Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở
trên, tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại và các hệ số của phương trình Langmuir và Freundlich theo phần a mục 1.3.2 chương 1. Kết quả thể hiê ̣n trong bảng 7.
Bảng 7. Các thông số động học trong phƣơng trình Langmuir và Freundlich của mẫu than CAS150
Langmuir Freundlich
Q0 (mg/g) b R2 n kf R2
234,7 0,068 0.9953 1,562 1,9952 0,9873
Bảng kết quả trên cho thấy hệ số tương quan R2 là rất cao, chứng tỏ cả hai mơ hình đều phù hợp với kết quả thực nghiệm. Theo mơ hình Langmuir ta thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại là khá cao . So sánh với dung lượng hấp phu ̣ đơn lớp của than chế ta ̣o từ bu ̣i bơng là 160,3mg/g thì dung lượng hấp phụ đơn lớp của mẫu than CAS150 là 234,7 mg/g là khá cao. Phương trình Freundlich có giá trị n là 1,562 chứng tỏ quá trình hấp phu ̣ cũng tương đối hi ệu quả vì theo Sandro Altenor và nnk (2009) cũng như một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng giá trị n nằm trong khoảng 2 đến 10 thì đặc trưng cho quá trình hấp phụ tốt
y = 0,639x + 0,300 R² = 0,983 lg q e lgCe
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo khối lượng than
Nghiên cứu khả năng hấp phụ được tiến hành theo mẻ với 1g và 2g mẫu than CAS150 kích thước 2mm và 200 ml dung dịch xanh metylen nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L, kết quả khảo sát khả năng hấp p hụ được thể hiện ở bảng 8, khoảng 2 đến 10 thì đặc trưng cho quá trình hấp phụ là tốt.
Bảng 8. Kết quả khảo sát khả năng hấp phu ̣ màu (xanh metylen) theo khối lƣơ ̣ng than mẫu than CAS150
Thời gian hấp phu ̣ (phút)
0 10 25 55 70 85 115
Nồng đô ̣ xanh metylen còn lại sau hấp phu ̣
(mg/L) (1g/200ml) 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,82 19,34 15,41 10,62 6,02 5,9 80 69,38 54,17 39,32 29,75 16,23 16,1 100 86,27 63,6 43,73 35,71 26,08 25,92
Nờng đơ ̣ xanh metylen cịn lại sau hấp phu ̣
(mg/L) (2g/200ml) 20 10,3 6,7 2,4 0,4 - - 40 17,1 12,5 5,6 2,1 0,9 - 80 45,8 39,6 10,7 8,5 2,2 0,8 100 63,2 57,4 19,6 13,5 5,4 1,8
Với khối lượng than tăng g ấp đôi 2(g) dựa vào bảng 8, thấy hiê ̣u suấ t hấp phụ màu tăng lên rất nhiều, với nồng đô ̣ xanh metylen thấp như 20 và 40 mg/L hiê ̣u suất hấp phu ̣ màu lên tới 100%.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu( xanh metylen) theo kích thước than
Nghiên cứu khả năng hấp phụ được tiến hành theo mẻ với 1g mẫu than CAS150 kích thước 2mm và 1g mẫu than CAS150 kích thước 0,2mm và 200 ml dung dịch xanh metylen nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L, kết quả khảo sát kh ả năng hấp phụ được cho ở bảng 9.
Bảng 9. Kết quả khảo sát khả năng hấp phu ̣ màu (xanh metylen)theo kích thƣớc than mẫu than CAS150 (lƣợng than/thể tích dung di ̣ch là 1g/200ml) Thời gian hấp phu ̣
(phút)
0 10 25 55 70 85 115
Nồng đơ ̣ xanh metylen cịn lại (mg/L) 2mm 20 12,1 9,8 7,6 5,5 2,6 2,5 40 25,8 19,3 15,4 10,6 6,1 5,9 80 69,4 54,2 39,3 29,7 16,2 16,1 100 86,3 63,6 43,7 35,7 26,08 25,9
Nờng đơ ̣ xanh metylen cịn lại (mg/L) 0,2mm 20 1,53 0 - - - - 40 9,13 5,96 0 - - - 80 57,25 35,19 15,125 9,46 4,05 0,8 100 60,65 48,35 20,76 12,54 3,75 1,2
Nhận xét: Kết quả khảo sát khả năng hấp phu ̣ xanh metylen theo kích thước than với thí nghiệm tiến hành theo mẻ với lượng than CAS150 là 1gam, kích thước 2mm và 0,2mm trong 200ml dung dịch xanh metylen nồng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L. Theo bảng 9 cho thấy kích thước của than ảnh hưởng rất rõ r ệt đến khả năng và tốc độ hấp phụ . Với than kích thước 0,2 mm, tốc đô ̣ hấp phu ̣ màu xảy ra nhanh và hiê ̣u suất hấp phu ̣ của than là rất lớn gần như đa ̣t 100% chỉ sau 55 phút, trong khi than 2mm có thời gian đạt cân bằng khoảng sau 85 phút ở cùng điều kiện thí nghiệm.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
3.2.2. Than chế tạo từ bã dong riềng
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian
Tiến hành thí nghiệm hấp phụ theo mẻ với 2g than hoạt tính và 200 ml dung dịch xanh metylen nồng độ thay đổi trong khoảng 20 - 100 mg/L, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 150 vòng/phút, sau các khoảng thời gian 0; 5; 15; 30; 45; 60 và 90 phút lấy giấy dịch lọc qua giấy lọc. Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng 10.
