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
Vũ Lực,K17- KHMT 51
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
Vũ Lực,K17- KHMT 52
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 công 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 đối với mẫu than CAD100 thì hiệu suất 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
Vũ Lực,K17- KHMT 53
Bảng 12. Các thông số động học Ce và qe tại thời điểm cân bằng của than chế tạo từ bã dong riềng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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
Vũ Lực,K17- KHMT 54
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
Vũ Lực,K17- KHMT 55
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
Vũ Lực,K17- KHMT 56
Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở trên, tính toán 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 mô hình đều phù hợp với kết quả thực nghiệm.Tuy nhiên mô hình Freundlich là phù hợp hơn (R2 > 0,93). Theo mô hình Langmuir ta thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại là khá cao và theo mô hình này thì dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại của mẫu than CAD100 là lớn nhất (168,6 mg/g). Nhưng theo mô 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
Vũ Lực,K17- KHMT 57
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nồng đô ̣ xanh metylen còn 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 đô ̣ xanh metylen còn 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
Vũ Lực,K17- KHMT 58
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 quá 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
Vũ Lực,K17- KHMT 59
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 môi 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
Vũ Lực,K17- KHMT 60
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 bông”, Tạp chí Khoa học - Khoa học Tự nhiên và Công nghệ,, ĐHQG Hà Nội,. Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 24 (1) (2008), 16-22.
5. Phan Ngọc Hòa, Nguyễn Thanh Hồng và Nguyễn Văn Phong (2007), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính dạng sợi từ xơ đay để hấp phụ phenol và P-nitrophenol trong nước”, Tạp chí Hóa học, Tập 45, tr 52-56.
6. Trần Văn Hùng, Trần Thị Kim Hoa, Nguyễn Thị Thu, Nguyễn Hữu Phú (2009), “Hoàn nguyên than hoạt tính bằng phương pháp oxy hóa xúc tác dị thể lỏng-rắn”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 25, tr75-80.
7. Trần Văn Hùng, Nguyễn Hữu Phú (2008), “Nghiên cứu khả năng hoàn nguyên của than hoạt tính xúc tác bằng không khí nóng”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 24, tr287-291.
8. Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương. Điều chế và nghiên cứu khả năng hấp phụ của than tre hoạt tính. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Kỷ niệm 50 năm thành lập Khoa Hoá học, Nhà xuất bản Đại học Quốc, Hà nội. (2006) pp. 32-37..
9. Nguyễn Thắng Lợi (2006), “Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính sản xuất trong nước để xử lý ô nhiễm mùi trong một số ngành sản xuất công nghiệp”, Đề tài nghiên cứu cấp Bộ, Bộ Lao Động, Thương binh và Xã hội
10. UBND xã Dương Liễu (2012), báo cáo về kinh tế, xã hội, hiện trạng môi trường của xã Dương Liễu. Báo cáo hàng năm.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 61
11.Hà Tiến Mạnh, Nguyễn Bảo Ngọc (2010), “Nghiên cứu sử dụng than gỗ Đước để sản xuất than hoạt tính”, Phòng Nghiên cứu Chế biến Lâm sản, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam
12. Quách Thị Phượng (2012), “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ than bùn”, Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
13. Trịnh Thị Thanh, Trần Yêm, Đồng Kim Loan (2004), Giáo trình công nghệ xử lý môi trường, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
14. Nguyễn Quý Thép (2007), Tận dụng nguồn chất thải từ nhà máy nhiệt điện để chế tạo than hoạt tính Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ.
15. Nguyễn Thị Thanh Tú (2010), Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía và thử nghiệm xử lý Môi trường, Luận văn Thạc sỹ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên.
16. Phan Đình Tuấn, Nguyễn Trần Huyền Anh (2008), “Nghiên cứu ứng dụng than tràm hoạt tính trong xử lý nước thải dệt nhuộm”, Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, Tập 11, số 8, 2008, tr 99-104, Nxb Đại học Quốc Gia tp Hồ Chí Minh
17. Phạm Ngọc Thanh (1990), “Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ phế liệu thực vật”, Đề tài nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 18. Phantichmoitruong (2012), “Nghiên cứu than hoạt tính giảm phát thải khí
metan từ bãi rác”, http://phantichmoitruong.com
19. Bộ Công thương (2012) “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính bằng sợi dứa bà”, http://nlsh.khcn-moit.gov.vn.
Tiếng Anh
20. Alexandre T. Paulino, Marcos R. Guilherme, Adriano V. Reis, Gilsinei M. Campese, Edvani C. Muniz and Jorge Nozaki. Removal of methylene blue dye from an aqueous media using superabsorbent hydrogel supported on modified polysaccharide, Journal of Colloid and Interface Science. 301 (2006). 55-62.
21. Bansal R.C, Goyal M (2005), Activated Carbon Adsorption, Taylor & Francis group, USA.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Trường đại học Khoa học Tự nhiên
Vũ Lực,K17- KHMT 62
22. Batzias F. A. and Sidiras D.K.. Simulation of methylene blue adsorption by salts-treated beech sawdust in batch and fixed-bed systems. Journal of Hazardous Materials, 149 (2007), 8-16.
23. Elizalde-González M.P. and Hernández-Montoa V.. Characterization of mango pit as raw material in the preparation of activated carbon for wastewater treatment, Biochemical Engineering Journal, 36 (2007), 230- 238
24. Gupta V. K., Alok Mittal, Lisha Krishnan and Jyoti Mittal. Adsorption treatment and recovery of the hazardous dye, Brilliant Blue FCF, over