›
›

Khóa luận Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải - Nguyễn Văn Dưỡng

pdf 53 trang huongle 1450
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải - Nguyễn Văn Dưỡng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_nghien_cuu_che_tao_than_hoat_tinh_tu_vo_trau_bang.pdf

Nội dung text: Khóa luận Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải - Nguyễn Văn Dưỡng

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG ISO 9001 : 2008 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Dƣỡng Sinh viên : Đồng Thị Huệ HẢI PHÕNG - 2012
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ TRẤU BẰNG PHƢƠNG PHÁP OXY HÓA VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT HẤP PHỤ TRONG XỬ LÝ NƢỚC THẢI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Dƣỡng Sinh viên : Đồng Thị Huệ HẢI PHÕNG - 2012
  3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Đồng Thị Huệ Mã số: 120821 Lớp: MT1201 Ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phƣơng pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nƣớc thải.
  4. NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ). 2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán. 3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
  5. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ và tên: Nguyễn Văn Dƣỡng Học hàm, học vị: Tiến sĩ Cơ quan công tác: Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học Dân Lập Hải Phòng Nội dung hƣớng dẫn: Toàn bộ khóa luận Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ và tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hƣớng dẫn: Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng năm 2012 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng năm 2012 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Đồng Thị Huệ Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị
  6. PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp: 2. Đánh giá chất lƣợng của khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): 3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn (ghi cả số và chữ): Hải Phòng, ngày tháng năm 2012 Cán bộ hƣớng dẫn (họ tên và chữ ký)
  7. LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Văn Dưỡng đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình em thực hiện đề tài khóa luận này. Em cũng gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô trong khoa Kỹ thuật môi trường và toàn thể các thầy cô đã dạy em trong suốt khóa học tại trường ĐHDL Hải Phòng. Và em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới bạn bè và gia đình đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ em trong việc hoàn thành khóa luận này. Do hạn chế về thời gian cũng như trình độ hiểu biết nên đề tài nghiên cứu này không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy, các cô để bản báo cáo được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, tháng 12 năm 2012 Sinh viên Đồng Thị Huệ
  8. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 3 1.1. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ [1,2] 3 1.1.1. Các khái niệm [8] 3 1.1.2. Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc 5 1.1.3. Động học của quá trình hấp phụ 6 1.1.4. Các mô hình hấp phụ cơ bản 6 1.1.4.1. Các mô hình động học 6 1.1.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 7 1.1.5. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ [9] 10 1.1.6. Ứng dụng của phƣơng pháp hấp phụ trong việc xử lý nƣớc thải 11 1.2. Mangan và ảnh hƣởng của nó tới sức khỏe con ngƣời 12 1.2.1. Vai trò của Mangan 12 1.2.2. Tính chất vật lý 12 1.2.3. Tính chất hóa học 12 1.2.4. Độc tính 13 1.2.5. Một số phƣơng pháp định lƣợng kim loại 13 1.2.5.1. Phƣơng pháp thể tích 13 1.2.5.2. Phƣơng pháp trắc quang [14 ] 13 1.2.5.3. Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng bằng trắc quang 15 1.2.5.4. Định lƣợng Mn2+ bằng phƣơng pháp trắc quang 16 1.3. Tổng quan về than hoạt tính 16 1.3.1. Thành phần hóa học của than [6] 16 1.3.2. Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính 17 1.3.3. Ứng dụng than hoạt tính [13] 18 1.4. Giới thiệu về nguyên liệu vỏ trấu [12] 19 1.5. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp (QCVN24:2009) 20 1.5.1. Phạm vi áp dụng 20 1.5.2. Giá trị giới hạn 20
  9. CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của khóa luận 23 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 23 2.1.2. Nội dung nghiên cứu 23 2.2. Dụng cụ và hóa chất 23 2.2.1. Thiết bị 23 2.2.2. Hóa chất 24 2.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ 24 2.4. Phƣơng pháp phân tích xác định mangan 26 2.4.1. Nguyên tắc xác định Mn2+ 26 2.4.2. Dựng đƣờng chuẩn xác định Mn2+ 26 2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ 28 2.5.1. Ảnh hƣởng của pH 28 2.5.2. Ảnh hƣởng của thời gian 29 2.5.3. Ảnh hƣởng của khối lƣợng 29 2.5.4. Xác định tải trọng hấp phụ 29 2.6. Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh vật liệu hấp phụ 29 2.6.1. Khảo sát khả năng giải hấp của vật liệu hấp phụ 29 2.6.2. Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu hấp phụ 30 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu. 31 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu. 32 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến khả năng hấp phụ mangan. 34 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP 35 3.5. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh VLHP với mangan 38 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41
  10. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp 21 Bảng 2.1. Kết quả xác định đƣờng chuẩn Mangan 27 Bảng 3.1. Ảnh hƣởng của pH tới khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu 31 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến sự hấp phụ mangan 33 Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến sự hấp phụ mangan 34 Bảng 3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ khả năng hấp phụ của vật liệu 36 Bảng 3.5. Kết quả hấp phụ Mn2+ bằng VLHP trong 30 phút 38 Bảng 3.6. Kết quả giải hấp VLHP bằng NaOH 1M 38 Bảng 3.7. Kết quả tái sinh VLHP 39
