5. Những đóng góp mới của đề tài
3.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Việc phân tích dữ liệu cân bằng hấp phụ bằng các mô hình đẳng nhiệt khác nhau là một bước quan trọng để tìm ra mô hình phù hợp. Đường đẳng nhiệt hấp phụ về cơ bản là mô tả cách các chất hòa tan tương tác với chất hấp phụ và có vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa việc sử dụng chất hấp phụ.
Cơ chế hấp phụ giữa vật liệu hấp phụ và chất nhuộm màu có thể được thể hiện bằng đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và đường đẳng nhiệt Freundlich.
- Phương trình Langmuir xác định được dung lượng hấp phụ cực đại, sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm.
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir:
- Phương trình Freundlich cũng được sử dụng để xem xét sự phù hợp của mô hình với thực nghiệm.
Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich:
Trong đó:
+ qe: Là dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng. + qmax: Là dung lượng hấp phụ cực đại.
+ KL (l.mg-1): Là hằng số cân bằng hấp phụ theo Langmuir. + Ce: Là nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng. + KF: Là các hằng số Freundlich.
Dựa vào kết quả khảo sát khả năng hấp phụ chất nhuộm Reactive Red 24 của than sinh học từ vỏ trấu, mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich đã được xác lập để tính toán các thông số động học hấp phụ. Kết quả các tham số của hai phương trình Langmuir và Freundlich cùng với hệ số tương quan R2 được thể hiện qua bảng 3.3 sau:
Bảng 3.6. Các tham số và hệ số tương quan của các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than
sinh học vỏ trấu
Mô hình Langmuir Mô hình Freundich
qe,exp (mg/g) qm,cal (mg/g) KL R 2 KF 1/n R2 53,91 0,0089 0,9864 3,379 0,461 0,9472 46,64
Hình 3.6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich chất nhuộm màu Reactive Red 24 bằng than sinh học từ vỏ trấu
Qua kết quả bảng 3.6và hình 3.6 nhận thấy:
- Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich đều có hệ số tin cậy R2 rất cao (R2 > 0,94). Hệ số tương quan R2 của mô hình Langmuir cao hơn hệ số tương quan R2 của mô hình Freundlich và gần với đơn vị hơn.
- Giá trị dung lượng hấp phụ của mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình đẳng nhiệt Freundlich đều gần bằng giá trị thực nghiệm. Và 2 mô hình đẳng nhiệt này đều phù hợp thể hiện quá trình hấp phụ chất nhuộm màu Reactive Red 24 của than sinh học vỏ trấu. Nhưng dung lượng hấp phụ của mô hình đẳng nhiệt Languir gần với giá trị dung lượng thực nghiệm hơn.
Như vậy, đường đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ đều thể hiện quá trình hấp phụ chất nhuộm màu của than sinh học vỏ trấu. Và quá trình hấp phụ này liên quan đến cơ chế: trao đổi ion, lực hút tĩnh điện. Lực hút tĩnh điện đóng vai trò quan trọng trong sự hấp phụ chất nhuộm màu lên bề mặt vật liệu hấp phụ.
KẾT LUẬN 1. Đặc điểm của than sinh học từ vỏ trấu
Than sinh học từ vỏ trấu có màu đen bóng, tỷ trọng nhỏ, độ xốp cao. Bộ khung carbon vẫn giữ được cấu trúc vật liệu như ban đầu. Cấu trúc phân tử than có trạng thái xốp và có diện tích bề mặt riêng không lớn. Các lỗ rỗng đường kính rất nhỏ được hình thành trong quá trình nhiệt phân tạo nên các hệ thống mao quản. pHPZC của than sinh học từ vỏ trấu với cùng một loại muối ít phụ thuộc vào nồng độ của muối đó.
2. Các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của than sinh học từ vỏ trấu để xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24
* Ảnh hưởng của pH
- Hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ chất nhuộm màu RR24 của than sinh học từ vỏ trấu tăng khi pH tăng trong khoảng pH = 2 – 3.
- Khi pH tăng dần pH = 4 – 10 thì hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ của quá trình giảm dần đều.
Giá trị pH có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp phụ than sinh học từ vỏ trấu. pH tối ưu cho các quá trình xử lý Reactive Red 24 là pH = 3.
* Ảnh hưởng của thời gian
- Khi thời gian hấp phụ tăng từ 5 - 20 phút đầu thì hiệu suất và dung lượng hấp phụ tăng nhanh. Sau đó, hiệu suất và dung lượng hấp phụ tăng chậm hơn cho đến 40 phút.Sau 40 phút hấp phụ, hiệu suất và dung lượng tiếp tục tăng không đáng kể, đạt trạng thái ổn định và tối đa.
