Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ cây keo để xử lý nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ keo để xử lý nước HỒ QUANG MINH qminh0504@gmail.com Ngành Hóa học Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Tuệ TS Đặng Quốc Khánh Viện: Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ keo để xử lý nước HỒ QUANG MINH qminh0504@gmail.com Ngành Hóa học Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Chữ ký GVHD TS Đặng Quốc Khánh Chữ ký GVHD Viện: Kỹ thuật Hóa học HÀ NỘI, 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Hồ Quang Minh…………… …………… Đề tài luận văn: Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ keo để xử lý nước……………… Chuyên ngành: Hoá học…………………………… ………………… Mã số SV: CB180045………………………………… ………………… Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… 31/10/2020 ………… với nội dung sau: - Bổ sung danh mục từ viết tắt - Biên tập lại tài liệu tham khảo - Chỉnh sửa lại cách biểu diễn số liệu Hà Nội Ngày 23 tháng 11năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn TS.Nguyễn Ngọc Tuệ TS Đặng Quốc Khánh Hồ Quang Minh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Trần Thượng Quảng ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ keo để xử lý nước Mã đề tài: 2018BHH-KH09 Ngành: Hóa học Người hướng dẫn 1: TS Nguyễn Ngọc Tuệ Người hướng dẫn 2: TS Đặng Quốc Khánh Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) TS Nguyễn Ngọc Tuệ TS Đặng Quốc Khánh LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Ngọc Tuệ TS Đặng Quốc Khánh, người thầy hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Bộ mơn Hóa Lý, Viện Kỹ thuật Hóa học Thầy cô, anh chị đồng nghiệp Bộ môn Vật liệu kim loại Màu Compozit, Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình nghiên cứu, thực luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình cổ vũ, động viên tạo điều kiện vật chất, tinh thần cho tơi q trình học tập Cũng này, xin chân thành cảm ơn Phòng Đào tạo Đại học Đại học Bách khoa Hà Nội; Lãnh đạo Chi cục Kiểm định hải quan (Cục Kiểm định hải quan) tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn hồn thành thủ tục hành cần thiết Hà Nội, ngày… tháng 09 năm 2020 Học Viên Hồ Quang Minh TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Đề tài thực nhằm khảo sát ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt nhiệt độ đến khả cacbon hóa nhằm rút ngắn thời gian cacbon hóa đồng thời tối ưu hiệu cacbon hóa vật liệu Phương pháp sử dụng luận văn phương pháp luyện kim bột kết hợp với cacbon hóa trực tiếp Từ nguyên liệu ban đầu vỏ gỗ keo đem đốt yếm khí để làm bay chất hữu cơ, phần cịn lại chủ yếu cacbon vơ định hình Cacbon vơ định hình trải qua q trình nghiền học, cacbon hóa 1150°C nhiều lần Bột sau cacbon hóa tiếp tục tẩm ion kim loại để thu sản phẩm Trong trình thực nghiệm, luận văn đánh giá, xác định tiêu quan trọng vật liệu hàm lượng cacbon, phổ nhiễu xạ tia X, ảnh hiển vi điện tử quét SEM, diện tích bề mặt riêng BET Kết XRD nhận cho thấy sau q trình cacbon hóa xuất cacbon tinh thể với hàm lượng tương đối Ảnh hiển vi điện tử quét SEM mẫu cho thấy hạt cacbon có kích thước hạt trung bình 1,84 μm, phân bố tương đối đồng đều, cấu trúc bề mặt than có nhiều mảnh vụn vỡ Cùng với mẫu có hàm lượng cacbon đạt 87,67% diện tích bề mặt riêng BET 363,56 m2/g Vật liệu cacbon tiếp tục biến tính phương pháp tẩm ion kim loại nhằm nâng cao khả oxy hóa