  11. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 9 Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf/q và Cf 9 Hình 1.3. Than hoạt tính 17 Hình 2.1. Vỏ trấu trƣớc khi oxy hóa 24 Hình 2.2. Vỏ trấu đƣợc than hóa bằng H2SO4 98% 25 Hình 2.3. Than hoạt tính thu đƣợc sau khi oxy hóa vỏ trấu bằng H2SO4 98% 25 - Hình 2.4. Màu tím đặc trƣng của ion MnO4 26 Hình 2. 5. Phƣơng trình đƣờng chuẩn của Mangan 28 Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu 32 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu 33 Hình 3.3. Ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu đến khả năng hấp phụ Mn2+ 35 Hình 3.4. Ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP. 36 Hình 3.5. Ảnh hƣởng của nồng độ mangan đến khả năng hấp phụ của vật liệu 37 Hình 3.6. Đƣờng biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf 37
  12. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - VLHP : Vật liệu hấp phụ - BOD5 : Nhu cầu oxy sinh học - COD : Nhu cầu oxy hóa học - PCB : Polychlorinated biphenyl - TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
  13. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường MỞ ĐẦU Môi trƣờng là một nhân tố có ảnh hƣởng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của mỗi con ngƣời, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy bảo vệ môi trƣờng và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc gia trên toàn cầu. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nƣớc ta, tình hình ô nhiễm môi trƣờng cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chƣa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau nhƣ: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn hoặc do chí phí xử lý ảnh hƣởng đến lợi nhuận nên hầu nhƣ chất thải công nghiệp của nhiều nhà máy chƣa đƣợc xử lý mà thải thẳng ra môi trƣờng. Mặt khác nƣớc ta là một nƣớc đông dân, có mật độ dân cƣ cao, nhƣng trình độ nhận thức của con ngƣời về môi trƣờng còn chƣa cao. Điều đó dẫn tới sự ô nhiễm trầm trọng của môi trƣờng sống, ảnh hƣởng đến sự phát triển toàn diện của đất nƣớc, sức khoẻ, đời sống của nhân dân cũng nhƣ mỹ quan của khu vực. Ô nhiễm môi trƣờng nói chung và ô nhiễm môi trƣờng nƣớc nói riêng ngày càng trở thành vấn đề đáng lo ngại. Môi trƣờng nƣớc bị ô nhiễm do nhiều nguyên nhân khác nhau trong đó ô nhiễm do các kim loại nặng là nguyên nhân gây ra đáng kể. Độc tính của các kim loại nặng gây hậu quả xấu đến sức khoẻ con ngƣời và môi trƣờng sinh thái. Trừ một số kim loại nặng ở dạng vi lƣợng cần thiết cho sự sống, còn phần lớn khi ở hàm lƣợng cao thì chúng là tác nhân gây độc. Những kim loại này thông qua chuỗi thức ăn đi vào cơ thể con ngƣời, tích luỹ trong các cơ quan của cơ thể và khi quá giới hạn cho phép chúng gây hại cho cơ thể. Các kim loại nặng thƣờng đƣợc phát sinh nhiều tại các cơ sở mạ điện, gia công kim loại, sản xuất pin - acqui, khai thác mỏ, sơn Đặc biệt, tại những cơ sở chƣa đầu tƣ hệ thống xử lý thì các kim loại nặng đƣợc xả thải trực tiếp vào nguồn nƣớc. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 1
  14. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Biện pháp tối ƣu để xử lý các kim loại nặng là phƣơng pháp hoá học: đƣa các kim loại nặng về dạng kết tủa hoặc oxy hoá thành dạng không độc, tuy nhiên với một số kim loại nặng mà giới hạn cho phép ở nồng độ rất thấp thì phƣơng pháp trên tỏ ra không hiệu quả và phƣơng pháp hấp phụ và trao đổi ion tỏ ra có ƣu việt hơn. Từ đó, các vật liệu hấp phụ trao đổi ion đƣợc đƣợc đầu tƣ nghiên cứu rất nhiều, nổi bật là: than hoạt tính, nhựa trao đổi ion và zeolit Ƣu điểm các vật liệu này là khả năng hấp phụ lớn nhƣng chúng vẫn không thể sử dụng rộng rãi cho mọi đối tƣợng nƣớc thải vì giá thành cao. Vì vậy, để tìm ra một loại vật liệu vừa có khả năng hấp phụ vừa sẵn có để sử dụng rộng rãi cho nhiều đối tƣợng nƣớc thải là việc làm cần thiết. Với mục đích góp phần vào việc bảo vệ môi trƣờng trong việc xử lý một số kim loại bằng phƣơng pháp hấp phụ, bản khoá luận này chúng tôi tập trung nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải”. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 2
  15. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về phƣơng pháp hấp phụ [1,2] 1.1.1. Các khái niệm [8]  Sự hấp phụ Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí – rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng). Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì khả năng hấp phụ càng mạnh. Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1g chất hấp phụ. Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt chất hấp phụ. Quá trình hấp phụ xảy ra do lực tƣơng tác giữa các phần tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác mà ngƣời ta phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học. Hấp phụ vật lý đƣợc gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực: cảm ứng, định hƣớng, khuếch tán), lực liên kết hidro đây là những lực yếu, nên liên kết hình thành không bền, dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. Cấu trúc điện tử của các phần tử các chất tham gia quá trình hấp phụ vật lý ít bị thay đổi. Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra nhanh. Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực liên kết mạnh nhƣ lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí gắn kết những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp chất bề mặt. Năng lƣợng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do đó liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học thƣờng không thuận nghịch và không thể vƣợt quá một đơn lớp phân tử. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 3
  16. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa học. Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm. Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tƣơng đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trƣờng hợp tồn tại đồng thời cả hai hình thức hấp phụ. Ở vùng nhiệt độ thấp thƣờng xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.  Giải hấp phụ Giải hấp phụ là sự ra đi của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ. Đây là phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trƣng về hiệu quả kinh tế. Một số phƣơng pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: Phƣơng pháp hóa lý: có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên tiết kiệm đƣợc thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn. Phƣơng pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách chiết với dung môi, sử dụng phản ứng oxi hóa – khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng không có lợi cho quá trình hấp phụ. Phƣơng pháp nhiệt: sử dụng cho các trƣờng hợp chất bị hấp phụ bay hơi hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi. Phƣơng pháp vi sinh: là phƣơng pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ nhờ sinh vật.  Cân bằng hấp phụ Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Với một lƣợng xác định, lƣợng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích. q = f (T, P hoặc C) Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 4
