4.1. Nội dung 1: Xác định đặc điểm thành phần, cấu trúc của than sinh học tạo thành
từ rơm rạ
Hình 4. 2 Ảnh chụp SEM với độ phóng đại 800 lần của mẫu than sinh học từ rom ra.
23
Ảnh chụp SEM của mẫu than sinh học rơm rạ với độ phóng đại 800 lần được thể hiện trong hình 4.2 cho thấy bề mặt vật liệu xốp xuất hiện nhiều lỗ trồng. Kích thước và số lượng các lỗ xốp ty lệ thuận với tổng diện tích bề mặt của than góp phan vào quá trình vận chuyền và hấp phụ các chất. Khi diện tích bề mặt sinh học của than lớn khả năng tiếp cận cơ chất sé dé dàng hơn thúc đây quá trình hấp phụ diễn ra nhanh chóng hơn.
Kết quả phân tích than sinh học từ rơm rạ cho thấy các liên kết hóa học phức tạp của chúng được thể hiện trong hình 4.3. Dao động kéo dài với đỉnh ở 3430 cm! được quan sắt thấy do sự hiện diện của nhóm O —H. Tuy nhiên theo nghiên cứu của Biswas và ctv (2022) cường độ của pic ở khoảng 3430 cm‘! giảm nhanh chóng khi nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 300 lên 450 °C, cho thấy rằng các nhóm O —H hữu cơ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hơn. Đỉnh nhọn ở 2340 cm”! thé hiện sự có mặt của nhóm liên kết ba C =C. Dinh 1110 cm”! cho thấy sự có mặt của nhóm liên kết O=C=O (Nandiyanto và ctv, 2019) . Liên kết OH trên than sinh học rom ra và các nguyên tử oxy trên MB liên kết hydro với nhau dé hoàn thành quá trình hấp phụ MB. Vi vậy, các nhóm chức chứa oxy đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ. Xanh Methylene là một loại thuốc nhuộm cation khi hòa tan trong nước có khả năng hút các nhóm chức chứa oxy
thuộc nhóm axit có điện tích âm. Do đó các nhóm chức chứa oxy đóng vai trò quan
trọng trong quá trình hấp phụ hấp phụ MB trong nước.
065 -| —— THS ROM
0.60 ơ
0.55 +
0.50 +
Transmittance (%)
0.45 +
0.40 -
k T k T = T ` T “ T & T
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
Wavenumber (cm)
Hình 4. 3 Phố hồng ngoại FTIR của mẫu than sinh học từ rơm rạ.
24
4.2. Nội dung 2: Khảo sát khả năng hấp phụ MB của vật liệu hấp phụ khi thay đối các yếu tố ảnh hướng
4.2.1. Đường chuẩn xanh Methylene
3
Abs 660nm ô= & WwW
oO œŒ L
(o)
0 5 10 15 20 25
Néng độ MB (mg/L)
Hình 4. 4 Đồ thị đường chuẩn xanh Methylen.
4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ MB
94 34 96.62 97.72 98.59 98.4 98.51
ee “+: nang
S 80
i —® Hiệu suất hap phụ
2, 60
&
a
3 40
S
nN
=
‹Ð' 20 lan
0 T T T T T
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Khối lượng than (g)
Hình 4.5 Ảnh hưởng của khối lượng than sinh học
rơm rạ đên khả năng hâp phụ xanh Methylene.
