0
Tải bản đầy đủ (.pdf) (75 trang)

Chuẩn bị nước thải nhiễm dầu

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TRONG XỬ LÝ DẦU LOANG TRÊN BIỂN (Trang 53 -75 )

c. Một số ứng dụng của vỏ trấu hiện nay

3.2.2. Chuẩn bị nước thải nhiễm dầu

Dung dịch nước thải nhũ hóa dầu diesel được pha chế bằng cách trộn 11.5 g dầu diesel (standard mineral oil – SMO) với 1000 ml nước và 12.5 g chất tạo nhũ (natri dodecyl sunfate). Sau đó, hỗn hợp được ổn định bằng máy khuấy ở tốc độ cao từ 15 ÷ 20 phút. Dung dịch thu được có màu trắng sữa thể hiện các tính chất ổn định về mặt hóa học. Sau đó dung dịch được pha loãng với hàm lượng dầu cần cho các thí nghiệm hấp phụ [12].

Hình 3.2: Nƣớc thải nhiễm dầu

Ghi chú: Hình tự chụp trong quá trình làm thí nghiệm nghiên cứu đề tài 3.2.3. Chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu

Bƣớc 1: Làm sạch vật liệu

 Chuẩn bị mẫu trấu thô sạch

 Lấy vỏ trấu đem đi sàng qua bằng cái rổ với lỗ nhỏ để loại bỏ bớt bụi bẩn và tạp chất cơ học, sau đó đem đi xử lí với:

+ Mẫu 1: Trấu thô xử lí nước cất (Nc cất thô) + Mẫu 2: Trấu thô xử lí với methanol (Me thô)  Chuẩn bị mẫu trấu xay nhỏ sạch

 Lấy vỏ trấu đem đi sàng qua bằng cái rổ với lỗ nhỏ để loại bỏ bớt bụi bẩn và tạp chất cơ học, sau đó đem đi xay nhỏ bằng máy xay sinh tố với kích thước dưới 2 mm và xử lí với:

+ Mẫu 3: Trấu xay nhỏ xử lí với nước cất (Nc cất nhỏ) + Mẫu 4: Trấu xay nhỏ xử lí với methanol (Me nhỏ)

 Ngâm các mẫu trấu trên và khuấy với tốc độ 200 vòng/phút trong 5 giờ  Lấy ra lọc và sấy khô ở 900C trong 24 giờ

 Lấy ra để nguội và cất giữ trong các hộp kín có ghi nhãn rõ ràng

Bƣớc 2: Xử lí vỏ trấu bằng NaOH 0,05M

Cân 50 g mỗi loại vỏ trấu đã xử lí sạch (mẫu 1, mẫu 2, mẫu 3, mẫu 4) → cho vào cốc thủy tinh 1000 ml chứa 500 ml dung dịch NaOH 0.05M, đặt trên bếp từ khấy với tốc độ 200 vòng/phút ở 350C trong 2 giờ → lọc, rửa sạch mẫu trấu bằng nước cất nhiều lần đến khi nước rửa không còn màu vàng → sấy khô ở 800

C trong 24 giờ. Sau đó, lấy ra để nguội và cất vào hộp kín có ghi nhãn rõ ràng.

 Mẫu 1-Na: Trấu thô xử lí nước cất đã ngâm NaOH 0.05 M  Mẫu 2-Na: Trấu thô xử lí methanol đã ngâm NaOH 0.05 M  Mẫu 3-Na: Trấu xay nhỏ xử lí nước cất đã ngâm NaOH 0.05 M  Mẫu 4-Na: Trấu xay nhỏ xử lí methanol đã ngâm NaOH 0.05 M

Bƣớc 3: Biến tính vỏ trấu bằng chất hoạt động bề mặt CTAB

 Pha dd CTAB với các nồng độ khác nhau:

Bảng 3.1: Khối lƣợng dd CTAB cần pha với các nồng độ khác nhau

Nồng độ dd CTAB cần pha Khối lượng CTAB cần lấy để pha 1 lít dung dịch CTAB

0.5 mmol/l 0.18223 g 0.75 mmol/l 0.27334 g 1 mmol/l 0.36446 g 1.25 mmol/l 0.4556 g 1.5 mmol/l 0.54669 g 2 mmol/l 0.72892 g 2.5 mmol/l 0.91115 g 3 mmol/l 1.09338 g

