(Đề tài NCKH) ứng dụng than biến tính điều chế từ bã mía theo phương pháp microwave để hấp phụ chì và cadimi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP SINH VIÊN ỨNG DỤNG THAN BIẾN TÍNH ĐIỀU CHẾ TỪ BÃ MÍA THEO PHƯƠNG PHÁP MICROWAVE ĐỂ HẤP PHỤ CHÌ VÀ CADIMI MÃ SỐ: SV201 SKC006798 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2019 ỨNG DỤNG THAN BIẾN TÍNH ĐIỀU CHẾ TỪ BÃ MÍA THEO PHƯƠNG PHÁP MICROWAVE ĐỂ HẤP PHỤ CHÌ VÀ CADIMI Thuộc lĩnh vực: Khoa học Công nghệ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường -i- MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan xử lý nước thải 2.1.1Đặc tính chung nước th 2.1.2Các phương pháp xử lý nư 2.2 Tổng quan than hoạt tính 2.2.1Giới thiệu chung 2.2.2Tính chất than hoạt tín 2.2.3Nguyên liệu làm than hoạt 2.2.4Phương pháp sản xuất 2.2.5Q trình than hóa 2.2.6Q trình hoạt hóa 2.2.7Tổng quan vật liệu hấp 2.3 Tổng quan chitosan 2.3.1Lịch sử hình thành phá - ii - 2.3.2Cấu trúc hóa học 2.3.3Điều chế Chitosan 2.3.4Tính chất hóa lý 2.3.5Ứng dụng chitosan 2.4 Cơ sở lý thuyết hấp phụ 2.4.1Cơ sở luận phương phá 2.4.2Cân hấp phụ 2.4.3Các thông số trình 2.4.4Các chất hấp phụ ứng d CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 3.1.1Thiết bị 3.1.2Dụng cụ 3.1.3Hóa chất 3.2 Điều chế vật liệu hấp phụ 3.3 Tiến hành thí nghiệm 3.3.1Khảo sát pH tối ưu 3.3.2Khảo sát thời gian tối ưu 3.3.3Khảo sát liều lượng tối ưu CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ NHẬN XÉT 4.1 Đường chuẩn chất hấp phụ 2+ 2+ 4.1.1Đường chuẩn Cd 4.1.2Đường chuẩn Pb 4.2 Đặc trưng bề mặt hấp phụ - iii - 4.2.1 Phổ FT – IR 48 4.2.2 Hình thái bề mặt 49 4.3 Kết nghiên cứu trình hấp phụ 51 4.3.1 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 51 4.3.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 51 4.3.3 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng đến trình hấp phụ .52 4.3.4 Động học trình hấp phụ 53 4.3.5 Mơ hình đẳng nhiệt 55 4.3.6 Nhiệt động học trình 56 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO viii PHỤ LỤC viii - iv - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tải lượng nồng độ chất bẩn nước thải sinh hoạt .5 Bảng 1.2 Các chất ô nhiễm phương pháp xử lý Bảng 2.1 Thành phần nguyên tố số loại than hoạt tính 23 Bảng 2.2 Đặc điểm than hoạt hóa so với than hoạt tính truyền thống .25 Bảng 2.3 Đặc tính số chất hấp phụ 42 o Bảng 4.1 Thông số động học hấp phụ Pb (II) lên ASB-CBs 303 K pH 5.0 .55 o Bảng 4.2 Thông số động học hấp phụ Cd (II) lên ASB-CBs 303 K pH 5.0 .55 Bảng 4.3 Giá trị thông số đẳng nhiệt hấp phụ Pb (II) ASB-CBs pH 5.0 56 Bảng 4.4 Giá trị thông số đẳng nhiệt hấp phụ Cd (II) ASB-CBs pH 5.0 .56 Bảng 4.5 Thông số nhiệt động học trình hấp phụ Pb (II) ASB-CBs pH 5.057 Bảng 4.6 Thông số nhiệt động học trình hấp phụ Cd (II) ASB-CBs pH 5.057 -v- DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Đặc tính nước thải sinh hoạt Hình 1.2 Song chắn rác Hình 1.3 Bể lắng cát Hình 1.4 Bể lắng với phận gạn rác mặt nước Hình 1.5 Bể lọc học 10 Hình 1.6 Đất ngập nước 13 Hình 1.7 Mương oxy hóa 13 Hình 2.1 Cơng thức cấu tạo phân tử chitosan 27 Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc vào pH thời gian khả hấp phụ chitosan 31 Hình 2.3 Hấp phụ ion Fe 3+ (10mM) Chitosan 32 Hình 2.4 Nồng độ nitrat sau hệ cân thay đổi theo pH 33 Hình 2.5 Sự phụ thuộc hệ số phân tách m vào pH nhiều nguồn nước khác nhau33 Hình 2.6 Đường cong