kim loại nặng nước Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội Phạm Luận, Nguyễn Xuân Dũng, (1987), “Sổ tay tra cứu pha chế dung dịch”, NXB KH & KT Hà Nội Phạm Thị Ngọc Lan ( 2016) Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni nước Báo cáo khoa học, Trƣờng đại học Thủy Lợi Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2002), Giáo trình cơng nghệ xử lý nước thải , NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Bùi Văn Năng (2015), Bài giảng “Phân tích mơi trường”, Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp 10 Trần Ngọc Ngoạn (2007) Giáo trình sắn Nhà xuất nơng nghiệp 11 Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô Nhà xuất KHKT, Hà Nội 12 Quách Thị Phƣợng (2012), Tống quan than hoạt tính 13 Nguyễn Đình Triệu (1999), “Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học” Nhà xuất đại học quốc gia Hà Nội 14 Trịnh văn Tuyên, Tô Thị Hải Yến, Shuji Yosizawa (2010), Nghiên cứu cơng nghệ cacbon hóa chất thải thị Việt Nam, Hội nghị khoa học kỉ niệm 35 năm Viện Khoa học công nghệ Việt Nam, 421 tr 72-78 15 Viện công nghệ môi trƣờng – Viện Khoa học cơng nghệ Việt Nam, (2008), Tổng quan tình hình nghiên cứu, cơng nghệ nhiệt phân, cacbon hóa chất thải Tài liệu tiếng anh 16 .Bansal R.C , Goyal M.(2005), “Activated Carbon Adsorption”, Taylor & Francis Group,USA 17 Marsh Harry, Rodriguez-Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”, Elsevier, Spain 18 Yin Chun Yang, Aroua Mohd Kheireddine(2007), “Review of modifications of activated carbon for enhancing contaminant uptakes from aqueous solutions”, Separation and Purification Technology, 52, pp 403–415 ... có tiềm lớn việc chế tạo thành vật liệu hấp phụ thân sắn lại đƣợc quan tâm Vì lý định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ thân sắn ứng dụng xử lý số chất ô nhiễm nước? ?? với mong muốn... hấp phụ sử dụng than hoạt tính 2.1.2 Mục tiêu cụ thể - Tổng hợp than hoạt tính từ thân sắn ứng dụng để xử lý số chất ô nhiễm nƣớc 2.2 Đối tƣợng nghiên cứu - Thân sắn loại phụ phẩm nông nghiệp... thể hiệu suất xử lý chất hữu loại than hoạt tính 59 Hình 3.28: Kết xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn .60 Hình 3.29: Biểu đồ thể khả xử lý độ màu than hoạt tính từ thân sắn