hợp chất hữu khó phân hủy khẳng định khả xử lý kim loại nặng nước vật liệu Các kết mở triển vọng ứng dụng vật liệu cacbon vào xử lý chất hữu độc hại kim loại nặng nước Hà Nội, ngày… tháng 09 năm 2020 Học viên Hồ Quang Minh MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Hiện trạng ô nhiễm nước phương pháp xử lý 1.1.1 1.1.2 1.2 Hiện trạng ô nhiễm nước Các phương pháp xử lý nước Tổng quan trình hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 1.2.2 1.2.3 Hấp phụ môi trường nước 12 Động học hấp phụ 13 1.2.4 Cân hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 13 1.3 Tổng quan cacbon hoạt tính 17 1.3.1 Lịch sử hình thành phát triển cacbon hoạt tính 17 1.3.2 Giới thiệu chung cacbon hoạt tính 18 1.3.3 Tính chất cacbon hoạt tính 20 1.3.4 Ứng dụng cacbon hoạt tính 23 1.4 Một số nghiên cứu chế tạo cacbon hoạt tính từ nguồn nguyên liệu khác 27 1.5 Mục tiêu đề tài 31 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU 32 2.1 Các phương pháp chế tạo cacbon hoạt tính 32 2.1.1 Phương pháp vật lý (nhiệt) 32 2.1.2 Phương pháp hóa học (axit) 33 2.1.3 Phương pháp kết hợp vật lý hóa học 34 2.2 Phương pháp tẩm chất mang 36 2.2.1 Đặc điểm phương pháp 36 2.2.2 Các phương pháp tẩm 37 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 41 3.1 Quy trình thực nghiệm 41 3.2 Nguyên liệu xenlulo 42 3.3 Thiết bị thực nghiệm 42 3.3.1 Nghiền bột 42 3.3.2 Nung yếm khí 43 3.3.3 Cacbon hóa 43 3.3.4 Quá trình hoạt hóa tẩm kim loại (Cu2+) 45 3.4 Các phương pháp phân tích 45 3.4.1 Xác định hàm lượng cacbon theo phương pháp Dumas 45 3.4.2 3.4.3 Phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 46 Hiển vi điện tử quét (SEM) 48 3.4.4 3.4.5 Diện tích bề mặt (BET) 49 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis 50 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52 4.1 Xác định hàm lượng cacbon 52 4.2 4.3 Nhiễu xạ tia X (XRD) 54 Ảnh tổ chức tế vi (SEM) 55 4.4 Kết xác định bề mặt riêng (BET) 56 4.5 Khảo sát khả hấp phụ chất hữu độc hại kim loại nặng vật liệu cacbon hoạt tính 57 4.5.1 4.5.2 Hấp phụ Methyl da cam mẫu vật liệu ACS-5 57 Hấp phụ xanh methylen mẫu vật liệu ACS-5 61 4.5.3 Khảo sát khả tổng hợp vật liệu Cu/ACS-5 ACS5………… 63 4.5.4 Khảo sát khả tổng hợp vật liệu Fe/ACS-5 ACS5………… 65 4.5.4.1 Xây dựng đường chuẩn ion Fe3+ 65 4.5.5 Khảo sát khả xử lý Methyl da cam (MO) mẫu vật liệu Cu/ACS-5 68 4.5.6 Khảo sát khả xử lý Xanh metylen (MB) mẫu Cu/ACS5………… 70 4.5.6.1 Xây dựng đường chuẩn nồng độ 70 4.5.7 Đánh giá khả hấp phụ cacbon hoạt tính 72 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 5.1 Kết luận 74 5.2 Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Ký hiệu chữ viết tắt Nguyên nghĩa Dịch nghĩa BET Brunauner-Emmett-Teller BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học MB Methylene Blue Xanh Methylen MMT Montmorillonit MO Methylene Orange Methylen da cam POP Persistent Organic Pollutants Các chất hữu khó phân hủy sinh học SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1 Cấu trúc mạng lưới không gian MMT [24] Hình Cấu tạo lớp khống Bentonit [24] Hình 1.3 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 16 Hình 1.4 Đồ thị phụ thuộc Ccb/q vào Ccb 16 Hình 1.5 Ảnh SEM mẫu cacbon hoạt tính trước hấp phụ (A) sau hấp phụ (B) 21 Hình 3.1 Quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu cacbon hoạt tính 41 Hình 3.2 Máy nghiền bi ngang 43 Hình 3.3 Hình ảnh vỏ keo sau trình