- Thời gian thích hợp nhất để xử lý chất nhuộm Reactive Red 24 bằng than sinh học vỏ trấu là 40 phút.
* Ảnh hưởng của nồng độ Reactive Red 24
- Dung lượng hấp phụ tăng nhanh (tăng từ 18,98% lên 38,91%), hiệu suất hấp phụ của than giảm mạnh từ 60,75% xuống còn 41,50% khi nồng độ thuốc nhuộm tăng trong khoảng từ 50 mg/l đến 150 mg/l.
- Khi nồng độ chất cần xử lý bắt đầu >150 mg/l thì dung lượng hấp phụ của quá trình tăng chậm dần, hiệu suất hấp phụ tiếp tục giảm nhưng chậm và dần đạt trạng thái bão hòa.
- Nồng độ hấp phụ tối ưu mà nghiên cứu lựa chọn là 150 mg/l.
3. Mô hình động học hấp phụ
- Hệ số tin cậy của mô hình động học biểu kiến bậc một lớn hơn nhiều so với của mô hình biểu kiến bậc hai và gần với đơn vị hơn.
- Giá trị dung lượng hấp phụ của mô hình động học bậc 1 và động học bậc 2 lần lượt là 44,69 mg/g và 50,71 mg/g cũng tương đối gần với giá trị q thực nghiệm. Giá trị dung lượng hấp phụ của mô hình động học bậc 1 gần với giá trị dung lượng thực nghiệm hơn.
4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
- Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich có hệ số tin cậy R2 rất cao (R2 > 0,94). Hệ số tương quan R2 của mô hình Langmuir cao hơn hệ số tương quan R2 của mô hình Freundlich và gần với đơn vị hơn.
- 2 mô hình đẳng nhiệt này đều phù hợp thể hiện quá trình hấp phụ chất nhuộm màu RR24 của than sinh học từ vỏ trấu. Nhưng dung lượng hấp phụ của mô hình đẳng nhiệt Languir gần với giá trị dung lượng hấp phụ thực nghiệm hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. TIẾNG VIỆT
1. Bộ Công thương (2008), Tài liệu sản xuất sạch hơn ngành dệt nhuộm
2. Bộ môn Công nghệ Hóa học (2012), Xử lý nước thải dệt nhuộm, Đại học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
3. Lê Văn Chiều, Vũ Ngọc Duy, Nguyễn Mạnh Tiến, Cao Thế Hà (2017), Khả năng hấp phụ màu Reactive Blue 19 của than hoạt tính chế tạo từ gáo dừa và tre, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 33, Số 3 (2017) 10-13
4. Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hà(2008)Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD trong
nước thải nhuộm bằng cacbon hoạt hóa chế tạo từ bụi bông, Tạp chí Khoa
học Đại học Quốc gia Hà Nội, Khoa học tự nhiên và Công nghệ số 24 (2008) 16-22
5. Hội Hóa học Việt Nam, Xử lý nước thải ngành dệt nhuộm, http://csv.net.vn/Xu-ly-nuoc-thai-nganh-det-nhuom.html
6. Lê Văn Khu, Lương Thị Thu Thủy (2016), Nghiên cứu khả năng hấp phụ
Ni(II) trong dung dịch nước của than hoạt tính chế tạo từ vỏ hạt cà phê,
Journal of science of HNUE, DOI: 10.18173/2354-1059.2016-0009, Natural Sci. 2016, Vol. 61, No. 4, pp. 50-57
7. Hoàng Trung Kiên (2019),Nghiên cứu xử lý chất nhuộm màu Reactive Red 24
bằng quá trình ozon với xúc tác xỉ sắt, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học –
Đại học Thái Nguyên
8. Võ Thị Diễm Kiều, Mã Thái Hòa, Lý Cẩm Hùng (2016), Nghiên cứu cải tiến
quá trình than hóa trong quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt điều, Tạp
chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 42 (2016): 118-126
9. Vũ Thị Mai, Trịnh Thị Tuyên (2016),Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong
môi trường nước của than sinh học từ lõi ngô biến tính bằng H3PO4 và NaOH,
Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 1S (2016) 274-281
10. Nguyễn Thị Tuyết Nam (2014), Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu nước thải
dệt nhuộm bằng TiO2, Đại học Sài Gòn.