hấp thụ sử dụng hạt có đường kính 1.5 4.5 mm .34 Sơ đồ 3.1 Quy trình điều chế than hoạt tính 44 Sơ đồ 3.2 Quy trình điều chế vật liệu composite 45 Hình 4.1 Đường chuẩn Cadimi 47 Hình 4.2 Đường chuẩn Chì 47 Hình 4.3 Phổ FTIR 48 Hình 4.4 Hình ảnh SEM hạt vật liệu composite trước sau hấp phụ kim loại 49 Hình 4.5 Hình chụp EDX hạt vật liệu composite sau hấp phụ kim loại Pb 50 Hình 4.6 Hình chụp EDX hạt vật liệu composite sau hấp phụ kim loại Cd 50 Hình 4.7 Khảo sát ảnh hưởng pH đến trình hấp phụ 51 Hình 4.8 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến trình hấp phụ 52 - vi - Hình 4.9 Khảo sát ảnh hưởng liều lượng đến trình hấp phụ 53 Hình 4.10 Đồ thị mơ hình giả định bậc hấp phụ Pb (II) lên vật liệu ASB – CBs 54 Hình 4.11 Đồ thị mơ hình giả định bậc hấp phụ Cd (II) lên vật liệu ASB – CBs 54 -1- CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, vấn đề bảo vệ môi trường trở thành vấn đề trọng tâm, thu hút ý nhiều quốc gia tổ chức giới Việc bảo vệ môi trường sống Trái Đất đặt cho tồn nhân loại cần thiết cho cho hệ tương lai Nước thành phần quan trọng môi trường Nước tham gia vào trình tự nhiên, điều hồ khí hậu, thành phần thể sống đảm bảo tồn người Bên cạnh đó, nước cịn đáp ứng nhu cầu đa dạng người sinh hoạt, nông nghiệp sản xuất công nghiệp Cùng với phát triển ngành công nghiệp, nhu cầu nước ngày trở nên thiết yếu Lượng nước thải từ trình sản xuất sinh hoạt đưa vào môi trường nước tự nhiên lượng lớn chất gây ô nhiễm Trong loại nước thải cơng nghiệp nước thải chứa kim loại nặng như: Cu, Mn, Pb, Cd, ý cả, chúng tác nhân gây hại cho nguồn nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ người huỷ hoại môi sinh mạnh mẽ Từ đó, việc nghiên cứu tách loại kim loại nặng nước có ý nghĩa vơ quan trọng Đã có nhiều phương pháp áp dụng nhằm tách ion kim loại nặng khỏi môi trường nước như: phương pháp hoá lý (phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đổi ion), phương pháp sinh học, phương pháp hoá học Trong đó, phương pháp hấp phụ áp dụng rộng rãi cho kết khả thi Vật liệu hấp phụ (VLHP) có nguồn gốc tự nhiên tổng hợp nhân tạo Hướng nghiên cứu VLHP nguồn gốc tự nhiên nhiều nhà khoa học quan tâm có nhiều ưu điểm như: giá thành xử lý không cao, tách loại đồng thời nhiều kim loại dung dịch, có khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ thu hồi kim loại, quy trình xử lý đơn giản, khơng gây nhiễm mơi trường thứ cấp sau q trình xử lý Các VLHP nguồn gốc tự nhiên nghiên cứu ứng dụng như: vỏ trấu, xơ dừa, vỏ sò, xỉ than, Do đó, nhóm nghiên cứu chọn đề tài: “Ứng dụng than biến tính điều chế từ bã mía để hấp phụ Chì Cadimi theo phương pháp microwave” -2- 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài - Trong nước: Xử lý nước thải phương pháp hấp phụ phổ biến đơn giản việc vận hành đạt hiệu cao lại tốn nhiều hóa chất, khơng có tính kinh tế cao có khả phát sinh lượng bùn lớn sử dụng loại chất hấp phụ truyền thống cổ điển Chính vậy, thời gian gần đây, có nhiều nghiên cứu tận dụng loại sản phẩm thừa từ nông nghiệp tự nhiên vỏ trấu, bã mía, xơ dừa, vỏ tơm làm chất hấp phụ nhằm tiết kiệm chi phí đồng thời hiệu suất hấp phụ tốt Tác giả Lâm Vĩnh Sơn, Lâm Thị Ngọc Huyền, Trường đại học công nghệ TP.HCM (HUTECH) tiến hành nghiên cứu ứng dụng phế phẩm nông nghiệp, lõi ngô để tạo sản phẩm hấp phụ lọc nước Tác giả Bùi Thị Lan Anh, Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa để xử lý amoni nước thải bệnh viện Tác giả Huỳnh Thị Thanh Tuyền, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng tiến hành nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu để xử lý Pb2+ môi trường nước - Ngồi nước: Nghiên cứu hấp phụ chì vật liệu composit từ bã mía ống nano carbon thực Izzeldin cộng (2013) [1] cho thấy kết hiệu suất hấp phụ tăng lên gấp đôi so với việc sử dụng bã mía thơng thường để hấp phụ Pb Đồng thời nghiên cứu cho thấy trình hấp phụ diễn tự nhiên không hao tốn lượng Bã mía tận dụng điều chế thành than hoạt tính phương pháp [2] Microwave nhằm tăng hiệu suất hấp phụ theo nghiên cứu K.Y.Foo (2013) Chitosan có nhiều ứng dụng xử lý mơi trường, kể như: xử lý kim loại nặng, keo tụ (protein, nước thải dệt nhuộm …), xử lý chất thải phóng xạ… Nghiên cứu loại bỏ hợp chất hữu nước thải từ vật liệu composit chitosan than hoạt tính tác giả A.Venault (2008) [3] Kết cho thấy hiệu suất 28 0.025 29 0.025 30 0.025 31 0.025 32 0.025 33 0.025 40 0.025 41 0.025 42 0.025 43 0.025 44 0.025 45 0.025 46 0.025 53 0.025 54 0.025 55 0.025 56 0.025 57 0.025 58 0.025 59 0.025 66 0.025 67 0.025 68 0.025 69 0.025 70 0.025 71 0.025 72 0.025 74 0.025 75 0.025 76 0.025 77 0.025 78 0.025 79 0.025 80 0.025 - xv - Bảng Thông số động học trình hấp phụ Cadimi Volume STT Speed (l) pH (rpm) 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 0.025 200 10 0.025 200 11 0.025 200 12 0.025 200 13 0.025 200 14 0.025 200 15 0.025 200 16 0.025 17 0.025 18 0.025 19 0.025 20 0.025 21 0.025 22 0.025 23 0.025 24 0.025 25 0.025 26 0.025 27 0.025 28 0.025 29 0.025 30 0.025 31 0.025 32 0.025 33 0.025 34 0.025 35 0.025 36 0.025 39 0.025 40 0.025 41 0.025 42 0.025 43 0.025 44 0.025 45 0.025 46 0.025 47 0.025 48 0.025 49 0.025 50 0.025 51 0.025 - xviii - Bảng Thông số đẳng nhiệt hấp phụ Chì Beads Pb-i (g/l) (ppm) 25 0.025 10 25 0.025 25 25 0.025 50 25 0.025 100 25 0.025 150 25 0.025 200 25 0.025 250 Temp (K) 30 0.025 10 30 0.025 25 30 0.025 50 30 0.025 100 30 0.025 150 30 0.025 200 30 0.025 250 35 0.025 10 35 0.025 25 35 0.025 50 35 0.025 100 35 0.025 150 35 0.025 200 35 0.025 250 40 0.025 10 40 0.025 25 40 0.025 50 40 0.025 100 40 0.025 150 40 0.025 200 40 0.025 250 45 0.025 10 45 0.025 25 45 0.025 50 45 0.025 100 45 0.025 150 45 0.025 200 45 0.025 250 - xx - Bảng Thông số đẳng nhiệt hấp phụ Cadimi Temp (K) Beads Cd- (g/l) i(ppm) 25 0.025 10 25 0.025 25 25 0.025 50 25 0.025 100 25 0.025 150 25 0.025 200 25 0.025 250 30 0.025 10 30 0.025 25 30 0.025 50 30 0.025 100 30 0.025 150 30 0.025 200 30 0.025 250 35 0.025 10 35 0.025 25 35 0.025 50 35 0.025 100 35 0.025 150 35 0.025 200 35 0.025 250 40 0.025 10 40 0.025 25 40 0.025 50 40 0.025 100 40 0.025 150 40 0.025 200 40 0.025 250 45 0.025 10 45 0.025 25 45 0.025 50 45 0.025 100 45 0.025 150 45 0.025 200 45 0.025 250 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2019 ỨNG DỤNG THAN BIẾN TÍNH ĐIỀU CHẾ TỪ BÃ MÍA THEO PHƯƠNG PHÁP MICROWAVE ĐỂ HẤP PHỤ CHÌ VÀ CADIMI. .. sị, xỉ than, Do đó, nhóm nghiên cứu chọn đề tài: ? ?Ứng dụng than biến tính điều chế từ bã mía để hấp phụ Chì Cadimi theo phương pháp microwave? ?? -2- 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu đề tài -... tính là: • Phương pháp tính tốn hình học • Phương pháp tính tốn theo lượng chất lỏng phân tử thấp hồn tồn trơ hóa học với than hoạt tính hấp phụ lên bề mặt than hoạt tínhTheo phương pháp thứ nhất,