oxy hóa 43 Hình 3.4 Giản đồ nhiệt độ - thời gian trình oxy hóa 44 Hình 3.5 Lò Nabertherm GmBH 45 Hình 3.6 Máy phân tích nguyên tố Chi cục KĐHQ 46 Hình 3.7 Ngun lý máy phân tích sử dụng phương pháp Dumas 46 Hình 3.8 Các góc chiếu tia X 47 Hình 3.9 Cấu trúc mạng tinh thể cacbon 47 Hình 3.10 Thiết bị XRD X’Pert Powder 48 Hình 3.11 Thiết bị hiển vi điện tử quét SEM 49 Hình 3.12 Thiết bị đo diện tích bề mặt riêng BET 50 Hình 3.13 Thiết bị UV-Vis 51 Hình 4.1 Biểu đồ hàm lượng Cacbon 53 Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X số mẫu bột C sau cacbon hóa 54 Hình 4.3 Ảnh tổ chức tế vi SEM mẫu cacbon hóa chế độ khác 55 Hình 4.4 Biểu đồ phân bố kích thước hạt mẫu bột cacbon ACS -5 56 Hình 4.5 Đồ thị phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ dung dịch MO 58 Hình 4.6 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir trình vật liệu hấp phụ MO điều kiện C1 59 Hình Phương trình đẳng nhiệt Langmuir trình vật liệu hấp phụ MO điều kiện C2 60 Hình Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang ABS nồng độ MB 62 Hình Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ MB mẫu ACS-5 63 Hình 4.10 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ Cu2+ 64 Hình 4.11 Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir Cu2+ với ACS-5 65 Hình 4.12 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ Fe3+ 66 Từ bảng số liệu kết ta đo độ hấp thụ quang nghiên cứu xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir (hình 4.9) Hình Đường đẳng nhiệt Langmuir hấp phụ MB mẫu ACS-5 Từ phương trình đẳng nhiệt Langmuir hình 4.9, độ hấp phụ cực đại qmax xác định 15,34 mg/g Các thơng số phương trình Langmuir thể bảng 4.9 Bảng 4.9 Thơng số phương trình Langmuir q trình hấp phụ MB ACS-5 Độ hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 15,34 Hằng số Langmuir KL 1,11 4.5.3 Khảo sát khả tổng hợp vật liệu Cu/ACS-5 ACS-5 Việc nghiên cứu, sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ nguồn nguyên liệu tự nhiên, từ phụ phẩm nông nghiệp vỏ phế phẩm gỗ keo nhằm đánh giá khả vừa tách kim loại nặng khỏi dung dịch, vừa tạo xúc tác kim loại bề mặt chất mang vật liệu cacbon Những vật liệu cácbon có khả hấp phụ ion kim loại có số nhóm chức bề mặt protein, polysacarit, lignin xenlluloza Các nhóm chức cấu trúc có khả liên kết với ion kim loại 4.5.3.1 Xây dựng đường chuẩn Pha dung dịch Cu2+ gốc với nồng độ 0,5M Cân xác 31,5252g CuSO4.5H2O vào cốc 100ml Hịa tan trước nước cất sau cho vào bình định mức 250ml định mức Chuẩn bị bình dung dịch Cu2+ với nồng độ khác nhau: 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07M Đem tạo phức với NH4OH 10% với tỉ lệ thể tích: 5ml Cu2+: 5ml NH4OH 10% sau định mức bình 25ml Tiến hành đo hấp thụ quang dung 63 dịch bước sóng λ=605nm thiết bị đo UV-Vis DR3900, giá trị đo được ghi lại bảng 4.10 Bảng 4.10 Sự phụ thuộc nồng độ hấp thụ quang dung dịch CuSO4 với nồng độ khác STT Nồng độ (M) Abs 0,02 0,197 0,03 0,344 0,04 0,435 0,06 0,687 0,07 0,804 Từ bảng số liệu ta xây dựng phương trình đường chuẩn thể hình 4.10 y = 11,984x – 0,034 R2=0,997 Hình 4.10 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ Cu2+ 4.5.3.2 Tổng hợp vật liệu Cu/ACS-5 ACS-5 - Mẫu than ACS-5 đem sấy 120oC vòng 2h Chuẩn bị dung dịch Cu2+ với nồng độ: 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07M Lấy vào cốc 100ml gồm: 0,2g ACS-5 cho thêm vào 25mL dung dịch Cu2+ với nồng độ tương ứng (có đánh số thứ tự) Tiến hành siêu âm vòng 1h Sau đó, đem mẫu lắc vịng 2h (tốc độ 75-100 vòng/phút) Lấy dung dịch thu đem ly tâm 45 phút (tốc độ khoảng 7000 vòng/phút) Lấy phần dung dịch tạo phức với NH4OH (tỉ lệ thể tích 5ml Cu2+: 5ml NH4OH 10%) sau định mức vào bình định mức 25ml Đem phần 64 phức vừa tạo đo mật độ quang Abs Sử dụng thiết bị đo UV-VIS DR3900 Giá trị đo quang thể bảng 4.11 - Bảng 4.11 Kết đo khả hấp phụ Cu2+của mẫu ACS-5 Nồng độ (M) mACS-5 (g) 0,02 0,2003 0,03 0,2002 0,04 0,2008 0,05 0,2000 0,06 0,2001 0,07 0,2001 Từ bảng số liệu kết ta đo trình Langmuir (hình 4.11) STT Abs Ce (M) 0,062 0,0080 0,175 0,01743 0,275 0,02577 0,391 0,03545 0,483 0,04313 0,569 0,0503 độ hấp thụ quang qe (mg/g) 95,85 100,46 113,35 116,36 134,88 157,45 ta dựng phương Hình 4.11 Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir Cu2+ với ACS-5 Từ phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir ta xác định độ hấp phụ cực đại Cu2+ mẫu ACS-5 là: qmax=144,93 mg/g Điều chứng tỏ tẩm thành công Cu2+ lên ACS-5 tạo vật liệu xúc tác Cu/ACS-5 Khả xử lý vật liệu với mẫu cụ thể xét phần sau 4.5.4 Khảo sát khả tổng hợp vật liệu Fe/ACS-5 ACS-5 4.5.4.1 Xây dựng đường chuẩn ion Fe3+ - Chuẩn bị dung dịch Fe3+ gốc với nồng độ 0.5M 65 Chuẩn bị bình dung dịch Fe3+ với nồng độ khác nhau: 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01; 0,0125; 0,015; 0,0200M Dung dịch tạo phức với axit sunfosalyxilic (10%) NH4OH(10%) sau định mức bình 25ml với tỉ lệ thể tích (1ml Fe3+ : 2.5ml axit sunfosalyxilic : 2.5ml NH4OH) Tiến hành đo độ hấp thụ quang dung dịch bước sóng λ = 425nm thiết bị đo UV-Vis DR3900 Giá trị thu ghi lại bảng 4.12 Bảng 4.12 Sự phụ thuộc nồng độ hấp thụ quang dung dịch FeCl3 với nồng độ khác STT Nồng độ (M) Abs 0,0025 0,268 0,0050 0,558 0,0075 0,804 0,0100 1,124 0,0125 1,426 0,0150 1,727 0,0200 2,261 Tiến hành xây dựng phương trình đường chuẩn từ bảng số liệu thực nghiệm : y = 115x - 0,026 R2=0,999 Hình 4.12 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ Fe3+ 4.5.4.2 Tổng hợp vật liệu Fe/ACS-5 ACS-5 - Chuẩn bị dung dịch Fe3+ với nồng độ khác 0,0075; 0,01; 0,0125; 0,015; 0,02; 0,025M Mẫu than ACS-5 đem sấy 120oC vòng 2h 66 - - - Lấy vào cốc 100ml 0.05g mẫu ACS-5 chưa hoạt hóa, cho thêm 25ml dung dịch Fe3+ nồng độ tương ứng vào (đánh số thứ tự) (Không điều chỉnh pH) Mẫu đươc siêu âm vịng 1h Sau lắc vịng 2h (tốc độ 75100 vòng/phút) Lấy dung dịch thu đem ly tâm 45 phút (tốc độ khoảng 7000 vòng/phút) Lấy phần dung dịch sau ly tâm đem tạo phức với axit sunfosalyxilic (10%) NH4OH(10%) với tỉ lệ thể tích (1ml Fe3+ : 2.5ml axit sunfosalyxilic : 2.5ml NH4OH) định mức lên 25ml Dung dịch vừa thu đo độ hấp thụ quang thiết bị đo quang UVVis DR3900 Giá trị thu được ghi lại Bảng 4.13 Bảng 4.13 Kết đo khả hấp phụ Fe3+ mẫu ACS-5 STT Nồng độ (M) mACS-5 (g) Abs Ce (M) qe (mg/g) 0,0075 0,0505 0,198 0,001942 154,0786 0,01 0,0505 0,266 0,002533 207,0121 0,0125 0,0505 0,339 0,003167 258,7416 0,015 0,0504 0,603 0,00546 265,0058 0,02 0,0507 1,304 0,011548 233,3795 0,025 0,0505 1,340 0,011861 364,2494 Từ bảng số liệu kết đo độ hấp thụ quang trên, ta xây dựng phương trình Langmuir (hình 4.13) Hình 4.13 Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir Fe3+ với ACS-5 67 Từ phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir xác định độ hấp phụ cực đại Fe3+ mẫu than hoạt tính ACS-5 là: qmax = 436,85 mg/g Điều