Bảng 10. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian của than chế tạo tƣ̀ bã dong riềng
Nồng độ dung dịch xanh metylen còn lại (mg/L) Thời gian (phút) Mẫu than(2g) 0 15 30 45 60 90 CAD100 20 16,2 9,6 5,7 4,2 3,8 40 29,3 18,9 13,2 7,8 7,2 80 41,5 33,2 24,7 18,1 14,8 100 50,3 37,3 28,8 24,3 23,9 CAD120 20 14,3 12,6 7,4 1,3 0,8 40 25,2 20,7 15,7 5,3 4,3 80 37,9 27,7 20,7 12,2 12,8 100 56,5 40,6 25,3 22,5 21,8 CAD150 20 17,2 9,3 5,7 0,7 0,4 40 25,7 19,7 15,4 4,4 6,9 80 35,2 24,8 19,6 11,6 11,1 100 51,6 36,3 24,8 18,8 18,2
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Từ kết quả ở bảng 10 dựng đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ màu (xanh metylen) còn lại trong dung dịch theo thời gian hấp phụ ở các nồng độ ban đầu khác nhau được thể hiện ở các hình dưới đây:
a)
b)
c)
Hình 14. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu ( xanh metylen) theo thời gian của các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng:
a) Mẫu than CAD100 b) Mẫu than CAD120 c) Mẫu than CAD150 Kết quả của bảng 10 và các hình 14 cho thấy rằng: khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) tăng theo thời gian hấp phụ (nồng độ xanh metylen giảm theo thời
N ồng đ ộ xanh m ety len cò n lạ i sa u h ấp phụ (m g/L)
Thời gian hấp phụ (phút)
20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) N ồng đ ộ xanh m ety len cò n lạ i sau h ấp phụ (m g/L)
Thời gian hấp phụ (phút)
20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L) N ồng đ ộ xanh m ety len cò n lạ i sau h ấp phụ (m g/L )
Thời gian hấp phụ (phút)
20 (mg/L) 40 (mg/L) 80 (mg/L) 100 (mg/L)
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
gian hấp phụ), thời gian đạt cân bằng hấp phụ là khoảng 60 phút. Và hiệu suất hấp phụ của các mẫu than đạt được là khá cao, trên 75%.
Kết quả hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen), tính theo cơng thức (10) tại thời điểm cân bằng hấp phụ, được thể hiện ở bảng 11.
Bảng 11. Kết quả hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen) tại thời điểm cân bằng hấp phụ của than chế tạo từ bã dong riềng
Hhp % Co (mg/L) Loại than 20 40 80 100 CAD100 79 80,5 77,3 75,3 CAD120 93,5 86,7 82,2 77,5 CAD150 96,5 89,0 85,5 82,0
Từ kết quả ở bảng 11 ta có thể thấy hiê ̣u suất hấp phu ̣ màu tăng lên khi tỷ lê ̣ axit/ bã dong riềng tăng, vớ i mẫu than CAD120 và CAD150 hiệu suất hấp phu ̣ cao đối với nồng đô ̣ là 20 mg/L và giảm dần khi nồng đô ̣ xanh metylen tăng dần nhưng đới với mẫu than CAD100 thì hiệu śt hấp phụ cao nhất với nồng độ là 40 mg/L.
