Ứng dụng của vỏ bưởi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.8.2. Ứng dụng của vỏ bưởi

Vỏ bưởi có rất nhiều công dụng bổ ích trong cuộc sống như: vỏ bưởi có thể dùng

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 22

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

chế biến các món ăn giải nhiệt mùa hè, khử các mùi tanh trong nhà bếp,… Ngoài việc chiết suất tinh dầu, vỏ bưởi còn được áp dụng vào xử lý môi trường như xử lý kim loại nặng, xử lý nước thải dệt nhuộm hay dầu tràn.

1.8.3. Các công trình nghiên cứu

Hiện nay trên thế giới đã sử dụng vỏ bưởi trong xử lý kim loại nặng, metylen xanh và dầu tràn. Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn chưa có công trình nào vỏ bưởi.

❖ Kim loại nặng:

- Năm 2012, nhóm tác giả Yuanyuan Pei và Jingyong Liu- Khoa Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Đại học Công nghệ Quảng Đông, Trung Quốc đã sử dụng vỏ bưởi được kích hoạt bằng ZnCl2 để loại bỏ Pb (II) trong dung dịch. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt

ở bảng 1.8. [19]

Bảng 1.8: Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 100 mg/l

Kim loại

Pb (II)

- Năm 2014, tác giả Penpun Tasaso đã sử dụng vỏ bưởi để loại bỏ Cu (II) trong dung dịch. Quy trình này được thực hiện dựa trên các điều kiện tối ưu vở bưởi chưa tách pectin và vỏ bưởi đã tách pectin. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.9 [22]

Bảng 1.9: Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Cu2+ trong dung dịch Cđ = 125 mg/l

Vỏ bưởi

Không tách

TS. Tống Thị Minh Thu

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

- Năm 2016, nhóm nghiên cứu Sasiwimol Chanmalee, Pisit Vatanasomboon, Chaowalit Warodomrungsimun, Mahidol University, Thailand đã sử dụng vỏ bưởi loại bỏ Pb (II) trong dung dịch. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.10.[23]

Bảng 1. 10 Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 10 mg/l

Kim loại

Pb (II)

❖ Metylen xanh:

- Năm 2009, nhóm nghiên cứu Jianlong Li đã sử dụng vỏ bưởi được biến tính bởi

NaOH để hấp phụ metylen xanh. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.11. [32]

Bảng 1. 11: Kết quả vỏ bưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 300 mg/l

Vỏ bưởi

Vỏ bưởi thô Vỏ bưởi xử lý

bằng NaOH

- Tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu Koninika Tanzim, M. Z. Abedin đã sử dụng vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh. Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.12. [18]

Dung dịch

Metylen xanh

TS. Tống Thị Minh Thu

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

❖ Xử lý nước nhiễm dầu:

- Năm 2015, nhóm tác giả Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Junchen Zou, Xinying Zhang, Beibei Li, Tiantian Yin đã sử dụng vỏ bưởi được xử lý bề mặt với anhydride và styrene làm chất hấp phụ để loại bỏ ô nhiễm dầu. Quy trình biến tính: vỏ bưởi sau khi thu thập về được rửa bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi bẩm, sau đó đem đi sấy khô trong lò ở 60 oC đến khối lượng không đổi. Lấy phần cùi trắng bỏ phần vỏ bên ngoài rồi sau đó nghiền thành hạt và sàng lọc ở kích thước 0,25 đến 1,00 mm. Sau đó đem đi sấy khô ở 60 oC trong 48 giờ và được bảo quản để sử dụng. Kết quả hấp phụ đạt 18,9 g/g đối với vỏ bưởi được xử lý bằng anhydrid và 26,36 g/g đối với vỏ bưởi được xử lý bằng styren. [17]

- Năm 2015, nhóm tác giả Junchen Zou, Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Beibei Li, Xinying Zhang & Tiantian Yin đã sử dụng vỏ bưởi từ tính như một chất hấp phụ mới làm nguyên liệu cho nước bị ô nhiễm dầu. Các tác giả đã nghiên cứu động học hấp phụ và cân bằng diesel từ dung dịch nước trên vỏ bưởi đã được xử lý theo một quy trình hàng loạt. Các nghiên cứu cho thấy hệ số tương quan tốt đối với mô hình động học đẳng nhiệt Freundlich. Kết quả cho ra khả năng hấp phụ tối đa của vỏ bưởi là 27,98 g/g. [19]