chứng tỏ tẩm thành công Fe3+ lên ACS-5 tạo vật liệu xúc tác Fe/ACS-5 Khả xử lý vật liệu với mẫu cụ thể xét phần sau 4.5.5 Khảo sát khả xử lý Methyl da cam (MO) mẫu vật liệu Cu/ACS-5 4.5.5.1 Xây dựng đường chuẩn nồng độ Pha dung dịch MO gốc với nồng độ ban đầu 50mg/L, cân xác 12,5mg MO cân phân tích, sau hịa tan vào bình định mức 250ml định mức đến chuẩn Chuẩn bị bình dung dịch MO với nồng độ khác từ 5, 10, 15, 20, 25, 30 (mg/L) Các dung dịch chuẩn bị bình định mức 50 ml, sau đo hấp thụ quang UV-Vis Thiết bị sử dụng DR3900 HACH Sau tiến hành đo quang vi sai, giá trị độ hấp thụ quang (Abs) với nồng độ tương ứng trình bày bảng 4.14 Bảng 4.14 Nồng độ đường chuẩn methyl da cam STT Nồng độ (mg/L) Abs 0,359 10 0,715 15 1,072 20 1,434 25 1,772 30 2,104 Với số liệu bảng 4.14, ta xây dựng đồ thị thể hình 4.14 68 Hình 4.14 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ MO 4.5.5.2 Khảo sát trình xử lý MO vật liệu Cu/ACS-5 Chuẩn bị cốc có đánh số từ 1-6 sấy khơ, cân xác 0,01g Cu/ACS-5 vào lầ lượt cốc đánh số Pha bình dung dịch MO với nồng độ khác nhau: 5, 10, 15, 20, 25, 30mg/L vào bình định mức Lấy 50 ml nồng độ khác cho vào cốc có mỏ đánh số theo thứ tự Bọc mẫu lại, tiến hành trình hấp phụ cách lắc mẫu với tốc độ 250 vòng/phút Lọc lấy phần dung dịch xác định độ hấp phụ quang máy DR3900 Kết sau đo UV-Vis liệt kê bảng 4.15 Bảng 4.15 Kết đo khả hấp phụ MO mẫu Cu/ACS-5 Nồng độ (mg/L) Abs 0,083 10 0,300 15 0,583 20 0,880 25 1,192 30 1,506 Bảng kết thực nghiệm xử lý nhiệt Langmuir thể hình 4.15 STT Ce (mg/L) qe (mg/g) 0,9441 20,2792 4,0421 29,7893 8,0823 34,5882 12,3224 38,3878 16,7766 41,1166 21,2594 43,7027 xây dựng phương trình đẳng 69 Hình 4.15 Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir MO với mẫu Cu/ACS-5 Từ phương trình thu được, độ hấp phụ cực đại (qm) xác định 46,62 mg/g Kết thu sau trình khảo sát tính tốn thể bảng 4.16 Bảng 4.16 Thơng số phương trình Langmuir q trính hấp phụ MO mẫu Cu/ACS-5 Độ hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 46,62 Hằng số Langmuir KL 0,48 So sánh với kết xử lý MO mẫu ACS-5 mẫu vật liệu Cu/ACS-5 có kết cao hẳn (46,62 mg/g so với 8,03 mg/g) Điều cho thấy tác dụng hiệu việc hoạt hóa tẩm kim loại lên bề mặt vật liệu 4.5.6 Cu/ACS-5 Khảo sát khả xử lý Xanh metylen (MB) mẫu 4.5.6.1 Xây dựng đường chuẩn nồng độ Chuẩn bị dung dịch MB với nồng độ gốc 50mg/L Chuẩn bị dung dịch MB với nồng độ nồng độ khác 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0; 12,0 mg/L vào bình định mức 50 ml Sau tiến hành đo quang vi sai, giá trị độ hấp thụ quang (Abs) với nồng độ tương ứng thể bảng 4.17 Bảng 4.17 Nồng độ đường chuẩn MB STT Nồng độ (mg/L) Abs 0,1 0,010 0,2 0,033 0,4 0,067 70 0,6 0,111 0,8 0,154 2,0 0,285 4,0 0,762 6,0 1,092 8,0 1,427 10 10,0 1,682 11 12,0 1,967 Với số liệu bảng 4.17, ta xây dựng đồ thị thể hình 4.16 Hình 4.16 Đồ thị thể phụ thuộc độ hấp thụ quang Abs nồng độ MB 4.5.6.2 Khảo sát khả xử lý MB vật liệu Cu/ACS-5 Chuẩn bị cốc có đánh số từ 1-6 sấy khơ, cân xác 0,01g Cu/ACS-5 vào lầ lượt cốc đánh số Pha bình dung dịch MB với nồng độ khác nhau: 4, 6, 8, 10, 12, 14 mg/L vào bình định mức Lấy 50 ml nồng độ khác cho vào cốc có mỏ đánh số theo thứ tự Bọc mẫu lại, tiến hành trình hấp phụ cách lắc mẫu với tốc độ 250 vòng/phút Lọc lấy phần dung dịch xác định độ hấp phụ quang máy DR3900 71 Kết sau đo UV-Vis liệt kê bảng 4.18 Bảng 4.18 Kết đo khả hấp phụ MB mẫu