Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 mL. Cho vào mỗi bình 0.15 g vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH và 25 mL dung dịch Cr(VI) có nồng độ đầu thay đổi: 51.28; 103.19; 154.14; 208.56; 255.13; 303.99; 357.32; 405.99; 455.27; 504.45. Các dung dịch trên được giữ ổn định ở pH =1. Tiến hành lắc trong 120 phút với tốc độ 200 , ở nhiệt độ phòng (). Sau đó xác định nồng độ Cr(VI) trước và sau của Cr(VI) với các điều kiện tối ưu như đã làm khi xây dựng đường chuẩn [9].
Bảng 2- 6 Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI) đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ H(%)
103.19 2.30 97.77 16.82 0.14154.14 7.95 94.84 24.37 0.33 154.14 7.95 94.84 24.37 0.33 208.56 17.36 91.68 31.87 0.55 255.13 31.55 85.03 37.43 0.84 303.99 51.63 83.02 42.06 1.23 357.32 86.94 75.67 45.06 1.93 405.99 121.38 70.10 47.44 2.56 455.27 158.75 65.13 49.42 3.21 504.45 201.15 60.13 50.55 3.98 Nhận xét:
Trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của dung dịch thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ của vật liệu hấp phụ lại giảm.
Điều này được giải thích như sau: Tốc độ hấp phụ tuân theo quy luật với : độ phủ
Ở nồng độ thấp (dung dịch loãng), =const, khi nồng độ tăng thì tăng tuyến tính. Tuy nhiên, giai đoạn này chỉ tồn tại ở một giới hạn nhất định tuỳ thuộc vào bản chất ion và chất hấp phụ. Sau đó, nếu tiếp tục tăng nồng độ thì tăng không đáng kể và đến một mức nào đó nếu tiếp tục tăng nồng độ thì hầu như không tăng nữa thậm chí có thể giảm đi [9].
Nước thải
Hố gom
Bể điều hòa Song chắn rác
Bể tách dầu
Tháp hấp phụ bằng bã chè biến tính, hấp phụ 1 bậc hay nhiều bậc Bể chứa nước sau xử lý
Bể chứa dầu Bể axit hóa
NaOH trung hòa Nước thải đạt tiêu chuẩn loại A QCVN 24:2009/BTNMT Axit PH=1
2.4.1. Mô hình xử lý nước thải mạ điện Cr(VI)
Sơ đồ công nghệ tổng quát được đề xuất như hình 2-7. Nước thải được thu gom về các hố gom, qua song chắn rác để tách các vật trôi nổi, rác sạn lớn. Sau đó nước thải tiếp tục đến bể điều hòa, cát sạn nhỏ cũng được lắng lại ở đây. Vì nước thải mạ điện có các chất hoạt động bề mặt, dẫu mỡ, chất tạo bông nên được tiếp tục qua bể tách dầu. Phần dầu tách ra được đưa đến bể chứa. Nước tách dầu được đưa đến bể axit hóa, tại đây nếu pH >1 phải axit hóa bằng dung dịch . Tháp hấp phụ chứa VLHP. Có thể thiết kế quy trình hấp phụ một bậc hay nhiều bậc tùy theo tính chất, lưu lượng nước thải đầu vào. Tại đây Cr(VI) được tách ra khỏi nước thải. Nước qua bể chứa sau xử lý và trung hòa bằng NaOH. Tiêu chuẩn nước đầu ra đạt loại A QCVN 2009/BTNMT [9].
2.4.2. Xử lý đồng Cu(II)
Các thí nghiệm được thực hiện trong một hệ thống dòng chảy liên tục. Hình 2-8 và 2-9 mô tả mô hình cột hấp phụ nghiên cứu khả năng hấp thụ các ion kim loại như , ,…của
Hình 2- 8 Sơ đồ mô hình nghiên cứu theo phương pháp hấp phụ động trên cột
Hình 2- 9 Mô hình nghiên cứu thực tế theo phương pháp hấp
vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH dưới dạng sơ đồ và mô hình thực tế.