  17. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Trong đó: q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) T: Nhiệt độ P: Áp suất C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)  Dung lượng hấp phụ cân bằng Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ. q = Trong đó: q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) V: Thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l) m: Khối lƣợng chất bị hấp phụ (g) C0: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm ban đầu (mg/l) Ccb: Nồng độ của chất hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l)  Hiệu suất hấp phụ Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch ban đầu. H = 1.1.2. Hấp phụ trong môi trường nước Hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc là quá trình hấp phụ hỗn hợp vì ngoài phân tử chất tan còn có phân tử dung môi nƣớc. Do đó, quá trình hấp phụ là kết quả của sự tƣơng tác giữa nƣớc - chất tan - chất hấp phụ. Trong thực tiễn, quá trình hấp phụ các chất tan trong nƣớc diễn ra phức tạp, đa dạng kể cả vô cơ và hữu cơ và chúng có bản chất khác nhau. Khả năng hấp phụ của chúng phụ thuộc vào tƣơng tác giữa cặp chất bị hấp phụ - chất hấp phụ. Thƣờng thì do nồng độ chất tan nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phân tử nƣớc sẽ chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ. Các phân tử chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy các Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 5
  18. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường phân tử nƣớc để chiếm chỗ khi tƣơng tác giữa chúng với chất hấp phụ đủ mạnh. Do đó cơ chế hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc là cơ chế hấp phụ chọn lọc. Sự hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc chịu ảnh hƣởng nhiều bởi pH của môi trƣờng. Sự thay đổi pH dẫn đến sự thay đổi về bản chất chất bị hấp phụ. Các chất có tính axit yếu, bazơ yếu hay lƣỡng tính sẽ bị phân li để tích điện âm, điện dƣơng hay trung hoà trong môi trƣờng có pH khác nhau. Sự thay đổi pH cũng làm ảnh hƣởng đến các nhóm chức trên bề mặt chất hấp phụ do sự phân li của các nhóm chức. 1.1.3. Động học của quá trình hấp phụ Quá trình hấp phụ từ pha lỏng trên bề mặt của chất hấp phụ gồm 3 giai đoạn: - Chuyển chất bị hấp phụ trong pha lỏng đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ: chất hấp phụ trong pha lỏng sẽ đƣợc chuyển dần đến bề mặt của các chất hấp phụ nhờ đối lƣu. Ở bề mặt hạt luôn có lớp màng giới hạn làm cho sự truyền chất và nhiệt bị chậm lại. - Khuếch tán vào các mao quản của hạt: sự chuyển chất bị hấp phụ từ bề mặt ngoài của chất hấp phụ vào bên trong diễn ra phức tạp. Với các mao quản đƣờng kính lớn hơn quãng đƣờng tự do trung bình của phân tử thì diễn ra khuếch tán phân tử. Với các mao quản nhỏ hơn thì khuếch tán Knudsen chiếm ƣu thế. Cùng với chúng còn có cơ chế khuếch tán bề mặt, các phân tử dịch chuyển từ bề mặt mao quản vào trong lòng hạt, đôi khi giống nhƣ chuyển động trong lớp màng (lớp giới hạn). - Hấp phụ là bƣớc cuối cùng diễn ra do tƣơng tác bề mặt hấp phụ và chất bị hấp phụ. Lực tƣơng tác này là các lực vật lý và khác nhau đối với các phân tử khác nhau, tạo nên một tập hợp bao gồm các lớp phân tử nằm trên bề mặt, nhƣ một lớp màng chất lỏng tạo nên trở lực chủ yếu cho giai đoạn hấp phụ. Quá trình hấp phụ làm bão hòa dần từng phần không gian hấp phụ, đồng thời làm giảm độ tự do của các phân tử hấp phụ nên thƣờng kèm theo sự tỏa nhiệt. 1.1.4. Các mô hình hấp phụ cơ bản 1.1.4.1. Các mô hình động học Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt giai Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 6
  19. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường đoạn kế tiếp nhau: - Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn khuếch tán trong dung dịch. - Phần tử chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản. Đây là giai đọan khuếch tán màng. - Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ. Đây là giai đoạn khuếch tán trong mao quản. - Các phần tử chất bị hấp phụ đƣợc gắn vào bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn hấp phụ thực sự. Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn có tốc độ chậm sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu quá trình động học hấp phụ.Với hệ hấp phụ trong môi trƣờng nƣớc, quá trình khuếch tán thƣờng chậm và đóng vai trò quyết định. Tải trọng hấp phụ sẽ thay đổi theo thời gian tới khi quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Gọi tốc độ hấp phụ là biến thiên độ hấp phụ theo thời gian. Ta có: r= Khi tốc độ hấp phụ phụ thuộc bậc nhất vào sự biến thiên nồng độ theo thời gian thì: r= = β.(Ci - Cf)= k.(qmax-q) Trong đó: β : hệ số chuyển khối Ci : nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm ban đầu Cf : nồng độ chất bị hấp phụ trong pha mang tại thời điểm t k : hằng số tốc độ hấp phụ qmax : tải trọng hấp phụ cực đại q: tải trọng hấp phụ tại thời điểm t 1.1.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Khi nhiệt độ không đổi, đƣờng biểu diễn q = fT (P hoặc C) đƣợc gọi là đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 7