1.9. Các phương pháp phân tích – xác định chỉ tiêu nước thải 1.9.1. Phương pháp quan sát kính hiển vi điện tử quét SEM

Kính hiển vi điện tử quét (tiếng Anh: Scanning Electron Microscope, viết tắt là SEM), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt

1.9.2. Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt (BET)

BET (Brunauer – Emmett – Teller) lý thuyết nhằm giải thích hấp phụ vật lý của phân tử khí trên bề mặt vững chắc và là cơ sở cho kỹ thuật phân tích quan trọng để đo diện tích bề mặt riêng của vật liệu.

Diện tích bề mặt của vật liệu thường được xác định bằng phân tích BET đường hấp

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 25

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

phụ đẳng nhiệt khí N2 ở - 196 °C, nhưng đôi khi có thể sử dụng các đầu đo với khí hấp phụ khác. Kích thước lỗ xốp trong khoảng meso đến microporous (đường kính trong khoảng 0 - 500 Å) được xác định bằng phân tích BJH hoặc DA đường hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 ở - 196 °C hoặc đường hấp phụ đẳng nhiệt khí CO2 ở - 10 °C nhằm nâng cao độ phân giải trong khoảng micropore.

1.9.3. Phương pháp phổ hồng ngoại IR

Phổ hồng ngoại là phương pháp đo sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại (IR) khi nó đi qua một lớp chất cần thử, ở các số sóng khác nhau vùng bức xạ hồng ngoại sử dụng trong các máy quang phổ IR thường là 600 cm-1 – 400 cm-1, các máy hiện nay có thể mở rộng vùng bức xạ (100 cm-1 – 10000 cm-1).

Trong phân tử khi có nhóm nguyên tử nào đó hấp phụ năng lượng và thay đổi trạng thái dao động thì tạo nên một dải hấp thụ trên phổ IR. Có mối liên quan giữa nhóm nguyên tử và dải hấp thụ nên có thể dựa vào sự có mặt của dải hấp phụ để nhận biết một nhóm chức nào đó. Nhiều nhóm chức có các dải phổ hấp thụ đặc trưng, đây là cơ sở của việc phân tích cấu trúc IR. Việc xác định được sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử giúp chúng ta có thể dùng phổ hồng ngoại IR để định tính một chất.

1.9.4. Phương pháp đo quang phổ hấp phụ Uv – Vis

Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử UV-VIS dựa vào hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạ điện từ. Bước sóng được sử dụng từ 200 đến 800 nm. Hiện tượng bức xạ điện từ tuân theo định luật Lamber-Beer.

Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên sự tạo phức mầu của các ion với thuốc

thụ quang khác nhau. Độ hấp thụ quang được xác định theo định luật Lamber-Beer theo phương trình:

A = Ɛ.l.C Trong đó:

Ɛ: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới.

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 26

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

l: Chiều dày của cu vét C: Nồng độ chất phân tích.

Khi l và Ɛ không đổi, độ hấp thụ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ. Vì vậy, khi xây dựng được đường chuẩn biểu thị mối quan hệ giữa độ hấp thụ và nồng độ C trong từng trường hợp cụ thể sẽ dễ dàng xác định được nồng độ chưa biết của một chất thông qua độ hấp thụ quang. Giới hạn phát hiện của phương pháp cỡ 10-5M – 10-6M.

1.9.5. Phương pháp xác định pH

Chúng ta cần biết pH là chỉ số xác định tính chất hóa học của dung dịch, với nước là chỉ số đo hoạt động của các ion Hydro (H+) trong nước. Thang đo pH được chia từ 0 – 14, nước trung tính có chỉ số pH = 7, nước có nồng độ pH < 7 được gọi là nước có tính axit, pH > 7 là nước có tính kiềm.