35
Kết quả khảo sát khối lượng vật liệu hap phụ đến khả năng hap phụ xanh methylene được thé hiện ở hình 4.5. Từ biểu đồ ta thấy, hiệu suất hap phụ MB tăng mạnh đến 94,34
% khi bồ sung với 0,2 g VLHP. Sau đó tăng dan từ 94,34 - 98,59 % trong khoảng VLHP từ 0,2 - 0,8 g. Tuy nhiên khi xem xét trong khoảng khối lượng VLHP từ 0,8 — 1,2 g hiệu suất hấp phụ có xu hướng giảm dan có thé giải thích là do lượng VLHP đã vượt qua ngưỡng hấp phụ tối đa do đó có sự cạnh tranh hấp phụ trên bề mặt than làm ảnh hưởng đến nồng độ dung dich gây giảm hiệu suất. Trong khoảng khối lượng VLHP từ 0,6 — 1,0 ứ khoảng hiệu suất khụng chờnh lệch quỏ nhiều và tại điểm 0,8 g VLHP hiệu suất đạt cao nhất với 98,59 %. Do đó khối lượng than 0,8 g sẽ được sử dung cho các thí nghiệm khảo sát tiếp theo.
4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ban đầu đến khả năng hấp phụ MB
978 9839 98.05 98.09 9618
= 9043 gg47] >
—®— Hiệu suất hấp phụ L3
100
Oo
80 4 = x -=®-- Dung lượng hap phụ es. 65 [ 2-5 Ễ
ắááiaaẳaaaỶ...‹
l 3:
8 6 -È 237 Lg 3®
"
a 2.16 s =
as ‘Ss
= a 1.84 oh
3 áp
* phế
a 1.11
20 a5
T © Nn T T T T T T 0 0 20 30 40 50 60 70 80
Nong độ MB (mg/L)
Hình 4. 6 Ảnh hưởng của nồng độ dung dich ban đầu đến khả năng hấp phụ xanh Methylene.
Kết quả hấp phụ MB ở các nồng độ từ 20 - 80 mg/L được trình bày trong hình 4.6 . Biểu đồ cho thay khi tăng nồng độ dung dịch MB từ 20 mg/L đến 80 mg/L thì hiệu suất hap phụ giảm từ 97,8 % còn 88,47 % nhưng dung lượng hap phụ lại tăng từ 0,73 mg/g lên 2,65 mg/g. Chi tiết như sau: khi tăng nồng độ Co từ 20 mg/L lên 30 mg/L thì hiệu suất tăng từ 97,8 % lên 98,39 % đạt hiệu suất cao nhất đồng thời dung lượng hấp phụ
26
cũng tăng từ 0,73 mg/g lên 1,11 mg/g . Khi tăng nồng độ dung dịch từ 30 mg/L đến 50 mg/L thì hiệu suất hap phụ không quá chênh lệch và có xu hướng bão hòa nhưng dung lượng hấp phụ vẫn tiếp tục tăng từ 1,11 mg/g đến 1,84 mg/g. Cả quá trình hấp phụ cho thấy sự tương quan thuận giữa nồng độ dung dịch MB ban đầu và dung lượng hấp phụ.
Với trường hợp hiệu suất hấp phụ đang tăng nhưng có xu hướng bão hòa và giảm dần có thê giải thích do đã đạt đến ngưỡng hấp phụ tôi ưu của khối lượng than tương ứng nên quá trình hấp phụ có thể diễn ra chậm gây bão hòa hoặc vượt quá mức hấp phụ tối đa nên làm giảm hiệu suất. Dung dịch ở nồng độ thấp có lượng phân tử thuốc nhuộm ít hơn so với dung dịch có nồng độ cao, dẫn đến dung dịch có gradient nồng độ nhỏ góp phần làm cho việc khuếch tán các phân tử thuốc nhuộm MB vào trong hạt chậm hơn so với dung dịch ở nồng độ cao. Tuy nhiên, do có hàm lượng phân tử thuốc nhuộm ít nên dẫn đến hiệu suất hấp phụ của dung dịch loãng cao hơn so với dung dịch có nồng độ cao
(Mohammed va ctv, 2016) .