  20. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của dung lƣợng hấp phụ tại một thời điểm vào nồng độ cân bằng hoặc áp suất của chất bị hấp phụ tại thời điểm đó ở một nhiệt độ xác định. Đối với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng, khí thì đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt đƣợc mô tả qua các phƣơng trình nhƣ: phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry, Frenundrich, Langmuir a. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt của vật rắn. Phƣơng trình Langmuir đƣợc thiết lập với giả thiết sau: - Các phân tử đƣợc hấp phụ đơn phân lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại mỗi trung tâm xác định). - Sự hấp phụ chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân). - Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tƣơng tác qua lại với nhau. - Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lƣợng, tức sự hấp phụ xảy ra trên bất kỳ chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là giá trị không đổi hay trên bề mặt chất hấp phụ không có trung tâm hoạt động. Phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir: q= qmax. Trong đó: q : tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g). qmax: tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g) b : hằng số chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ Khi b.Ccb > 1 thì q= qmax mô tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đƣờng đẳng nhiệt biểu diễn là một đoạn cong. Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta có thể sử dụng phƣơng pháp đồ thị bằng cách đƣa phƣơng trình trên về phƣơng trình đƣờng thẳng: Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 8
  21. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường = + Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của Cf/q vào Ccb sẽ xác định đƣợc hằng số trong phƣơng trình của Langmuir. q(mg/g) qmax 0 Cf Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tg = 1/qmax Cf/q N 0 Cf Hình 1.2. Sự phụ thuộc của Cf/q và Cf ON= 1/b.qmax b. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Henry có dạng: a = K.P Hay q = K.Ccb Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 9
  22. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Trong đó: A : lƣợng chất bị hấp phụ (mol/g) K : hằng số hấp phụ Henry P : áp suất (mmHg) Q : dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g) Ccb : nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l). c. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Frenundrich Đây là một phƣơng trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay hấp phụ vật lý. Các giả thiết của phƣơng trình nhƣ sau: - Do tƣơng tác đẩy giữa các phân tử, phần tử sau khi bị đẩy bởi phần tử hấp phụ trƣớc, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng độ che phủ bề mặt. - Do bề mặt không đồng nhất, các phân tử hấp phụ trƣớc chiếm các trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn các nhiệt trung tâm hấp phụ thấp hơn. Phƣơng trình này đƣợc biểu diễn bằng một hàm mũ: q= k. Trong đó: Ccb : nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l) q : tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) k : hằng số hấp phụ Frenundrich n : cƣờng độ hấp phụ, hằng số này phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1. Phƣơng trình Frenundrich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt. Để xác định các hằng số, ta đƣa phƣơng trình về dạng đƣờng thẳng: lg q = lg k + .lg 1.1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ [9] Hấp phụ là một quá trình phức tạp, nó chịu ảnh hƣởng của một số yếu tố Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 10
  23. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường sau: a. Ảnh hưởng của dung môi Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là khi chất tan bị hấp phụ càng mạnh thì dung môi bị hấp phụ càng yếu. Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn thì chất tan càng dễ bị hấp phụ. Chất tan trong dung môi nƣớc bị hấp phụ tốt hơn so với dung môi hữu cơ. b. Tính chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Thông thƣờng, các chất phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt phân cực và các chất không phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt không phân cực. Ngoài ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm kích thƣớc mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dịch thƣờng tăng lên. Nhƣng đến một giới hạn nào đó, khi kích thƣớc mao quản quá nhỏ sẽ cản trở sự đi vào của chất bị hấp phụ. c. Ảnh hưởng của nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm. Tuy nhiên, đối với những cấu tử tan hạn chế, khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng sẽ làm cho nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên, do vậy khả năng hấp phụ sẽ tăng lên. d. Ảnh hưởng của pH môi trường pH ảnh hƣởng nhiều đến tính chất bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong dung dịch nên cũng ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ. Ngoài ra còn có các yếu tố khác nhƣ: nồng độ của chất tan trong dung dịch, áp suất đối với chất khí, quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ. 1.1.6. Ứng dụng của phương pháp hấp phụ trong việc xử lý nước thải Hiện nay, phƣơng pháp hấp thụ đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong xử lý nƣớc thải vì nó cho phép tách loại đồng thời nhiều chất bẩn (bao gồm cả chất vô cơ và chất hữu cơ) từ một nguồn nƣớc đang bị ô nhiễm và tách loại tốt ngay khi chúng ở nồng độ thấp. Bên cạnh đó, giá thành xử lý thấp cũng là một ƣu thế của phƣơng pháp hấp phụ so với những phƣơng pháp khác. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 11
  24. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 1.2. Mangan và ảnh hƣởng của nó tới sức khỏe con ngƣời Mangan (Mn) là kim loại đầu tiên đƣợc Gabriel Bertrand xem nhƣ nguyên tố vi lƣợng cơ bản đối với sự sống. Mn có nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể nhƣ: tác động đến hô hấp tế bào, phát triển xƣơng, chuyển hóa gluxit, hoạt động của não, cảm giác cân bằng. Mn có hàm lƣợng cao trong một số enzym [14]. 1.2.1. Vai trò của Mangan Mangan hoạt hóa một vài enzyme và có thể can thiệp vào sự ức chế chuyển động của Canxi trong một vài tế bào. Nó đóng một vai trò không rõ ràng trong sự cân bằng của đƣờng máu và quá trình tổng hợp cholesterol, cũng nhƣ tiến trình hình thành bộ xƣơng. Ngƣợc lại, vai trò của nó quá trình trong tổng hợp urê và trung hòa các anion superoxyde của gốc tự do, trong trung tâm năng lƣợng của tế bào cùng những lạp thể đƣợc biết rõ. Mangan trong ty lạp thể cũng nhƣ đồng trong tế bào có vai trò là chất chống ôxy hóa. Ngƣợc lại, giống nhƣ đồng khi quá nhiều hoặc không đƣợc kiểm soát sẽ trở thành nhân tố tiền ôxy hóa gây độc. Não dƣờng nhƣ đặc biệt nhạy cảm với những tác dụng âm tính của mangan, nó gây ra một vài dạng bệnh nhƣ parkinson [14]. 