3.5 mmol/l 1.27561 g

4 mmol/l 1.45784 g

4.5 mmol/l 1.64007 g

Ghi chú: Bảng số liệu kết quả thu được từ tính toán

Cân 50 g mỗi loại vỏ trấu (Mẫu 1-Na; mẫu 2-Na; mẫu 3-Na; mẫu 4-Na) cho vào các cốc thủy tinh 1000 ml có sẵn 500 ml dd CTAB với các nồng độ khác nhau đã pha sẵn ở trên rồi đặt lên bếp khuấy từ và khuấy với tốc độ 200 vòng/phút trong thời gian 24 giờ ở nhiệt độ phòng. Sau đó, lọc và rửa sạch bằng nước cất → sấy khô ở 800

C trong 24 giờ → cất vào hộp và ghi nhãn.

Hình 3.3: Biến tính vỏ trấu bằng dung dịch CTAB

Ghi chú: Hình tự chụp trong quá trình làm thí nghiệm nghiên cứu đề tài

 Khảo sát khả năng hấp phụ dầu của các mẫu trấu đã biến tính

 Pha loãng dung dịch nhũ dầu ban đầu cho thí nghiệm hấp phụ dầu với nồng độ 1040 mg/l: Hút 90.43 ml dung dịch nhũ dầu ban đầu đã pha trước đó cho vào bình định mức 1000 ml và thêm nước cất vào cho đến vạch thu được dung dịch nhũ dầu nồng độ 1040 mg/l có màu trắng sữa nhạt cần cho thí nghiệm hấp phụ.

 Khảo sát khả năng hấp phụ nhũ dầu

Cân 1 g các mẫu trấu đã biến tính với các nồng độ khác nhau ở trên cho vào 100 ml dung dịch nhũ dầu nồng độ 1040 mg/l rồi cho hấp phụ trong thời gian 3 giờ và 5 giờ. Sau đó lọc, phơi nắng 1 ngày rồi đem cân mẫu và xác định lượng dầu đã hấp phụ.

Cơ chế: cation CTAB gắn vào bề mặt vỏ trấu thông qua phản ứng trao đổi ion giữa các nhóm cacboxyl trong phân tử hemiceillulose của vỏ trấu và phần đầu của CTAB theo phản ứng sau:

H3C(CH2)15 N+ CH3 CH3 CH3 x Br-+y RCOO-H+y > x (RCOO-)y (H+)y - x H3C(CH2)15 N+ CH3 CH3 CH3 x + xHBr

Phần phân cực (đầu nhóm) của CTAB hướng vào bề mặt vỏ trấu trong khi phần không phân cực (alkyl) hướng về toàn dung dịch tạo ra sự hấp phụ vật lí với các phân tử dầu không phân cực. Ngoài ra, lớp cation nitơ bậc bốn được hình thành trên bề mặt vỏ trấu còn trung hòa điện tích âm của các nhóm axit. Điện tích âm trên bề mặt nhỏ làm giảm lực đẩy giữa vỏ trấu và dầu có lợi cho kết dính dầu trên bề mặt vỏ trấu.

3.2.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ dầu

Các thí nghiệm được tiến hành theo trình tự như sau:

a. Ảnh hưởng của kích thước hạt

Dùng rây phân tử để phân mẫu trấu biến tính với các kích thước khác nhau. Sau đó, cân mỗi mẫu 1 g và cho vào hấp phụ trong các cốc thủy tinh đựng 100 ml dung dịch nhũ dầu 1040 mg/l trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng (250C). Sau đó lọc, đem phơi nắng và cân mẫu để xác định lượng dầu hấp phụ được.

b. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn

Cân 1 g mẫu trấu biến tính cho vào các cốc thủy tinh 250 ml chứa 100 ml dung dịch nhũ dầu 1040mg/l, đặt trên bếp từ lần lượt khuấy với các tốc độ là: 50; 100; 150; 200; 250; 300; 350; 400 vòng/phút trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng (250C). Sau đó lọc, đem phơi nắng và cân mẫu xác định lượng dầu hấp phụ được.

c. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc

Cân 1 g mẫu trấu biến tính cho vào các cốc thủy tinh 250 ml chứa 100 ml dung dịch nhũ dầu 1040mg/l, đặt trên bếp từ khuấy với tốc độ 150 vòng/phút với các thời gian là: 10; 15; 20; 25; 30; 45; 60; 90; 120; 180 phút ở nhiệt độ phòng (250C). Sau đó lọc, đem phơi nắng và cân mẫu xác định lượng dầu hấp phụ được.

d. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Cân 1 g mẫu trấu biến tính cho vào các cốc thủy tinh 250 ml chứa 100 ml dung dịch nhũ dầu 1040 mg/l, đặt trên bếp từ khuấy với tốc độ 150 vòng/phút với các nhiệt độ lần lượt là: 250

C, 350C, 450C, 550C, 650C, 750C trong 1 giờ. Sau đó lọc, đem phơi nắng và cân mẫu xác định lượng dầu hấp phụ được.

e. Ảnh hưởng của pH

 Dùng dung dịch axit HCl và NaOH để tạo các dung dịch nhũ dầu có môi trường pH lần lượt là 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10.

 Sau đó, cân 1g mẫu trấu biến tính cho vào các cốc thủy tinh 250 ml chứa 100 ml dung dịch nhũ dầu 1040 mg/l có môi trường pH đã tạo lần lượt như trên rồi đặt trên bếp từ khuấy với tốc độ 150 vòng/phút trong thời gian 1 giờ ở nhiệt độ phòng (250C). Sau đó đem lọc, phơi nắng và cân mẫu xác định lượng dầu hấp phụ được.

f. Ảnh hưởng của nồng độ dầu

 Tiến hành pha các dung dịch nhũ dầu có nồng độ lần lượt là 220 mg/l; 630 mg/l; 1040 mg/l; 1450 mg/l; 1860 mg/l; 2450 mg/l; 3450 mg/l.

 Sau đó, cân 1 g mẫu cho lần lượt vào các cốc thủy tinh 250 ml đựng sẵn 100 ml các dung dịch nhũ dầu đã pha sẵn trên, khuấy với tốc độ 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (250C) trong 30 phút. Đem lọc, phơi nắng và cân mẫu xác định lượng dầu hấp phụ được.

CHƢƠNG IV

4.1. Kết quả

4.1.1. Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu vỏ trấu

Kết quả thí nghiệm khi cho các mẫu vật liệu hấp phụ dầu trong thời gian 3 giờ và 5 giờ được thể hiện trong bảng 4.1; 4.2; hình 4.1 và 4.2

Bảng 4.1: Kết quả hấp phụ dầu

Nồng độ CTAB (mmol/l)

Vật liệu Khối lượng dầu hấp phụ m (g)

Nồng độ CTAB (mmol/l)

Vật liệu Khối lượng dầu hấp phụ m (g)

3 giờ 5 giờ 3 giờ 5 giờ

0.5 MVT 1 0.0259 0.0276 2.5 MVT 1 0.0443 0.0462 MVT 2 0.0534 0.0561 MVT 2 0.0543 0.0571 MVT 3 0.0652 0.0674 MVT 3 0.0664 0.0682 MVT 4 0.0752 0.0767 MVT 4 0.0511 0.0534 0.75 MVT 1 0.0272 0.0293 3 MVT 1 0.0487 0.0495 MVT 2 0.0612 0.0628 MVT 2 0.068 0.0706 MVT 3 0.0716 0.0743 MVT 3 0.0852 0.087 MVT 4 0.0783 0.0814 MVT 4 0.0764 0.0791 1 MVT 1 0.0303 0.0354 3.5 MVT 1 0.0688 0.0711 MVT 2 0.0843 0.0867 MVT 2 0.0832 0.0853 MVT 3 0.0892 0.0923 MVT 3 0.0881 0.0905 MVT 4 0.0942 0.0964 MVT 4 0.0805 0.0813 1.25 MVT 1 0.0374 0.0402 4 MVT 1 0.0625 0.0642 MVT 2 0.0762 0.0783 MVT 2 0.0642 0.0658 MVT 3 0.0884 0.0902 MVT 3 0.0827 0.0854 MVT 4 0.0865 0.0875 MVT 4 0.0762 0.0785 1.5 MVT 1 0.0569 0.0582 4.5 MVT 1 0.0593 0.0615 MVT 2 0.0675 0.0684 MVT 2 0.0491 0.0515 MVT 3 0.0871 0.0888 MVT 3 0.0765 0.0783 MVT 4 0.0783 0.0795 MVT 4 0.0713 0.0734 2 MVT 1 0.0512 0.0528