Mô hình nghiên cứu bao gồm cột hấp phụ là buret cao 25 cm, đường kính trong là 1 cm được đặt thẳng đứng, van điều chỉnh lưu lượng và bình chứa dung dịch đầu vào. Cột hấp phụ được cố định trên giá đỡ, tiến hành nhồi vào cột vật liệu hấp phụ biến tính có khối lượng xác định sao cho không còn bọt khí lớp vật liệu hấp phụ được cố định bởi lớp bông thủy tinh như trong hình 2-9. Trước mỗi thí nghiệm khảo sát, cho nước cất để loại bỏ tạp chất và hạn chế bọt khí. Cho chảy qua cột dung dịch chứa các ion cần bị hấp phụ với nồng độ và pH xác định, thiết lập hệ liên tục tốc độ dòng chảy được điều chỉnh bởi van lưu lượng. Dung dịch sau khi chảy qua có thể tích bằng thể tích lượng của vật liệu hấp phụ là kết thúc giai đoạn xử lý thứ nhất, được đem đi phân tích để xác định nồng độ thoát của ion kim loại tại đầu ra của cột hấp phụ và đánh giá được khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH[28].
Hình ảnh phổ hồng ngoại (FT - IR) của vật liệu hấp phụ bã chè chưa biến tính, biến tính KOH và .
Hình 2- 10 Ảnh phổ hồng ngoại của vật liệu hấp phụ bã chè chưa biến tính
Kết quả chụp phổ hồng ngoại của bã chè chưa biến tính và biến tính KOH được trình bày trong hình 2-10 và 2-11.
Phân tích quang phổ hồng ngoại của bã chè chưa biến tính (hình 2-10) cho thấy vân phổ rộng ở 3423.28 , đại diện cho nhóm . Vân phổ ở tần số 2924.87 cho thấy sự hấp thụ của nhóm no. Tại tần số 1736.29 có một vân phổ có thể gán cho nhóm cacbonyl (cacboxylic). Dải hấp thụ có tần số từ 1671.60 và 1629.16 tương ứng với sự hấp thụ của nhóm kéo dài liên hợp với . Vân phổ quan sát thấy ở 1544.29 tương ứng với nhóm amin bậc hai. Sự hấp thụ của nhóm đối xứng đƣợc chỉ ra tại vân phổ 1335.13 . Các vân phổ quan sát thấy ở 1456.38; 1236.13; 1036.03 có thể gán cho sự hấp thụ của nhóm do , và [17], [19], [21].
Khi so sánh phổ hồng ngoại bã chè chưa biến tính và biến tính KOH ở hình 2-10 và
hiện tại các tần số 2859.35; 1152.75; 822.84 . Vân phổ biến mất trên bề mặt vật liệu hấp phụ được phát hiện tại các tần số 2930.18; 1671.64; 798.09 . Những thay đổi này cho thấy đã chế tạo thành công vật liệu hấp phụ bã chè biến tính bằng KOH và các nhóm chức bề mặt cacboxylate, phenolic, nhóm hydroxyl và oxyl thơm trên bề mặt vật liệu hấp phụ vẫn chiếm ưu thế [19].
Phân tích quang phổ hồng ngoại của vật liệu hấp phụ bã chè biến tính có vân phổ ở 3402.43 đại diện cho sự hấp thụ của nhóm . Vân phổ ở tần số 2920.23; 2854.65 cho thấy sự hấp thụ của nhóm no. Tại tần số 1701.22; 1620.21 có thể gán cho nhóm cacbonyl (cacboxylic). Vân phổ quan sát thấy ở 1450.47 tương ứng với dao động biến dạng của nhóm . Dao động hóa trị đối xứng của nhóm được chỉ ra tại vân phổ 1311.59; 1188.15 [22].