1.2.2. Tính chất vật lý Mn là kim loại trắng nhƣng khá rắn và giòn. Khối lƣợng riêng là 7,2g/cm3. Ngoài không khí, nó đƣợc phủ bởi những vết nhiều màu của màng oxit, lớp này ngăn chặn không cho Mn bị oxi hóa tiếp. Nó có thể tạo hợp kim với Fe theo bất cứ tỉ lệ nào. 1.2.3. Tính chất hóa học Mn có thể tồn tại ở nhiều mức oxy hóa khác nhau nhƣ 2, 3, 4, 6, 7 nhƣng bền nhất và phổ biến nhất là hợp chất mà có số oxy hóa là 2,4,6,7. Khi có tƣơng tác giữa Mn kim loại với phi kim tạo hợp chất Mn có hóa trị 2. Mn dễ tan trong nƣớc khi có mặt NH4Cl, nó ngăn kết tủa của Mangan hidroxit. Khi Mn tan trong axit không có tính oxy hóa có H₂ bay ra. Khi hòa tan Mn trong H2SO4 đặc có khí SO2 thoát ra, còn trong HNO3 thì cho các oxit của nitơ thoát ra Mn có thể khử đƣợc nhiều kim loại. Ở trạng thái bột, nó phản ứng mạnh hơn dạng đặc rắn. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 12
  25. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 1.2.4. Độc tính Mangan quá cao cản trở sự hấp thu sắt ở chế độ ăn uống. Khi lƣợng mangan dƣ thừa kéo dài có thể dẫn đến thiếu máu thiếu sắt. Lƣợng mangan tăng làm suy yếu hoạt động của đồng Metallo - enzyme. Mangan quá tải thƣờng là do ô nhiễm công nghiệp. Ngƣời lao động trong công nghiệp chế biến mangan có nguy cơ cao nhất. Nƣớc giàu mangan có thể là nguyên nhân của lƣợng mangan quá mức và có thể làm tăng sự phát triển của vi khuẩn trong nƣớc. 1.2.5. Một số phƣơng pháp định lƣợng kim loại Có nhiều phƣơng pháp khác nhau đƣợc dùng để định lƣợng các kim loại. Trong đề tài này sử dụng phƣơng pháp trắc quan để định lƣợng Mangan. 1.2.5.1. Phương pháp thể tích Phân tích thể tích là phƣơng pháp phân tích định lƣợng dựa trên sự đo thể tích của dung dịch thuốc thử đã biết chính xác nồng độ (dung dịch chuẩn) cần dùng để phản ứng hết với chất cần xác định có trong dung dịch cần phân tích. Dựa vào thể tích và nồng độ của dung dịch chuẩn đã dùng để tính ra hàm lƣợng chất cần xác định có trong dung dịch phân tích. Dựa theo bản chất của phản ứng chuẩn độ, phƣơng pháp phân tích thể tích đƣợc phân loại làm các loại sau: - Phƣơng pháp chuẩn độ axit – bazơ (phƣơng pháp trung hòa). - Phƣơng pháp chuẩn độ kết tủa. - Phƣơng pháp chuẩn độ tạo phức. - Phƣơng pháp chuẩn độ oxi hóa khử. 1.2.5.2. Phương pháp trắc quang [14 ] Phƣơng pháp trắc quang là phƣơng pháp phân tích đƣợc sử dụng phổ biến nhất trong các phƣơng pháp phân tích hóa lý. Nguyên tắc chung của phƣơng pháp phân tích trắc quang là muốn xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lƣợng chất cần xác định X. Cơ sở của phƣơng pháp là định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer – Lambert - Beer. Biểu thức của định luật: Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 13
  26. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Io A = lg I = εLC Trong đó: - Io, I lần lƣợt là cƣờng độ của ánh sáng đi vào và đi ra khỏi dung dịch. - L là bề dày của dung dịch ánh sáng đi qua. - C là nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch. - ε là hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và bƣớc sóng của ánh sáng tới (ε = f(λ)). Nhƣ vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lƣợng: bƣớc sóng, bề dày dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng. A = f(λ, L, C) Do đó, nếu đo A tại một bƣớc sóng λ nhất định với cuvet có bề dày L xác định thì đƣờng biểu diễn A = f(C) phải có dạng y = a.x là một đƣờng thẳng. Tuy nhiên do những yếu tố ảnh hƣởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bƣớc sóng của ánh sáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thị trên không có dạng đƣờng thẳng với mọi giá trị của nồng độ. Và biểu thức (*) có dạng: b Aλ = k.ε.L.(Cx) Trong đó: - Cx: nồng độ chất hấp thụ ánh sáng trong dung dịch. - k: hằng số thực nghiệm. - b: hằng số có giá trị 0 < b < 1. Nó là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx. Khi Cx nhỏ thì b= 1, khi Cx lớn thì b<1. Đối với một chất phân tích trong một dung môi xác định và trong một cuvet có bề dày xác định thì ε = const và L = const. Đặt K= k.ε.L ta có : b Aλ = K.C ( ) Với mọi chất có phổ thụ phân tử vùng UV- Vis, thì luôn có một giá trị nồng độ giới hạn Co xác định , sao cho: - Với mọi giá trị Cx < Co: thì b= 1, và quan hệ giữa độ hấp thụ quang A và nồng độ Cx là tuyến tính. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 14
  27. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Phƣơng trình (*) là cơ sở để định lƣợng các chất theo phép đo phổ hấp thụ quang phân tử UV - Vis (phƣơng pháp trắc quang). Trong phân tích ngƣời ta chỉ sử dụng vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C, vùng tuyến tính này rộng hay hẹp phụ thuộc vào bản chất hấp thụ quang của mỗi chất và các điều kiện thực nghiệm, với các chất có phổ hấp thụ UV - Vis càng nhạy, tức giá trị e của chất đó càng lớn thì giá trị nồng độ giới hạn Co càng nhỏ và vùng nồng độ tuyến tính giữa A và C càng hẹp. 1.2.5.3. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để định lƣợng một chất bằng phƣơng pháp trắc quang. Từ các phƣơng pháp đơn giản không cần máy móc nhƣ: phƣơng pháp dãy chuẩn nhìn màu, phƣơng pháp chuẩn độ so sánh màu, phƣơng pháp cân bằng màu bằng mắt Các phƣơng pháp này đơn giản không cần máy móc đo phổ nhƣng chỉ xác định đƣợc nồng độ gần đúng của chất cần định lƣợng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ngƣỡng cho phép của chất nào đó xem có đạt hay không. Các phƣơng pháp phải sử dụng máy quang phổ nhƣ: phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng pháp dãy tiêu chuẩn, phƣơng pháp chuẩn độ trắc quang, phƣơng pháp cân bằng, phƣơng pháp thêm, phƣơng pháp vi sai tùy theo từng điều kiện và đối tƣợng phân tích cụ thể mà ta chọn phƣơng pháp thích hợp. Trong đề tài này sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để định lƣợng các cation kim loại. b Phương pháp đường chuẩn: Từ phƣơng trình cơ sở A = k.(Cx) về nguyên tắc, để xây dựng một đƣờng chuẩn phục vụ cho việc định lƣợng một chất trƣớc hết phải pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chất hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1). Tiến hành đo độ hấp thụ quang A của dãy dung dịch chuẩn đó. Từ các giá trị độ hấp thụ quang A đo đƣợc dựng đồ thị A = f(C) gọi là đƣờng chuẩn. Sau khi có đƣờng chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn. Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện đo nhƣ khi xây dựng đƣờng chuẩn sẽ tìm đƣợc các giá trị nồng độ Cx tƣơng ứng. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 15