11. Dương Thị Bích Ngọc và cs (2013), Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc
nhuộm xanh methylen của vật liệu hấp phụ chế tạo từ lõi ngô và vỏ ngô, Tạp
chí Khoa học và Công nghệ lâm nghiệp số 2 - 2013, trang 77-81
12. Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (2006), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, Nxb Khoa học và Kỹ thuật
13. Lê Thị Kim Phụng, Lê Anh Kiên (2013),Tối ưu quá trình than hóa vỏ sầu
riêng ứng dụng trong xử lý chất màu, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công
nghệ - Vol. 16, No. 1M (2013)
14. Trịnh Bảo Sơn, Phạm Thị Kiều Chinh, Hà Đoàn Trâm (2019),Hiệu quả khử màu của than trấu từ tính kết hợp nano sắt hóa trị zero đối với thuốc nhuộm
hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công
nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(2):105- 114
15. Tổng cục Môi trường (2011), Tài liệu kỹ thuật Hướng dẫn đánh giá sự phù hợp của công nghệ xử lý nước thải và giới thiệu một số công nghệ xử lý nước thải đối với ngành chế biến thủy sản, dệt may, giấy và bột giấy
16. Huỳnh Thị Thu Trang (2017), Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu2+, Cd2+ trong nước của vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã trà và ứng dụng trong xử lí
nước thải xi mạ, Đại học Sài Gòn
17. Nguyễn Thị Thùy Trang, Nguyễn Thành Trung (2016), Nghiên cứu đánh giá năng lực hấp phụ và ảnh hưởng của một số yếu tố đến năng lực hấp phụ màu
trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu diatomite phủ chitosan, Phân viện
BHLĐ và BVMT Miền Trung
18. Đặng Lê Minh Trí (2012),Nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải ngành dệt nhuộm bằng chitosan khâu mạch bức xạ có nguồn gốc từ
vỏ tôm, Luận văn thạc sỹ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học
Quốc gia Hà Nội
19. Trần Thị Tú, Trương Quý Tùng, Hoàng Trọng Sỹ (2014),Khả năng hấp phụ
20. Anh Tùng (2015), Than sinh học – Hiệu quả nhờ công nghệ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tạp chí do Trung tâm Thông tin và Thống kê KH&CN Tp. Hồ Chí Minh – Sở KH&CN Tp. Hồ Chí Minh xuất bản.
21. Nguyễn Đắc Vinh và cs(2007),Nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm chứa
chất nhuộm cation bằng phương pháp hấp phụ, Tạp chí Bảo hộ Lao động,
Khoa học công nghệ chuyển giao
II. TIẾNG ANH
22. Dhuha D. Salman, Wisam S. Ulaiwi và N.M.Tariq (2012),Determination the optimal conditions of methylene blue adsorption by the chicken egg shell
membrane, Internationnal Journal of Poultry Science, volume 11, page 391-396.
23. Divine D. Sewu, Patrick Boakye, SeungH. Woo(2017), Highly efficient adsorption of cationic dye by biochar produced with Korean cabbage
waste.,Bioresource TechnologyVolume 224, Pages 206-213
24. Ekta Khosla, Satindar Kaur &Pragnesh N. Dave (2015), Ionic dye adsorption
by zinc oxide nanoparticles, Chemistry and E cology, Volume 31, Issue 2,
Pages 173-185
25. H. Ruffer, K.H. Rosenwinkel (1991), Taschenbuch der
Industrieabwasserreinigung, R. Oldenburg Verkag Munchen Wien
26. Lehmann J, Gaunt J, Rondon M. (2006), Biochar sequestration in terrestrial
ecosystems – areview, Mitigation and Adaptation Strategies for Global
Change, 11, 403-427
27. Muhammad Saif Ur Rehman, Kim Ilgook, Naim Rashid, Malik Adeel Umer, Muhammad Sajid, Jong‐In Han (2015),Adsorption of Brilliant Green Dye on
Biochar Prepared From Lignocellulosic Bioethanol Plant Waste, CLEAN –
Soil, Air, Water/Volume 44, Issue 1
28. Tan,I.A.W., Hameed, B.H. (2010), Adsorption studies of basic dye on activated carbon derived from oil palm empty fruit bunch, Journal of Applied Science, 10(21), 25652572
29. Velmurugan. P, Rathina kumar. V, Dhinakaran. G (2011), Dye removal from
aqueous solution using low cost absorbent, International journal of
PHỤ LỤC
Máy khuấy từ Cân phân tích 5 số - Model RM 200
Tủ sấy mẫu trong phòng thí nghiệm 70 lít 101-1 - TN70
Máy đo pH
Vỏ trấu thô Than sinh học vỏ trấu
Lắc dung dịch RR24 và than