4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB
98.4 98.4 98.4
100 94 8 _
† † L 149
=
80 + E128
rss a
g “....s
> | (ee Isl 1.1 Lt Fl + 8. 60 4 Đ0
` L 0.8 &
ae —e— Hiéu suat hap phu on
5 40 re F065
8. --#-- Dung lượng hap phụ A HE r 0.4
20
0.2 0 Lí T T T T T 0
0 15 30 45 60 ee) 90 Thoi gian (phut)
Hình 4. 7 Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến kha năng hap phụ xanh Methylene.
pa |
Giống như các yếu tô về nồng độ ban dau và khối lượng VLHP, thời gian tiếp xúc cũng được xem như một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ MB trong dung dịch. Việc xác định được khoảng thời gian hấp phụ tối ưu không những giúp nâng cao hiệu suất hấp phụ, ngoài ra còn tiết kiệm về mặt thời gian xử lý, tránh gây lãng phí
Biểu đồ trong hình 4.7 đã thé hiện một cách rõ ràng về sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB của VLHP. Hiệu suất hấp phụ tăng dần từ 87,7 % đến 94,8 % trong khoảng thời gian từ 15 phút đến 45 phút. Hiệu suất tiếp tục tăng khi tăng thời gian tiếp xúc và đạt hiệu suất cao nhất là 98,4 % khi bắt đầu vào giai đoạn phút thứ
60 vì trong giai đoạn này, ty lệ các hat thuốc nhuộm so với số lượng các vi trí có thê tiếp
cận dé hấp phụ trên bề mặt là khá cao. Sau đó hiệu suất cho xu hướng bão hòa do không tiếp cận được các vị trí thích hợp dé hap phụ và đã đạt đến ngưỡng hap phụ của dung dịch.
Điều này có thể được giải thích là do trong giai đoạn đầu trên bề mặt than sinh học có một lượng lớn các điểm hoạt động nên tốc độ hấp phụ MB tăng nhanh và sau khi đạt trạng thái cân bằng thì ở giai đoạn sau thời gian hấp phụ càng dài thì tốc độ hấp phụ giảm do số điểm hoạt động trên bề mặt than đã giảm đáng ké (Hafshejania và ctv, 2016).
4.2.5. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ
Langmuir
4
35 y = 0.3557x + 0.2911 =
ms 8 R? = 0.9925 a
ey 25 ; g 2
o 15
05 oe
0
0 2 4 6 8 10
Ce (mg/L)
Hình 4. 8 Biểu đồ phương trình tuyến tinh Langmuir.
28
Bảng 4. 1 Kết quả nghiên cứu đăng nhiệt hấp phụ xanh metylen
Co Ce qe Ce/qe
H(% In(Ce In(qe
(mg/L) (mg/L) (mgp gt) kiểu (ae)
20 0.44 0.73 97.8 0.60 -0.82 -0.31 30 0.49 1.11 98.39 0.44 -0.71 0.10 40 0.79 1.47 98.05 0.54 -0.24 0.39 50 0.95 1.84 98.09 0.52 -0.05 0.61 60 2.29 2.16 96.18 1.06 0.83 077 70 6.7 2.37 90.43 2.83 1.90 0.86 80 9.24 2.65 88.47 3.49 2.22 0.97
Freudlich
1,2
y = 0.329x + 0.3374 a
R2 = 0.7724 ô @
0.8 ° „.. 8
% ®
G)
=| 0.4 e
0
e
-0.4
-1 0 1 2 3
In(qe)
Hình 4. 9 Biểu đồ phương trình tuyến tinh Freundlich.
29
i e Experiment sali —-—-- Langmuir.® .
m Freundlich
1
0.0 "————————— ————
0 2 4 6 8 10 Ce (mg/L)
Hình 4. 10 Biéu đồ dang nhiệt hap phụ than sinh học trong thí nghiệm.
Bảng 4. 2 Các tham số đẳng nhiệt hấp phụ
Giá trị các tham sô
Chất bị Mô hình Langmuir Mô hình Freundlich
hấp phụ ‘mx KTmg RP Krdng) ‘i R?