  28. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 1.2.5.4. Định lượng Mn2+ bằng phương pháp trắc quang Dùng amoni pesunfat và chất xúc tác là ion Ag+ trong môi trƣờng axit để oxi 2+ - hóa Mn đến MnO4 đƣợc xác định bằng phƣơng pháp trắc quang với máy trắc quang vùng UV - Vis ở bƣớc sóng λ = 525nm. 1.3. Tổng quan về than hoạt tính 1.3.1. Thành phần hóa học của than [6] Than hoạt tính là một chất gồm chủ yếu là nguyên tố carbon ở dạng vô định, một phần nữa có dạng tinh thể vụn grafit. Ngoài carbon thì phần còn lại thƣờng là tàn tro, mà chủ yếu là các kim loại kiềm và vụn cát. Than hoạt tính có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên đƣợc ứng dụng nhƣ một chất lý tƣởng để lọc hút nhiều loại hóa chất. Diện tích bề mặt của than hoạt tính nếu tính ra đơn vị khối lƣợng thì là từ 500 đến 2500 m2/g. Bề mặt riêng rất lớn này là hệ quả của cấu trúc xơ rỗng mà chủ yếu là do thừa hƣởng từ nguyên liệu hữu cơ xuất xứ, qua quá trình chƣng khô (sấy) ở nhiệt độ cao trong điều kiện yếm khí. Phần lớn các vết rỗng – nứt vi mạch, đều có tính hấp thụ rất mạnh và chúng đóng vai trò các rãnh chuyển tải. Thuộc tính làm tăng ý nghĩa của than hoạt tính còn ở phƣơng diện nó là chất không độc (kể cả một khi đã ăn phải nó), than hoạt tính đƣợc tạo từ gỗ và than đá thƣờng có giá thành thấp, từ xơ dừa, vỏ trái cây thì giá thành cao và chất lƣợng hơn. Chất thải của quá trình chế tạo than hoạt tính dễ dàng đƣợc tiêu hủy bằng phƣơng pháp đốt. Nếu nhƣ các chất đã đƣợc lọc là những kim loại nặng thì việc thu hồi lại, từ tro đốt, cũng rất dễ. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 16
  29. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hình 1.3. Than hoạt tính 1.3.2. Phương pháp chế tạo than hoạt tính Các nguyên liệu thƣờng đƣợc dùng để sản xuất than hoạt tính là các cây thuộc họ tre, và gáo dừa ƣu điểm của các nguyên liệu này là nguyên liệu đã chứa hệ thống mao quản lớn có kích thƣớc nằm trong khoảng 10 - 50 m. Nhƣng nhƣợc điểm là giá thành sản phẩm cao nên không phù hợp để xử lý nƣớc thải. Hiện nay, để xử lý nƣớc thải ngƣời ta quan tâm đến loại than hoạt tính đƣợc chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp nhƣ: xơ dừa, trấu, sợi đay, bã mía có thành phần chủ yếu là cellulose (xơ dừa, sợi đay, bã mía) và bán cellulose (hemicellulose, trấu). Quá trình sản xuất than hoạt tính gồm hai giai đoạn chính: than hoá và hoạt hoá. Quá trình than hóa chủ yếu đƣợc chế tạo phƣơng pháp nhiệt phân ở nhiệt độ từ 8500C -9500C trong điều kiện yếm khí, để tăng cƣờng khả năng hấp phụ của than ngƣời ta có thể hoạt hóa than bằng hơi nƣớc, khí CO2, kẽm clorua hoặc axit H2SO4 đặc Trong quá trình đó, xảy ra các phản ứng, ví dụ khi dùng CO2 Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 17
  30. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường C + CO2 → CO Khi dùng hơi nƣớc: C + H2O → CO + H2 Các phản ứng trên (đốt cháy một phần than đá) đã tạo nên độ xốp với bề mặt chứa các nhóm chức hoạt động và rất lớn, từ 600 đến 1700m2/g. Nhƣ vậy, quy trình chung để sản xuất than hoạt tính là: từ nguyên liệu ban đầu, qua quá trình hoạt hóa để làm tăng hoạt tính hấp phụ của than. Còn từng bƣớc xử lý với các điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác cụ thể nhƣ thế nào để tạo ra sản phẩm than hoạt tính phù hợp với mục đích sử dụng và kinh doanh là bí mật công nghệ của từng nhà sản xuất. Quá trình hoạt hóa tạo nên những lỗ nhỏ li ti làm cho than có khả năng hấp phụ và giữ các tạp chất tốt hơn rất nhiều so với than ban đầu. Từ các nguyên liệu có diện tích bề mặt khoảng 10 -15m2/g, sau quá trình hoạt hóa, than đạt diện tích bề mặt lớn hơn cả ngàn lần, trung bình 700-1.200m2/g. Bán kính các lỗ hổng của than hoạt tính thƣờng phân ra làm ba khoảng: micropores (< 40Å), mesopores (40 - 5.000Å) và macropores (5.000 - 20.000 Å). Trong đó loại có khả năng hấp phụ tốt nhất là lỗ hổng cỡ micropores. Than hoạt tính có khả năng hấp thụ tốt đối với các chất không phân cực nhƣ chất hữu cơ; hấp phụ yếu các chất phân cực nhƣ nƣớc, khí amoniac Khả năng hấp phụ của than hoạt tính tùy thuộc vào kết cấu, kích thƣớc, mật độ khe hổng, diện tích tiếp xúc của than, tính chất của các loại tạp chất cần loại bỏ và cả công nghệ của các nhà sản xuất. Cấu trúc xốp và độ hoạt động phụ thuộc loại nguyên liệu và chế độ hoạt hoá. Do đó than có nhiều loại với phạm vi sử dụng rất khác nhau. Nhìn chung loại giàu pore nhỏ (phần bề mặt ứng với pore nhỏ nhiều) dùng tốt cho hấp thụ khí, kém hiệu quả khi dùng hấp phụ các chất hữu cơ. Than hoạt tính dùng hấp phụ trong dung dịch cần giàu medopore. 1.3.3. Ứng dụng than hoạt tính [13] - Trong y tế (Carbo medicinalis – than dƣợc): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 18
  31. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường - Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc tác khác - Trong kỹ thuật, than hoạt tính là một thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trong khẩu trang), tấm khử mùi trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ - Trong xử lý nƣớc (hoặc lọc nƣớc trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lƣợng. - Do có cấu trúc xốp và bản thân xung quanh mạng tinh thể của than hoạt tính có một lực hút rất mạnh, do đó than hoạt tính có khả năng hấp phụ khác thƣờng đối với các chất có gốc hữu cơ. - Than hoạt tính đƣợc sử dụng để hấp phụ các hơi chất hữu cơ, chất độc, lọc xử lý nƣớc sinh hoạt và nƣớc thải, xử lý làm sạch môi trƣờng, khử mùi, khử tia đất và các tác nhân gây ảnh hƣởng có hại đến sức khỏe con ngƣời, chống ô nhiễm môi trƣờng sống Đem lại một môi trƣờng sống trong sạch cho con ngƣời. - Các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa dầu, sản xuất dƣợc phẩm, khai khoáng, nông nghiệp, bảo quản, hàng không vũ trụ, lĩnh vực quân sự Đều cần phải sử dụng than hoạt tính với khối lƣợng rất lớn. 1.4. Giới thiệu về nguyên liệu vỏ trấu [12] Việt Nam là nƣớc có nền văn minh lúa nƣớc rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã gắn liền với đời sống của nhân dân. Không những hạt lúa đƣợc sử dụng làm thực phẩm chính, mà các phần còn lại sau khi đã thu hoạch lúa cũng đƣợc ngƣời dân tận dụng trở thành những vật liệu có ích trong đời sống hàng ngày. Nguyên liệu trấu có các ƣu điểm nổi bật khi sử dụng làm chất đốt: Vỏ trấu sau khi xay xát luôn ở dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp nhẹ, vận chuyển dễ dàng, tồn trữ rất đơn giản, chi phí đầu tƣ ít. Thành phần của vỏ trấu là chất xơ cao phân tử, trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ trong vỏ trấu chứa chủ yếu cellulose, lignin và Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 19