Từ hình 2-13 và 2-14 ta thấy: Sau khi được biến tính, hoạt hóa, các lỗ xốp lớn của vật liệu hấp phụ bã chè chưa biến tính bị mất đi một phần, xuất hiện nhiều lỗ xốp dạng lớp, tạo nên nhiều khoảng trống trên bề mặt hơn, có tiềm năng ứng dụng làm chất hấp phụ, chính điều này đã làm thay đổi đáng kể diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ bã chè
có biến tính.
Hình 2- 14 Ảnh SEM của bã chè biến tính Hình 2- 13 Ảnh SEM của bã chè biến tính KOH
Vật liệu hấp phụ từ bã chè ta thấy nó ứng dụng tốt trong đời sống hiện nay giúp nguồn nước bớt bị ô nhiễm, giá thành rẻ dễ sử dụng không gậy ô nhiễm môi trường.
Là nguồn nguyên liệu giá rẻ, việc sử dụng bã chè giúp tận dụng nguồn phế phẩm có giá trị thấp, bên cạnh đó bã chè có tiềm năng để thay thế vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tổng hợp, có khả năng hấp phụ tốt các kim loại nặng trong nước thải.
Thành phần chính của lá chè là các gluxit gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ và một số chất khác. Trong đó, xenlulozơ và hemixenlulozơ kết hợp với nhau gọi là holoxenluzơ. Do có nhiều nhóm – OH nên có liên kết hidro trong phân tử. Điều này thuận lợi cho khả năng hấp phụ. Tanin: là một trong những thành phần chủ yếu quyết định đến phẩm chất của chè. Tatin chiếm khoảng chất khô trong chè, được gọi chung là hợp chất fenol và Lignin: chiếm khoảng
Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè được biến tính được sử dụng nhiều trong lĩnh vực đời sống bởi mang lại hiệu quả tốt kích thước hạt nhỏ gọn dễ sừ dụng và tiện lợi.
Trong tương lai không xa,các công trình nghiên cứu khoa học tìm hiểu và phát triển vật liệu hấp phụ ngày càng đa dạng, ứng dụng trong lĩnh vực đời sống.
Cần tìm hiểu thêm về qui trình điều chế tiện lợi giá thành rẻ, mang lại hiệu quả cao. Nhóm hi vọng đề tài này giúp bạn đọc sẽ hiệu hơn về vật liệu hấp phụ từ bã chè, cũng như các tính chất, đặc điểm, ứng dụng vả quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ. Đồng thời nhóm mong nhận được sự góp ý, phẹ bình của quí thầy cô và các bạn đọc để đề tài được hoàn thiện hơn.
[1]. Đặng Đình Bạch (2000), Giáo trình hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Đặng Kim Chi (2005), Hóa học môi trường, NXB Khoa học và Kỹ thuật- Hà Nội
[3]. Huỳnh Thu Nga (2016), Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh trong môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính, Luận văn thạc sĩ khoa học vật chất, Đại học Thái Nguyên Trường Đại học Sư Phạm.
[4]. Bùi Hải Ninh (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng của polianilin đến cấu trúc PbO2, Luận văn thạc sĩ khoa học hóa học, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[5]. Hồ Sĩ Tráng (2006), Cơ sở hóa học gỗ và xenluloza, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội.
[6]. Đỗ Trà Hương và Trần Thúy Nga (2014), Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh bằng vật liệu bã chè, tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 19, Số 4/2014, trang 27-32.
[7]. Đỗ Trà Hương (2016), Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh trong môi trường nước sử dụng vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã chè biến tính, Luận văn thạc sĩ khoa học vật chất, Đại học Thái Nguyên
[8]. Nhan Hồng Quang (2009), “Xử lý nước thải mạ điện chrome bằng vật liệu biomass”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 3(32), tr 1-9.
[9]. Mai Quang Khuê (2015), Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện, Luận văn thạc sĩ khoa học vật chất, Đại học Thái Nguyên Trường Đại học Sư Phạm.