MVT 2 0.0604 0.0623 MVT 3 0.08 0.0831 MVT 4 0.07 0.0723

Ghi chú: Bảng số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm

Hiệu suất hấp phụ (%H) và độ hấp phụ Qt (mg/g) được xác định như sau [14]:

0

0 % .100 C C H C (4.1)

0

. t C C Q V m   (4.2) Trong đó:

+ Co và C: Nồng độ dầu ban đầu và ở thời gian t (mg/l) + V: Thể tích nhũ dầu trong 1l dung dịch (l)

+ m: Khối lượng của vỏ trấu (g)

Bảng 4.2: Độ hấp phụ Qt (mg/g) và hiệu suất hấp phụ (%H)

CTAB MVT 1 MVT 2

mmol/l Qt (mg/g) %H Qt (mg/g) %H

3 giờ 5 giờ 3 giờ 5 giờ 3 giờ 5 giờ 3 giờ 5 giờ 0.5 25.9 27.6 24.9 26.5 53.4 56.1 51.3 53.9 0.75 27.2 29.3 26.2 28.2 61.2 62.8 58.8 60.4 1 30.3 35.4 29.1 34 84.3 86.7 81.1 83.4 1.25 37.4 40.2 36 38.7 76.2 78.3 73.3 75.3 1.5 56.9 58.2 54.7 56 67.5 68.4 64.9 65.8 2 51.2 52.8 49.2 50.8 60.4 62.3 58.1 59.9 2.5 44.3 46.2 42.6 44.4 54.3 57.1 52.2 54.9 3 48.7 49.5 46.8 47.6 68 70.6 65.4 67.9 3.5 68.8 71.1 66.2 68.4 83.2 85.3 80 82 4 62.5 64.2 60.1 61.7 64.2 65.8 61.7 63.3 4.5 59.3 61.5 57 59.1 49.1 51.5 47.2 49.5 CTAB MVT 3 MVT 4 mmol/l Qt (mg/g) %H Qt (mg/g) %H

0.5 65.2 67.4 62.7 64.8 75.2 76.7 72.3 73.8 0.75 71.6 74.3 68.8 71.4 78.3 81.4 75.3 78.3 1 89.2 92.3 85.8 88.8 94.2 96.4 90.6 92.7 1.25 88.4 90.2 85 86.7 86.5 87.5 83.2 84.1 1.5 87.1 88.8 83.8 85.4 78.3 79.5 75.3 76.4 2 80 83.1 76.9 79.9 70 72.3 67.3 69.5 2.5 66.4 68.2 63.8 65.6 51.1 53.4 49.1 51.3 3 85.2 87 81.9 83.7 76.4 79.1 73.5 76.1 3.5 88.1 90.5 84.7 87 80.5 81.3 77.4 78.2 4 82.7 85.4 79.5 82.1 76.2 78.5 73.3 75.5 4.5 76.5 78.3 73.6 75.3 71.3 73.4 68.6 70.6

Ghi chú: Bảng số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm Trong đó:

+ MVT 1: Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng nước cất + MVT 2: Mẫu vỏ trấu thô xử lí bằng methanol + MVT 3: Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí nước cất + MVT 4: Mẫu vỏ trấu xay nhỏ xử lí bằng methanol + Qt: Độ hấp phụ (mg/g)

+ H: Hiệu suất hấp phụ (%)

Kết quả biểu diễn qua hai đồ thị hình 4.1 và 4.2 cho thấy khả năng hấp phụ của mẫu vỏ trấu xay nhỏ tốt hơn so với mẫu trấu thô ban đầu. Đối với mẫu trấu xay nhỏ thì mẫu trấu xử lí bằng methanol biến tính bằng CTAB 1 mmol/l là có độ hấp phụ cao nhất 94.2 mg/g (3 giờ) và 96.4 mg/g (5 giờ). Qua đó, tôi chọn vật liệu xay nhỏ xử lí với methanol nồng độ CTAB 1 mmo/l.