  32. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hemi – cellulose (90%), ngoài ra có thêm thành phần khác nhƣ hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm 35-40%. Trấu là nguồn nguyên liệu rất dồi dào và lại rẻ tiền: sản lƣợng lúa hàng năm năm cả nƣớc đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn. Nhƣ vậy lƣợng vỏ trấu thu đƣợc sau khi xay xát tƣơng đƣơng 7,4 triệu tấn. Sản lƣợng trấu có thể thu gom đƣợc ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4 -1,6 triệu tấn. Với sản lƣợng nhƣ vậy, việc sử dụng vỏ trấu để chế tạo VLHP vừa có ý nghĩa về mặt khoa học vừa góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm dồi dào này. 1.5. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nƣớc thải công nghiệp (QCVN24:2009) 1.5.1. Phạm vi áp dụng - Quy chuẩn này quy định giá trị tối đa cho phép của các thông số ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp khi xả vào nguồn tiếp nhận. 1.5.2. Giá trị giới hạn - Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm của nƣớc thải công nghiệp khi đổ vào các khu vực nƣớc không vƣợt quá các giá trị tƣơng ứng qui định trong bảng 1.1 - Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm bằng hoặc nhỏ hơn giá trị qui định trong cột A có thể đổ vào các vực nƣớc thƣờng đƣợc dùng làm nguồn nƣớc cho mục đích sinh hoạt. - Nƣớc thải công nghiệp có giá trị các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm lớn hơn các giá trị qui định trong cột A nhƣng nhỏ hơn hoặc bằng giá trị qui định trong cột B thì đƣợc đổ vào các vực nƣớc nhận thải khác trừ các thủy vực qui định ở cột A. - Thành phần nƣớc thải có tính đặc thù theo lĩnh vực ngành công nghiệp của một số hoạt động sản xuất, kinh doanh dịch vụ cụ thể đƣợc qui định trong các tiêu chuẩn riêng. - Phƣơng pháp lấy mẫu, phân tích, tính toán, xác định từng thông số và nồng độ cụ thể của các chất ô nhiễm đƣợc qui định trong các TCVN hiện hành hoặc do cơ quan có thẩm quyền qui định. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 20
  33. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Bảng 1.1. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp Giá trị C STT Thông số Đơn vị A B 1 Nhiệt độ 0C 40 40 2 pH - 6 - 9 5.5 – 9 Không khó Không khó 3 Mùi - chịu chịu 4 Độ mầu (Co-Pt ở pH = 7) - 20 70 0 5 BOD5 (20 C) mg/l 30 50 6 COD mg/l 50 100 7 Chất rắn lơ lửng mg/l 50 100 8 Asen mg/l 0.05 0.1 9 Thủy ngân mg/l 0.005 0.01 10 Chì mg/l 0.1 0.5 11 Cadimi mg/l 0.005 0.01 12 Crom (VI) mg/l 0.05 0.1 13 Crom (III) mg/l 0.2 1 14 Đồng mg/l 2 2 15 Kẽm mg/l 3 3 16 Niken mg/l 0.2 0.5 17 Mangan mg/l 0.5 1 18 Sắt mg/l 1 5 19 Thiếc mg/l 0.2 1 20 Xianua mg/l 0.07 0.1 21 Phenol mg/l 0.1 0.5 22 Dẫu mỡ khoáng mg/l 5 5 23 Dầu động thực vật mg/l 10 20 Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 21
  34. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 24 Clo dƣ mg/l 1 2 25 PCB mg/l 0.003 0.01 Hóa chất bảo vệ thực vật 26 mg/l 0.3 1 lân hữu cơ Hóa chất bải vệ thực vật 27 mg/l 0.1 0.1 clo hữu cơ 28 Sunfua mg/l 0.2 0.5 29 Florua mg/l 5 10 30 Clorua mg/l 500 600 31 Amoni( tính theo Nitơ) mg/l 5 10 32 Tổng nitơ mg/l 15 30 33 Tổng phospho mg/l 4 6 34 Coliform MPN/100ml 3000 5000 35 Tổng hoạt độ phóng xạ α Bq/l 0.1 0.1 36 Tổng hoạt độ phóng xạ β Bq/l 1.0 1.0 Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 22
  35. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của khóa luận 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu Khảo sát để tìm điều kiện tối ƣu cho việc tách loại mangan trong nƣớc bằng than hoạt tính. 2.1.2. Nội dung nghiên cứu Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho sự hấp phụ mangan trong nƣớc bằng than hoạt tính gồm: - Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ mangan của than hoạt tính. - Khảo sát ảnh hƣởng của thời gian đến khả năng hấp phụ mangan của than hoạt tính. - Khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính. - Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu Mn2+ đến khả năng hấp phụ của than hoạt tính. - Nghiên cứu khả năng giải hấp và tái sinh của vật liệu. 2.2. Dụng cụ và hóa chất 2.2.1. Thiết bị - Máy đo quang Hach DR/2010 - Máy lắc June HY - 4 - Cân phân tích Adexenture - Tủ sấy - Bình định mức : 50ml, 100ml, 1000ml - Bình tam giác 250ml - Buret và pipet các loại - Phễu lọc và giấy lọc - Bếp điện và một số dụng cụ phụ trợ khác Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 23
  36. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 2.2.2. Hóa chất - H2SO4 đặc - AgNO3 10% - Amoni pesunfat dạng rắn - MnSO4.H2O - NaHCO3 2.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ Vỏ trấu rửa sạch bằng nƣớc cất, đƣợc phơi khô tự nhiên và đƣợc sấy khô ở nhiệt độ 80 - 90oC trong 24h sau đó cho vào cốc thủy tinh và đƣợc đốt bằng axit H2SO4 98% theo tỉ lệ 1:1 về khối lƣợng, ngâm trong 24h. Sản phẩm sau khi đốt đƣợc rửa sạch nhiều lần bằng nƣớc cất rồi ngâm trong dung dịch NaHCO3 2% trong 24h, sau đó lọc lấy vật liệu và rửa sạch bằng nƣớc cất đến môi trƣờng trung tính, sấy khô ở 120 – 150oC trong vòng 6h rồi nghiền nhỏ đến kích thƣớc 0,25 -2mm, thu đƣợc VLHP. Hình 2.1. Vỏ trấu trước khi oxy hóa Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 24
  37. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hình 2.2. Vỏ trấu được than hóa bằng H2SO4 98% Hình 2.3. Than hoạt tính thu được sau khi oxy hóa vỏ trấu bằng H2SO4 98% Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 25