Đo nồng độ pH có trong đất, nước, mẫu thí nghiệm… là việc làm phổ biến hiện nay bởi nồng độ pH có tác động trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật, ảnh hưởng đến sức khỏe con người cũng như là công việc thường xuyên tại các phòng y tế, thí nghiệm hiện nay. Tính đến hiện tại, có 3 phương pháp xác định độ pH được sử dụng phổ biến nhất gồm sử dụng quỳ tím, sử dụng máy đo độ pH và sử dụng chất chỉ thị màu.

1.9.6. Phương pháp đo góc thấm ướt (contact – angle)

Góc tiếp xúc thông thường được đánh giá thông qua chất lỏng, nơi chất lỏng trên bề mặt chất rắn trong môi trường không khí hay trong môi trường chất lỏng khác…

Khả năng thấm ướt là khả năng loang ra của một chất lỏng trên bề mặt rắn, chẳng hạn

Máy đo góc tiếp xúc: xác định góc tiếp xúc chất lỏng trên bề mặt chất rắn (hoặc sức căng bề mặt của chất lỏng) trong môi trường không khí hay môi trường chất lỏng khác.

Máy đo góc tiếp xúc có khả năng xác đinh khả năng thấm ướt của bề mặt rắn, năng lượng tự do, năng lượng của bề mặt chất rắn và các thành phần khác…

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 27

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

2.1. Thiết bị và hóa chất 2.1.1. Dụng cụ và thiết bị

Dụng cụ và thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu này được thống kê như ở bảng 2.1. Bảng 2. 1 Dụng cụ và các thiết bị chính

Pipet (1, 2, 5, 10 ml), erlen (100, 250 ml), bình định mức (50, 250, 1000 ml), cốc thủy tinh

Dụng cụ (100, 250 ml), phễu thủy tinh,

đũa thủy tinh, bóp cao su, ốn;g nhỏ giọt, giấy lọc, chén muỗng cân

Máy đo pH

Máy lọc chân không Tủ sấy

Thiết bị

Cân điện tử Máy khuấy từ

Máy đo quang UV- Vis

2.1.2. Hóa chất

Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này được thống kê như ở bảng 2.2.

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 28

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa CNKT-NNCNC

Bảng 2. 2 Danh mục hóa chất chính Hóa chất

Metylen xanh HCl

NaOH

Dầu DO, dầu nhờn, dầu thô

2.2. Nguồn nguyên- vật liệu

2.2.1. Vỏ bưởi

Trong nghiên cứu này vỏ bưởi được sử dụng để nghiên cứu là bưởi đào được lấy từ huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai.

2.2.2. Mẫu nước chứa chất nhuộm màu metylen xanh

Chuẩn bị dung dịch metylen xanh 1 lít dung dịch metylen xanh được chuẩn bị bằng cách hòa tan 50 mg hoặc 100 mg metylen xanh trong bình định mức 1000 ml, tiếp theo là pha loãng đến mốc bằng cách bổ sung nước cất. Nồng độ metylen xanh trong nghiên cứu này chủ yếu là 50 mg/l và 100 mg/l. Ngoài ra khi tiến hành khảo sát nồng độ metylen xanh ban đầu thì lượng metylen xanh sẽ thay đổi trong khoảng từ 30 – 500 mg.

2.2.3. Mẫu nước nhiễm dầu 2.2.3.1. Mẫu nước và dầu

Chuẩn bị 3 loại dầu DO, dầu nhờn và dầu thô vào 3 cốc khác nhau có chứa 50 ml nước cất. Sử dụng vỏ bưởi đã xử lý để tiến hành thí nghiệm.

2.2.3.2. Mẫu nước biển mô phỏng và dầu

Chuẩn bị 4 cốc 500 ml có chứa m (g) dầu diesel và 250 ml nước biển mô phỏng (20, 25, 30, 35, 40% hàm lượng muối NaCl). Sử dụng vỏ bưởi đã xử lý (biến tính) để tiến hành thí nghiệm.

2.2.3.3. Mẫu nước biển lấy từ thành phố Vũng Tàu và dầu

Chuẩn bị 3 loại dầu DO, dầu nhờn và dầu thô vào 3 cốc khác nhau có chứa 50 ml

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

nước biển lấy từ bãi trước của thành phố Vũng Tàu. Sử dụng vỏ bưởi đã xử lý để tiến hành thí nghiệm.