(mg/g)
Xanh
2,8114 1,2219 0,9925 1,4013 3,0395 0,7724 metylen
Mô hình hap phụ Langmuir giúp hiểu rõ hơn về sự hap phụ thuốc nhuộm đơn lớp trên bề mặt chat hấp phụ. bao gồm một số lượng không giới hạn các vi trí hap phụ hap phụ đồng đều thuốc nhuộm, trong khi phương pháp của Freundlich chứng minh sự hap phụ đa lớp của chất hấp phụ trên các bề mặt chất hấp phụ không đồng nhất. Trong số hai mô hình được sử dụng đề kiểm tra các đường dang nhiệt hap phụ, các giá trị trong quan hệ số (R?) đã được tính toán dé so sánh mô hình nào phù hợp hơn.
Sự hấp phụ xanh methylene của vật liệu hấp phụ rơm rạ được miêu tả tốt hơn đối với mô hình Langmuir so với mô hình Freundlich, điều này được thé hiện ở hệ số hồi quy của phương trình Langmuir (R7 > 0,99) lớn so với hệ số hồi quy của phương trình Frendlich.
Chứng tỏ sự hấp phụ xanh methylene theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir phù hợp hơn với dụng lượng hấp phụ cực đại dat qmax = 2,8114 mg/g.
30
4.3. Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả xử lý màu nước thải dét nhuộm thực tế
Nước thải đệt nhuộm là sự tong hợp nước thải phát sinh từ tat cả các công đoạn hé sợi, nau tẩy, tay trang, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Thêm vào đó, trong nước
thải dệt nhuộm còn có những chỉ tiêu đặc trưng, phức tạp như nhiệt độ cao, giá trị độ
pH dao động lớn, chat ran lơ lửng, nhu cầu oxy sinh học (BODs), nhu cầu oxy hóa học (COD) đều ở mức cao. Trong nghiên cứu này chỉ tập trung vào việc ứng dụng xử lý màu xanh methylene trong nước thải và tạm thời bỏ qua các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng.
Bang 4. 3 Nong độ MB trong nước thải sau khi xử lý bằng than sinh học
Khôi lượng Nong độ sau xử tự lide Hiéu suat hap
than (g) ly (mg/l) map DA phu (%)0
ú (mg/g)
Đối chứng 0 0,00 0,00 0,00
0,2 0,514 + 0,020 0,35°+,005 82,17°+0,700 Mẫu nước
thải sau khi 0,4 0,37° + 0,011 0,19°+,000 86,74°+ 0,404 xử ly với TSH
0,6 0,40° + 0,015 0,12°+,000 85,59* + 0,535 Trong cung mot cot va cung yếu tổ ảnh hưởng, các giá trị trung bình có kí tự theo sau khác
nhau có sự khác biệt về mat thông kê (P<0,01: khác biệt rat có y nghĩa)
Nước thải thực tế tại thời điểm lấy mẫu có nồng độ ban đầu Co = 2,86 mg/1. Qua bảng 4.3 cho thấy hiệu suất xử lý màu của than sinh học đạt trong khoảng từ 82,17
% - 86,94 %. Với khối lượng 0,4 g than sinh học thì hiệu suất hap phụ đạt cao nhất 86,94%. Khi xem xét cùng một yếu tô ảnh hưởng là khối lượng than thì trong nước thải giả lập ở thí nghiệm trước đạt hiệu suất hấp phụ cao hơn (98,59 %) thí nghiệm với nước thải thực tế. Trong trường hợp này có thê giải thích do trong nước thải thực tế còn có rất nhiều chỉ tiêu khác như BODs, COD. sẽ ảnh hưởng đến quá trình hap phụ cơ chất dẫn đến hiệu suất hấp phụ giảm. Cho thấy việc ứng dụng TSH từ rơm rạ trong xử lý nước thải thực tế là khả quan và đạt hiệu suất tương đối cao.
31