[10]. Đặng Văn Thành, Đỗ Trà Hương, Hà Ngọc Nghĩa, Nguyễn Ngọc Minh (2016), Chế tạo chất hấp phụ từ bã chè và ứng dụng cho hấp phụ thuốc diệt cỏ 2,4- Dicholorophenenoxyaxetic axit trong môi trường nước, Tạp chí Hóa học, số 6, trang 291- 295.
[11]. Trần Tứ Hiếu (2003), Phân tích trắc quang phổ hấp thụ UV-Vis, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[12]. Rajesh Madhu, Kalimuthu Vijaya Sankar, Shen-Ming Chen, Ramakrishnan Kalai Selvan, (2014) ―Eco-friendly synthesis of activated carbon fromdead mango
[13]. S. Senthilkumaar, P.R. Varadarajan, K. Porkodi, C.V. Subbhuraam, (2005) ―Adsorptionof methylene blue onto jute fiber carbon: kinetics and equilibrium studies‖, J.Colloid Interf. Sci. 284,pp 78-82.
[14]. T Celal Durana, Duygu Ozdesa, Ali Gundogdub, Mustafa Imamogluc, Hasan Basri Senturk, (2011) “Tea- industry waste activated carbon, as a novel adsorbent for separation,preconcentration and speciation of chromium‖. Analytica Chimica Acta .688, pp 75-83.
[15]. R.C.Sun et al, Structural and physico – chemical characterization of lignin solubilized during alkaline peroxide treament of barley straw, European Polymer Journal, 2002, 38, 1399 – 1407.
[16]. R N. Nasuha, B.H. Hameed, Azam T. Mohd Din, (2010),“Rejected tea as a potential low-cost adsorbent for the removal of methylene blue”. Journal of Hazardous Materials, 175, pp 126-132.
[17]. Md. Tamez Uddin, Md. Akhtarul Islam, Shaheen Mahmud, Md. Rukanuzzaman, (2009), “Adsorptive removal of methylene blue by tea waste”. Journal of Hazardous Materials, 164, pp 53–60.
[18]. N. Dizadji; N. Abootalebi Anaraki, (2011), “Adsorption of chromium and copper in aqueous solutions using tea residue”. Int. J. Environ. Sci. Tech, 8 (3), pp 631- 638.
[19]. Xiaoping Yang, Xiaoning Cui, (2013) “Adsorption characteristics of Pb(II) on alkali treated tea residue”. Water Resourcesand Industry, 3, pp 1-10.
[20]. J.M. Salmana, V.O. Njokua,b, B.H. Hameeda; (2011), “Adsorption of pesticides from aqueous solution onto banana stalk activatedcarbon”, Chemical Engineering Journal, 174, pp 41– 48
[21]. P. Panneerselvam, Norhashimah Morad, Kah Aik Tan, (2011)“Magnetic nanoparticle (Fe3O4) impregnated onto tea waste for the removal of nickel(II) from aqueous solution”, Journal of Hazardous Materials, 186, pp 160-168
[22]. C. Duran, et al. (2011), "Tea-industry waste activated carbon, as a novel adsorbent, for separation, preconcentration and speciation of chromium.", Analytica Chimica Acta, 688(1), pp. 75-83.
[24].http://tancuongtea.com.vn/bvct/che-thai-nguyen/51/thanh-phan-sinhhoa-va- hinh-thai-cua-cay-che-thai-nguyen.html [25].http://www.chelangson.com/khai-quat-chung-ve-cay-che-tinh-hinh-sanxuat- tieu-thu-che-tren-the-gioi-va-o-viet-nam-18-45-171-CMCDT.htm [26]. http://www.fibersource.com/F-TUTOR/cellulose.htm. [27].https://kienthuc.net.vn/khoe-dep/7-tac-dung-tuyet-voi-cua-ba-che-khong-biet- hoi-phi-871456.html#p-1 [28].https://tailieumau.vn/hap-phu-ion-cu2-cd2-trong-nuoc-cua-vat-lieu-che-tao-tu- ba-tra/