Kết quả xác định dung lượng hấp phụ cực đại và động học quá trình hấp phụ theo phương trình đẳng nhiê ̣t hấp phu ̣ Langmuir và Freundlich
Từ kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian hấp phụ thể hiện trong b ảng 10 ở trên tính được dung lượng hấp phụ màu (xanh metylen) tại thời điểm cân bằng hấp phụ theo công thức (11) và kết quả được thể hiện ở bảng 12.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Bảng 12. Các thông số động học Ce và qe tại thời điểm cân bằng của than chế tạo từ bã dong riềng
CAD100 CAD120 CAD150
Co (mg/L) Ce (mg/L) qe (mg/g) Ce (mg/L) qe (mg/g) Ce (mg/L) qe (mg/g) 20 4,2 1,58 1,3 1,87 0,7 1,93 40 7,8 3,22 5,3 3,47 4,4 3,56 80 18,2 6,18 14,2 6,58 11,6 6,84 100 24,7 7,53 22,5 7,75 18,8 8.12
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Từ kết quả bảng 12 ở trên dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
a) Mẫu than CAD100
b) Mẫu than CAD120
c) Mẫu than CAD150
Hình 15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng y = 0,059x + 1,798 R² = 0,945 Ce/qe qe y = 0,097x + 0,769 R² = 0,961 Ce/qe qe y = 0,097x + 0,509 R² = 0,930 Ce/qe qe
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Kết quả đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than CAD100; CAD120; CAD150 theo thực nghiệm:
a) Mẫu than CAD100
b) Mẫu than CAD120
c) Mẫu than CAD150
Hình 16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng y = 0,867x - 0,310 R² = 0,988 lgqe lgCe y = 0,514x + 0,199 R² = 0,992 lgqe lgCe 0,909 y = 0,450x + 0,329 R² = 0,974 lgqe lgCe
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở trên, tính tốn dung lượng hấp phụ cực đại và các hệ số của phương trình Langmuir và Freundlich. Được bảng kết quả dưới đây:
Bảng 13. Kết quả tính toán các hệ số Langmuir và Freundlich của các mẫu than chế ta ̣o tƣ̀ bã dong riềng
Langmuir Freundlich Các hệ số Mẫu than Qo (mg/g) b R 2 n Kf R2 CAD100 168,6 0,033 0,9457 1,15 2,065 0,9883 CAD120 103 0,126 0,9613 1,943 1,58 0,9922 CAD150 102,9 0,19 0,9306 2,22 2,13 0,974
Bảng kết quả trên cho thấy hệ số tương quan R2 là rất cao, chứng tỏ cả hai mơ hình đều phù hợp với kết quả thực nghiệm.Tuy nhiên mơ hình Freundlich là phù hợp hơn (R2 > 0,93). Theo mơ hình Langmuir ta thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại là khá cao và theo mơ hình này thì dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại của mẫu than CAD100 là lớn nhất (168,6 mg/g). Nhưng theo mơ hình Freundlich các hệ số đặc trưng của mẫu CAD150 là lớn nhất n = 2,22; Kf = 2,13. Điều này chứng tỏ quá trình hấp phụ màu (xanh metylen) của mẫu CAD150 là khá tốt. Theo Trayball (1980), giá trị n nằm trong khoảng 2 đến 10 thì đặc trưng cho quá trình hấp phụ là tốt.
So sánh khả năng hấp phụ của than chế tạo từ bã sắn và bã dong riềng
Thí nghiệm với 2g mẫu than CAS150 ; CAD150 kích thước 2mm với dung di ̣ch xanh metylen nồng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L. Kết quả lấy từ bảng 8 và bảng 10 đươ ̣c thể hiê ̣n ở bảng 14.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Bảng 14. Kết quả so sánh khả năng hấp phu ̣ màu (xanh metylen) của than CAS150 và CAD150 (khối lƣợng/thể tích dung di ̣ch là 2g/200ml)
CAS150 Thời gian hấp phu ̣
(phút) 0 10 25 55 70 85 115
Nờng đơ ̣ xanh metylen cịn lại (mg/L) 20 10,3 6,7 2,4 0,4 - - 40 17,1 12,5 5,6 2,1 0,9 - 80 45,8 39,6 10,7 8,5 2,2 0,8 100 63,2 57,4 19,6 13,5 5,4 1,8 CAD150 Thời gian hấp phu ̣
(phút) 0 15 30 45 60 90
Nồng đơ ̣ xanh metylen cịn lại (mg/L)
20 17,2 9,3 5,7 0,7 0,4
40 25,7 19,7 15,4 4,4 6,9 80 35,2 24,8 19,6 11,6 11,1 100 51,6 36,3 24,8 18,8 18,2
Từ kết quả bảng 14 ta thấy với hai mẫu than CAS 150 và CAD150 cùng khối lươ ̣ng, cùng tỷ lệ axit hoạt hóa , các điều kiện tiến hành thí nghiệm tương đương nhau, thấy khả năng hấp phu ̣ màu (xanh metylen ) của mẫu than CAS 150 cao hơn nhiều so với mẫu than CAD 150, tuy nhiên hiệu suất chế ta ̣o than CAS 150 là 56,8% thấp hơn so với hiê ̣u suất chế ta ̣o của than CAD150 là 74,6%
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận:
Từ các kết quả nghiên cứu thu được có thể đưa ra một số kết luận sau:
1. Hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã sắn đạt được tương ứng là : 41,2;
54,4 và 56,8% đối vớ i các mẫu than CAS100; CAS120; CAS150 theo khối lượng, hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã dong riềng cao hơn so với từ bã sắn, tương ứng với các mẫu than CAD100; CAD120; CAD150 thì hiệu suất đạt được tương ứng là 52,3; 64,5 và 74,6%. Vậy hiệu suất đạt được cao nhất với tỉ lệ axit:bã là 1,5:1 (căn cứ bảng 3, bảng 4).