Cu/ACS-5 Nồng độ (mg/L) Abs Ce (mg/L) qe (mg/g) 0,039 0,1526 19,2366 0,145 0,7805 26,0970 0,250 1,4025 32,9870 10 0,330 1,8765 40,6174 12 0,378 2,1608 49,1957 14 0,570 3,2982 53,5088 Bảng kết thực nghiệm xử lý xây dựng phương trình đẳng nhiệt Langmuir thể hình 4.17 STT Hình 4.17 Phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir MB với mẫu Cu/ACS-5 Từ phương trình thu được, độ hấp phụ cực đại (qm) xác định 85,84 mg/g Kết thu sau trình khảo sát tính tốn thể bảng 4.19 So sánh với kết xử lý MB mẫu ACS-5 mẫu vật liệu Cu/ACS-5 có kết cao hẳn (85,84 mg/g so với 15,34 mg/g) Điều cho thấy tác dụng hiệu việc hoạt hóa tẩm kim loại lên bề mặt vật liệu Bảng 4.19 Thơng số phương trình Langmuir q trính hấp phụ MB mẫu Cu/ACS-5 Độ hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 85,84 Hằng số Langmuir KL 0,51 4.5.7 Đánh giá khả hấp phụ cacbon hoạt tính Từ kết khảo sát cân hấp phụ theo đồ thị đường đẳng nhiệt Langmuir, nghiên cứu tiến hành so sánh độ hấp phụ cực đại cacbon hoạt tính 72 chế tạo từ vỏ keo phế phẩm với cacbon hoạt tính chế tạo từ số phụ phẩm nơng nghiệp kim loại nặng Kết đưa Bảng 4.20 Bảng 4.20 Kết hấp phụ cực đại từ mẫu than hoạt tính chế tạo từ nguyên liệu khác Chất hấp phụ Hấp phụ Cu2+ Hấp phụ Fe3+ (mg/g) Cacbon hoạt tính từ vỏ gỗ keo ACS-5 (chưa hoạt hóa tẩm) (mg/g) Hấp phụ MO (mg/g) Hấp phụ MB (mg/g) Tham khảo 144,93 436,85 8,03 15,34 Cacbon hoạt tính từ vỏ cay keo Cu/ACS-5 - - 46,62 85,84 Cacbon hoạt tính từ vỏ đậu tương 8,24 - - - [20] Cacbon hoạt tính từ bã mía 54,054 - - - [21] Cacbon hoạt tính từ sen - 38,46 - - [22] Cacbon hoạt tính từ gáo dừa - - 7,75 - [23] Kết cho thấy khả xử lý kim loại nặng Cu2+, Fe3+, methyl da cam, xanh methylen vật liệu cacbon hoạt tính chế tạo từ phế phẩm vỏ gỗ keo có hiêu suất tốt Cụ thể khả hấp phụ Cu2+ với độ hấp phụ cực đại 144,93 mg/g, với Fe3+ 436,85mg/g, với methyl da cam 8,03 mg/g 46,62 mg/g, với xanh methylen 15,34 mg/g 85,84 mg/g tốt so với vật liệu cacbon hoạt tính chế tạo từ phụ phẩm nơng nghiệp khác q trình cacbon hóa với hoạt hóa NaOH tạo nên cacbon hoạt tính có bề mặt xốp 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua trình nghiên cứu thực nghiệm đề tài rút kết luận sau: Đã chế tạo vật liệu cacbon hoạt tính từ nguyên liệu phế phẩm vỏ keo qua trình xử lý nhiệt kết hợp hoạt hóa NaOH tẩm Cu2+ Xác định chế độ gia nhiệt phù hợp để cacbon hóa cacbon hoạt tính từ 25 oC – 600oC (tốc độ oC/ phút), từ 600 oC – 1150 oC (tốc độ oC/ phút), giữ nhiệt 1150 oC 1h Với chế độ gia nhiệt này, hàm lượng cacbon mẫu đạt sau nung 87,67% lượng cacbon tinh thể cao đáp ứng khả hấp phụ lớn Ảnh chụp hiển vi điện tử quét phổ nhiễu xạ tia X chứng minh việc hình thành hạt tinh thể cacbon đồng Kích thước trung bình hạt cacbon 1,84 µm Diện tích bề mặt riêng BET 363,56 m2/g Đã khảo sát khả hấp phụ cacbon hoạt tính với đồng sắt Kết cho thấy độ hấp phụ cực đại qmax sắt 436,85 mg/g, đồng 144,93 mg/g mẫu khơng hoạt hóa ACS Đã khảo sát khả hấp phụ cacbon hoạt tính methyl da cam xanh methylene mẫu khơng hoạt hóa ACS mẫu hoạt hóa tẩm kim loại ACS-Cu Kết thu methyl da cam 8,03 mg/g 46,62 mg/g, với xanh methylen 15,34 mg/g 85,84 Với kết cho thấy mẫu vật liệu tạo đạt chất lượng khả quan thơng qua khả xử lý, ứng dụng thực tế để lọc nước đáp ứng điều kiện kỹ thuật để sử dụng xử lý nước ô nhiễm thực tế 5.2 Kiến nghị Thơng qua kết thí nghiệm chứng minh cacbon hoạt tính chế tạo từ vỏ keo