2.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ bưởi

2.3.1. Quy trình sơ chế vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh và dầu tràn 2.3.1.1. Metylen xanh

❖ Quy trình xử lý vỏ bưởi được trình bày như sơ đồ 2.1.

Vỏ

bưởi Rửa Phơi

khô khôSấy Nghiền,sàng Bảo

quản Sơ đồ 2.1: Quy trình xử lý vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh

Vỏ bưởi thô sẽ được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ tạp chất và bụi bẩn. Sau đó vỏ bưởi được phơi khô sơ bộ ở nhiệt độ môi trường (1- 2 ngày). Tiếp theo vỏ bưởi được đưa vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ 70 oC đến khối lượng không đổi (khoảng 2 giờ). Tiếp theo, vỏ bưởi sẽ được nghiền nhỏ và cắt theo 4 hình dạng là dạng bột (kích thước hạt khoảng 200 micromet), dạng hạt lựu (kích thước khoảng 0.25 – 1.00 mm), dạng dài (kích thước khoảng 1.50 – 2.50 cm), dạng hạt to (kích thước chiều dài và rộng khoảng 1.00 – 2.00 cm). Cuối cùng là bảo quản trong lọ đựng ở nhiệt độ phòng và tránh ẩm để sử dụng, (Sơ đồ 2.1, Hình 2.1).

Hình 2. 1 Hình ảnh quy trình xử lý vỏ bưởi 2.3.1.2. Dầu tràn

Quy trình xử lý vỏ bưởi để đánh giá khả năng hấp phụ các sản phẩm của dầu mỏ

Khoa CNKT-NNCNC

Báo cáo đề tài NCKH

(dầu DO, dầu nhờn, dầu thô) giống với quy trình xử lý vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh đã được trình bày ở trên.

2.3.2. Quy trình biến tính vỏ bưởi

Dựa vào kết quả khảo sát khả năng xử lý metylen xanh của vỏ bưởi thô trong nghiên cứu này, chúng tôi nhận thấy việc sử dụng vỏ bưởi vào xử lý môi trường là rất cần thiết. Vỏ bưởi vừa là phế phẩm vừa nguồn nguyên liệu dồi dào ở Việt Nam. Nhận thấy sự khả quan này nên chúng tôi đã sử dụng vỏ bưởi làm vật liệu hấp phụ dầu vào vấn đề xử lý dầu tràn trên biển, việc này không gây ô nhiễm môi trường mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, vỏ bưởi là vật liệu vừa hấp phụ dầu vừa hấp phụ nước nên chúng tôi đã tiến hành biến tính vỏ bưởi để tăng khả năng hấp phụ dầu. Chúng tôi thực hiện biến tính bằng phản ứng este hóa các gốc OH có trong thành phần cellulose, hemicellulose, pectin của vỏ bưởi thành các gốc OC(=O)R để phủ lên bề mặt vỏ bưởi (với R là các gốc hydrocarbon có trong các axit béo), các gốc này hoạt động giống như một chất hoạt động bề mặt ưa dầu để tăng khả năng hút dầu của vỏ bưởi. Các axit béo có thể được thu hồi từ quá trình thủy phân dầu mỡ - động thực vật phế thải, [27].

Hình 2. 2 Hệ thống xử lý vỏ bưởi Hình 2. 3 Mô hình lọc vỏ bưởi sau xử lý 2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ metylen xanh 2.4.1. Ảnh hưởng của pH

Khảo sát độ hấp phụ của vỏ bưởi được thực hiện trong khoảng pH từ 3 – 10. Lấy 50 ml dung dịch metylen xanh nồng độ 50 mg/l vào cốc và khuấy với 0.25 g chất hấp phụ (vỏ bưởi). Đo độ pH của mẫu bằng máy đo pH và điều chỉnh độ pH bằng NaOH 0.1 M hoặc HCl 0.1 M. Dung dịch được khuấy bằng máy khuấy từ trong thời gian 90 phút.