2. Hình thái bề mặt quan sát qua kết quả chụp SEM cho thấy bề mặt than rất xù xì, các hạt có kích thước cũng như hình dạng khác nhau, có nhiều lỗ rỗng với các kích thước khác nhau; điều đó có thể nhận xét rằng than rất xốp và có diện tích bề mặt lớn. Đối với mẫu than CAS150 kích thước lỗ rỗng đạt 5 μm, diện tích bề mặt riêng khá cao đạt 428 và 254m2/g tương ứng với kích thước hạt 0,2 và 2mm của than CAS150, có thể khẳng định tỷ lệ axit càng lớn độ xốp của than càng lớn. Vì vậy có thể nói q trình đốt cùng axit đã tạo nên than có bề mặt rất xốp và diện tích bề mặt riêng đạt được có thể lớn.
3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của than chế tạo , với nồng độ xanh metylen trong khoảng 20 - 100 mg/L, cho thấy cân bằng hấp phụ của than chế tạo từ bã sắn và bã dong riềng đạt tương ứng sau 85 phút và sau 60 phút. Hiệu suất hấp phụ tại thời điểm cân bằng của các mẫu than CAD150, CAS150 là max lần lượt là 82 và 74% với nồng đô ̣ xanh metylen 100mg/L, tương ứng với tỷ lệ than/dung dịch xanh metylen là 1g/200ml, 2g/200ml
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ mà u (xanh metylen) phụ thuộc vào kích thước than cho thấy với mẫu than CAS150 ta thấy tốc độ và hiê ̣u suất hấp phu ̣ màu (xanh metylen) của than kích thước 0,2mm cao hơn so vớ i than có kích thước 2mm.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen ) theo khối lượng than với mẫu than CAS 150 kích thước 2mm thấy hiệu suất hấp phu ̣ than tăng khi tăng khối lươ ̣ng than.
Kết quả khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thu được dung lượng hấp phụ màu (xanh metylen) đơn lớp tối đa của các mẫu than CAD100; CAD120; CAD150; CAS150 lần lượt là 168,6; 103; 102,8 và 234,7 mg/g.
Khuyến nghị:
Từ các kết quả đạt được và một số điều kiện về thời gian và không gian tiến hành thí nghiệm, cũng như giới hạn của luận văn có thể đưa ra một số kiến nghị như sau:
1. Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã sắn và bã dong riềng bằng các phương pháp điều chế than hoạt tính khác nhau, có thể áp dụng các quy trình điều chế than của các nguồn nguyên liệu đã có trước đây, đặc biệt lưu ý tới các phương pháp vật lý điều chế than
2. Khảo sát khả năng hấp phụ của than điều chế được với nhiều đối tượng khác như các VOCS để thấy khả năng ứng dụng của nó trong xử lý mơi trường.
3. Khảo sát khả năng hấp phụ màu trong nước thải thực tế tại các nhà máy nước thải dê ̣t nhuô ̣m.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Viê ̣t
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập hóa lý, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
2. Lê Thanh Chiến (2010), “Nghiên cứu sử dụng quả gỗ đước để sản xuất đồ
mộc, than hoạt tính”, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam,
http://www.fsiv.org.vn
3. Trịnh Xuân Đại (2009), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu
hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước”, Luận án Cao học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
4. Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hoà (2008), “Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD
trong nước thải nhuồm bằng cacbon hoạt hoá chế tạo từ bụi bơng”, Tạp chí
Khoa học - Khoa học Tự nhiên và Công nghệ,, ĐHQG Hà Nội,. Khoa học