Hình 4.1: Độ hấp phụ trong 3 giờ

Ghi chú: Hình vẽ từ excel về số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm

Hình 4.2: Độ hấp phụ trong 5 giờ

Ghi chú: Hình vẽ từ excel về số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm 4.1.2. Khảo sát đặc tính vật liệu

Ảnh SEM của mẫu vật liệu ở các mức độ phóng đại khác nhau cho thấy cấu trúc xốp với những lỗ tròn trên bề mặt.

Hình 4.3: Ảnh SEM của vật liệu

Ghi chú: Hình kết quả chụp SEM vật liệu thu được từ thí nghiệm được gửi mẫu tại trường ĐH Khoa học tự nhiên Tp.HCM.

4.1.3. Khảo sát hấp phụ

a. Ảnh hưởng của kích thước hạt

Kết quả ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến độ hấp phụ được thể hiện ở bảng 4.3 và hình 4.4 như sau:

Bảng 4.3: Ảnh hƣởng của kích thƣớc đến khả năng hấp phụ

Kích thước (mm) < 0.425 0.425 - 2 > 2

Hình 4.4: Ảnh hƣởng của kích thƣớc

Nhận xét: Qua biểu đồ ta thấy sự hấp phụ dầu phụ thuộc vào kích thước của vật liệu. Kết quả cho ta thấy khả năng hấp phụ cao nhất đối với vật liệu có kích thước nhỏ nhất.

Giải thích: Khi ta giảm kích thước vật liệu hấp phụ sẽ làm tăng hiệu quả diện tích tiếp xúc và khi đó sẽ tạo ra nhiều liên kết để hấp phụ.

b. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy

Kết quả được thể hiện ở bảng 4.4 và hình 4.5

Bảng 4.4: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy đến độ hấp phụ

Tốc độ khuấy (vòng/phút)

50 100 150 200 250 300 350 400

Hình 4.5: Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy

Ghi chú: Bảng và hình vẽ từ excel về số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm

Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta thấy tăng tốc độ khuấy trộn sẽ làm tăng khả năng hấp phụ dầu từ 42.5 ÷ 87.2 mg/g. Tuy nhiên với tốc độ cao hơn 200 vòng/phút thì sự hấp phụ dầu bắt đầu giảm nhẹ tương ứng từ 82.5 mg/g (200 vòng/phút) xuống 55.9 mg/g (400 vòng/phút).

Giải thích: Điều này cho thấy tăng tốc độ khuấy trộn làm tăng khả năng chuyển khối nhưng khuấy càng mạnh sẽ làm phá vỡ cấu trúc của chất hấp phụ và các liên kết hấp phụ của quá trình dẫn đến khả năng hấp phụ sẽ kém đi.

c. Ảnh hưởng của thời gian

Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở bảng 4.5 và hình 4.6

Bảng 4.5: Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ

Thời gian (phút)

0 10 15 20 25 30 45 60 90 120 180

Qt (mg/g) 0 68.6 73.2 79.5 88.6 88.9 89.1 89.1 89.3 89.5 89.8

Hình 4.6: Ảnh hƣởng của thời gian

Ghi chú: Bảng và hình vẽ từ excel về số liệu kết quả thu được từ thí nghiệm

Nhận xét: Ta thấy khi tăng thời gian hấp phụ thì khả năng hấp phụ dầu của vật liệu cũng tăng dần nhưng đến một mức thời gian nhất định ở đây là 30 phút thì ta thấy hấp phụ đạt cân bằng, sau thời gian đó ta thấy khả năng hấp phụ có tăng nhưng tăng với lượng không đáng kể.

Giải thích: Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại, liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian ngắn thì sự tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ chưa đủ để các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụ được “lấp đầy” bởi các phân tử dầu. Ngược lại, khi thời gian dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều, đồng thời tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng lớn nên hiệu quả hấp phụ gần như không tăng và gần đạt về trạng thái cân bằng.

d. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Kết quả được thể hiện ở bảng 4.6 và hình 4.7

Một phần của tài liệu NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TRONG XỬ LÝ DẦU LOANG TRÊN BIỂN (Trang 53 -75 )

×