Sau đó mẫu được lọc qua máy lọc chân không và nồng độ metylen xanh sẽ được xác định bằng phương pháp quang phổ UV-VIS ở bước sóng 662 nm.

2.4.2. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ

Khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đối với metylen xanh được thực hiện bằng cách cho lượng vỏ bưởi khác nhau (0.1; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45 0.5 g) vào 50 ml dung dịch metylen xanh nồng độ 50 mg/l. Áp dụng điều kiện pH tối ưu đã khảo sát ở mục 2.4.1.

2.4.3. Ảnh hưởng của thời gian

Khảo sát thời gian tiếp xúc của metylen xanh với vỏ bưởi trong khoảng thời gian khuấy là (30; 60; 75; 90;120; 150 và 180 phút). Áp dụng lượng chất hấp phụ đạt tối ưu ở mục 2.4.2.

2.4.4. Ảnh hưởng của nồng độ

Khảo sát nồng độ bằng cách thay đổi nồng độ ban đầu của dung dịch metylen xanh (trong khoảng từ 30 đến 500 mg/l). Áp dụng các điều kiện tối ưu đã khảo sát.

2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính vỏ bưởi

2.5.1. Tỷ lệ khối lượng vỏ bưởi và dung môi sử dụng trong quá trình biến tính Cân (2; 3; 5; 20; 50 g) vỏ bưởi được xử lý bằng 1 g chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%). Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ 65 oC trong 8 giờ.

2.5.2. Nhiệt độ biến tính vỏ bưởi

Cân 20 g vỏ bưởi được xử lý bằng 10 g chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%). Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ 65 oC và nhiệt độ phòng trong 8 giờ.

2.5.3. Tỷ lệ vỏ bưởi/ chất béo axit

Cân m (g) vỏ bưởi được xử lý bằng m (g) chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) theo tỷ lệ (1:1; 2:1; 4:1; 10:1) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%). Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ phòng trong 8 giờ.

2.5.4. Thời gian biến tính vỏ bưởi

2.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ trong xử lý tràn dầu Để đánh giá được chất lượng hấp phụ của vỏ bưởi trong khảo sát dầu tràn, chúng tôi tiến hành xử lý bề mặt vỏ bưởi và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ: độ dày lớp dầu, thời gian ngâm mẫu, độ mặn dung dịch và tần số dao động.

2.6.1. Ảnh hưởng của độ dày lớp dầu trong hệ nước nhiễm dầu

Khảo sát khả năng xử lý dầu của vỏ bưởi theo ảnh hưởng của độ dày của lớp dầu diesel có trong mẫu nước biển mô phỏng, chúng tôi tiến hành lấy 10; 15; 20; 30; 50 g dầu tương ứng với độ dày của lớp dầu là (2; 3; 4; 8; 12 mm) trong mẫu thí nghiệm. Lấy một cốc 500 ml có chứa 250 ml nước biển mô phỏng (20% hàm lượng muối) và 1 g mẫu vỏ bưởi, lần lượt tiến hành thí nghiệm với các mẫu (10; 15; 20; 30; 50 g) dầu diesel, hỗn hợp được đặt vào hệ thống thiết bị rung lắc với tốc độ 30 khuấy vòng/ phút trong 15 phút. Sau đó, vớt 1 g mẫu này cho vào túi lọc. Để trong cốc 250 ml trong 15 phút cho dầu và nước chảy ra sau đó ta đặt vào đĩa thủy tinh. Tiếp theo, ta đem đi gia nhiệt đến khối lượng không đổi ở 60

oC để bay hơi lượng nước hấp phụ trong mẫu rồi đem cân khối lượng.

2.6.2. Ảnh hưởng của thời gian

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian được thực hiện bằng cách cho 20 g mẫu vỏ bưởi vào cốc 500 ml có chứa 250 ml nước biển mô phỏng 20% để trong (10; 15; 20; 30; 60 phút) với tốc độ 30 vòng/ phút. Áp dụng điều kiện chọn độ dày và lọc mẫu ở mục 2.6.1.

TS. Tống Thị Minh Thu Trang 33

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Tổng quan về tràn dầu