với ưu điểm sử dụng nguồn nguyên liệu tự nhiên rẻ tiền, dễ kiếm, quy trình xử lý phù hợp với thiết bị phịng thí nghiệm, có khả hấp phụ kim loại nặng đồng sắt với hiệu suất cao Tuy nhiên, để ứng dụng rộng rãi thực tế đề tài cần:  Cải tiến quy trình chế độ gia nhiệt phù hợp để tối ưu hóa thời gian chế tạo cách tăng thời gian giữ nhiệt q trình cacbon hóa lần  Tiếp tục nghiên cứu thêm chất xúc tác bề mặt để tăng hiệu hấp phụ H3PO4,  Xác định số iot để lựa chọn chế độ tối ưu  Cần có nghiên cứu với ion kim loại khác, nguồn nước thải khác  Khảo sát trình giải hấp tái sử dụng cacbon hoạt tính 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sở y tế Quảng Trị, “Ảnh hưởng kim loại nặng lên sức khỏe người”, tin ngày 21/07/2018 [2] Lý Thanh Hương, “Việt Nam hướng tới giảm thiểu loại bỏ chất nhiễm hữu khó phân hủy", Tin mơi trường, tin ngày 9/7/2014 [3] Cục Quản lý môi trường nước, “Ô nhiễm nguồn nước: Thực trạng đáng báo động” Tin tra, tin ngày 13/10/2016 [4] Vietchem “Hậu nhiễm nguồn nước có ảnh hưởng đến sống nào”, Tin tức, tin ngày 29/10/2018 [5] Cơng ty Cổ phần khí mơi trường ETM “Phương pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng”, 2020 [6] Unknown, “Glossary” The Brownfields and Land Revitalization, 2009 [7] Trần Thị Phương Anh, “Đồ án công nghệ kỹ thuật hóa học q trình sản xuất than hoạt tính” Trường Cơng nghiệp thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh, 2018 [8] thanhoattinhtad.com “Than hoạt tính gì- Thành phần cơng dụng than hoạt tính”, 2020 [9] Trịnh Xuân Đại, Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm từ vật liệu hấp phụ amoni kim loại nặng nước, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, 2010 [10] Võ Thị Diễm Kiều, “Nghiên cứu cải tiến q trình than hóa quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt điều”, Tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 2016 [11] Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương, Điều chế nghiên cứu khả hấp phụ than tre hoạt tính, Nhà Xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006 [12] Phạm Thị Ngọc Lan, “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ phế phẩm nơng nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni nước”, 2016 [13] Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc, “Nghiên cứu sử dụng than gỗ đước để sản xuất than hoạt tính”, Phịng Nghiên cứu chế biến lâm sản, Viện Khoa học lâm nghiệp Việt Nam, 2010 [14] Vũ Lực, Nghiên cứu tận dụng bã thải từ trình sản xuất tinh bột sắn dong riềng để chế tạo than hoạt tính ứng dụng xử lý mơi trường, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012 [15] Vũ Thị Mai, “Nghiên cứu chế tạo than biến tính từ lõi ngơ định hướng ứng dụng xử lý amoni nước sinh hoạt”, Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2018 [16] Phạm Xuân Đinh, Phí Hồng Hải, Nguyễn Hoàng Nghĩa, La Ánh Hương, Nguyễn Quốc Toản Dương Hồng Quân, “Khả cải thiện khối 75 lượng riêng hàm lượng xenlulo keo liềm khảo nghiệm hậu hệ Cam Lộ, Quảng Trị”, Trung tâm Khoa học Lâm nghiệp Bắc Trung Bộ - Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, 2014 [17] Hayes, Wiliam M “CRC Handbook of Chemistry and Physics” CRC Press, 2016 [18] Công ty TNHH Công nghệ Trung Sơn “Methyl Orange” Tin tức, tin ngày 27/9/2019 [19] “Methylen Blue” The American Society of Health-System Pharmacist, 2017 [20] Vũ Thị Quỳnh Trang, Nghiên cứu khả xử lý Cu2+ nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ đậu tương, Trường Đai học Dân lập Hải Phòng, 2012 [21] Lê Hữu Thiềng, Hứa Thị Thủy, Nghiên cứu khả hấp phụ Cu2+, Ni2+, cuả than bã mía, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ [22] Vy Thị Linh, Nghiên cứu khả hấp phụ Mn2+ Fe3+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ sen thử nghiệm xử lý môi trường, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, 2018 [23] N.V.Hương, Nghiên cứu biến tính bề mặt than hoạt tính Trà Bắc khảo sát khả hấp phụ số phẩm màu nước thải dệt nhuộm, Trường Đại học Lâm Nghiệp, 2017 [24] Boulet P., Greenwell H.C., Stackhouse S., Coveney P.V “Recent advances in understanding the structure and reactivity of clays using electronic structure calculations”, Journal of Molecular Structure Theochem, 2006 [25] Charles E Weaver Lin D.Pollard “The Chemistry of Clay Minerals” Elsevier Scientific Publishing Company, 1973 [26] Grim R.E., Guven N “Bentonite:Geology, Mineralogy, Propeties and Uses”, Elsevier Scientific Publishing Company, 1978 [27] Velde B “Clay minerals” Elsevier Science Publishers B.V, 1985 [28] Benito R., Garcia-Guinea J., Valle-Fuentes FJ., Recio P “Mineralogy, geochemistry and uses of the mordenite-bentonite ash-tuff beds of Los Escullos, Almeria”, Journal of Geochemical Exploration, 1998 [29] Velde B “Clay minerals” Elsevier Science Publishers B.V, 1985 [30] Alemdar A., Gunno N “The influence of cationic surfactants on rheological properties of bentonite-water systems”, Materials Letters, 2000 [31] Charles E Weaver Lin D.Pollard “The Chemistry of Clay Minerals” Elsevier Scientific Publishing Company, 1973 [32] Chen B, Huang W., Mao J., Shaofang Lv “Enhanced sorption of naphthalene and nitroaromatic compounds to benotinte by potassium and cetyltrimethyl ammonium cations” Journal of Hazardous Material, 2008 [33] Sabah E “Modeling and optimization of hydrocyclone processing of low grade bentonites” Applied Clay Sciene, 2009 76 [34] Sposito G “The surface chemistry of soils” Oxford University Press New York Clarendon Oxford, 1984 [35] Antonides, Lloyd E “Diatomite” USGS Retrieved, 2010 [36] Lê Văn Cát “Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lí nước thải”, Nhà Xuất Thống kê, Hà Nội, 2002 [37] Chada, Nagaraju, Romanos Jimmy “Activated carbon monoliths for methane storage” Bulletin of the American Physical Society, 2012 [38] M.A Andrade., M Galhetas “Micropore size distribution of activated carbons: a key factor for a deeper understading of the adsorption mechanism of pharmaceuticals” Universidade de Lisboa, 2016 [39] Jo Anne G.Balanay and Claudiu T.Lungu “Morphologic and Surface Characterization of Different Types of Activated Carbon Fibes” , 2012 77 ... nhuộm, hợp chất thơm từ nước Hiện tượng hấp phụ xảy lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ Tùy theo chất lự tương tác mà người ta phân biệt hai loại hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học A Hấp phụ vật. .. tài ? ?Tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ keo để xử lý nước? ?? lựa chọn mang tính ứng dụng cao thực tế mẻ lĩnh vực nghiên cứu vật liệu Việc nghiên cứu đề tài mở triển vọng lớn nghiên cứu loại vật liệu. .. nghệ xử lý nước: chất hấp phụ (Bentonit) dung dịch chất rắn chất bị hấp phụ chất tan; hấp phụ xảy bề mặt phân chia rắn - lỏng; hấp phụ dung dịch hấp phụ phân tử hấp phụ chất điện ly Chất hấp phụ