  38. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 2.4. Phƣơng pháp phân tích xác định mangan 2.4.1. Nguyên tắc xác định Mn2+ Trong nƣớc Mn thƣờng nằm ở 2 dạng tan và không tan. Ở dạng tan Mn thƣờng tồn tại ở dạng Mn2+, còn ở dạng không tan là kết tủa hidroxi. Phƣơng pháp xác định Mn là dùng chất ôxy hóa mạnh amonipesunfat và chất xúc tác là ion Ag+ trong môi trƣờng axit để ôxy hóa Mn2+ thành Mn7+ có màu tím hồng. Kết quả đƣợc xác định trên máy đo màu. 2+ - Oxi hóa Mn thành MnO4 theo phản ứng sau: 2+ 2- - 2- + 2Mn + 5S2O8 + 8H2O = 2 MnO4 + 10SO4 + 16H (1) - Hình 2.4. Màu tím đặc trưng của ion MnO4 *) Yếu tố cản trở: - Ion clo (Cl-) gây cản trở xác định, loại bỏ bằng cách thêm dung dịch - AgNO3, loại bỏ kết tủa sẽ loại đƣợc Cl . - Chất hữu cơ, loại bỏ bằng cách vô cơ hóa với vài giọt axit photphoric. - Các chất có màu khác đƣợc loại trừ bằng cách dùng mẫu trắng. 2.4.2. Dựng đường chuẩn xác định Mn2+ 2+ - Dung dịch chuẩn Mn : Hòa tan 0,1535g MnSO4.H2O với 500ml nƣớc cất đƣợc axit hóa bằng H2SO4 (1:4) 5ml, ta đƣợc dung dịch chuẩn 0,1 mg Mn/ml. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 26
  39. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường - Lập đƣờng chuẩn: Lấy một dãy bình tam giác cho dung dịch chuẩn Mn 0,1mg Mn/ml vào theo thể tích: 0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 ml. Thêm vào mỗi bình 1ml H2SO4 đặc 0,5ml AgNO3 10%, 1g amoni pesunfat. Thêm nƣớc cất 2 lần vào tới khoảng 30ml rồi đun sôi 1 phút, sau đó bỏ ra và làm nguội nhanh bằng nƣớc máy. Tiếp theo, định mức thành 100ml bằng nƣớc cất. Đo màu trên máy đo quang bƣớc sóng 525nm. Ta có kết quả đo đƣợc nhƣ trong bảng 2.1. Khi đó nồng độ mangan đƣợc xác định theo công thức sau: X = C.1000/V Trong đó: • C là lƣợng mangan tính theo đƣờng chuẩn (mg) • V là thể tích mẫu đem phân tích (ml) • X là hàm lƣợng mangan trong mẫu nƣớc (mg/l) Bảng 2.1. Kết quả xác định đường chuẩn Mangan STT Thể tích Mn (ml) Hàm lƣợng Mn (mg) ABS 1 0 0 0 2 0.5 0.05 0.045 3 1 0.1 0.089 4 1.5 0.15 0.133 5 2 0.2 0.172 6 2.5 0.25 0.219 Từ kết quả trên ta có đồ thị biểu diễn phƣơng trình đƣờng chuẩn của Mangan nhƣ sau: Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 27
  40. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hình 2. 5. Phương trình đường chuẩn của Mangan Vậy phƣơng trình của Mangan dùng để xác nồng độ Mangan sau quá trình hấp phụ có dạng: y = 0,7646x - 0,0002. 2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ 2.5.1. Ảnh hưởng của pH Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu là pH, để khảo sát ảnh hƣởng của pH ta tiến hành nhƣ sau: - Chuẩn bị một dãy 10 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ 1 đến 10. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Mn2+ có nồng độ 0,0478mg Mn/ml và 1,5g vật liệu hấp phụ. Điều chỉnh pH theo thứ tự lần lƣợt các bình từ 2 đến 11. - Các bình đã điều chỉnh pH lần lƣợt theo thứ tự tiến hành mang đi lắc trên máy lắc trong 1h. - Sau khoảng thời gian lắc 1h, lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ Mn2+ trong dung dịch. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 28
  41. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian - Chuẩn bị một dãy 5 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ 1 đến 5. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Mn2+ có nồng độ 0,0478mg Mn/ml và 1,5g vật liệu hấp phụ. Điều chỉnh các bình về pH tối ƣu và đem lắc trên máy lắc trong các khoảng thời gian khác nhau từ: 15, 30, 45, 60, 75 và đến 90 phút. - Sau mỗi khoảng thời gian trên, lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ Mn2+ trong dung dịch. 2.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng - Chuẩn bị một dãy 6 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ 1 đến 6. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Mn2+ có nồng độ 0,0478mg Mn/ml và cho vào mỗi bình lần lƣợt: 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2 g vật liệu. Các bình đƣợc điều chỉnh về pH tối ƣu thì tiến hành đem đi lắc trên máy lắc trong khoảng thời gian tối ƣu. - Sau đó lấy dung dịch đã lắc đem lọc bằng giấy lọc và xác định nồng độ Mn2+ trong dung dịch. 2.5.4. Xác định tải trọng hấp phụ - Chuẩn bị một dãy 10 bình tam giác dung tích 250ml, đánh số thứ tự từ 1 đến 10. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Mn2+ với các nồng độ khác nhau. Tiếp theo, cho vào mỗi bình 1g vật liệu hấp phụ. Các bình đƣợc điều chỉnh về pH tối ƣu và đem lắc trong khoảng thời gian 1h. - Sau khoảng thời gian lắc, đem lọc dung dịch đã lắc qua giấy lọc và tiến hành xác định nồng độ Mn2+ trong mỗi bình. 2.6. Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh vật liệu hấp phụ 2.6.1. Khảo sát khả năng giải hấp của vật liệu hấp phụ - Lấy 50ml dung dịch Mn2+ 0.01mg/ml và 1g vật liệu cho vào bình tam giác, đem lắc trong 30 phút. Sau đó đo nồng độ của dung dịch sau khi đã xử lý từ đó tính đƣợc số Mn2+ đã hấp phụ đƣợc. - Sau đó tiến hành giải hấp Mn2+ ra khỏi vật liệu bằng dung dịch NaOH 1M, quá trình giải hấp đƣợc tiến hành 3 lần mỗi lần bằng 50ml dung dịch NaOH. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 29
  42. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Xác định nồng độ Mn2+ sau khi giải hấp bằng phƣơng pháp trắc quang. Từ đó tính đƣợc hàm lƣợng Mn2+ đã đƣợc rửa giải. 2.6.2. Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu hấp phụ - Lấy 50ml dung dịch Mn2+ cho vào bình tam giác cùng vật liệu hấp phụ đã giải hấp ở trên, đem lắc trong 30 phút. Đo nồng độ của Mn2+ sau khi lắc. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 30
  43. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Khảo sát ảnh hƣởng của pH tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu. Nƣớc thải thƣờng có pH rất khác nhau tùy theo đặc trƣng của nguồn thải. Khi sử dụng vật liệu hấp phụ thì pH là yếu tố có ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ mangan của vật liệu hấp phụ than hoạt tính đƣợc trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu nồng độ Mn còn lại nồng độ Mn bị hấp STT pH H (%) (mg/l) phụ (mg/l) 1 2 43.237 4.583 9.583 2 3 41.710 6.110 12.776 3 4 40.401 7.419 15.514 4 5 38.787 9.033 18.889 5 6 32.373 15.447 32.301 6 7 9.075 38.745 81.022 7 8 3.272 44.548 93.157 8 9 2.443 45.377 94.891 9 10 1.396 46.424 97.080 10 11 0.654 47.166 98.631 Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 31
  44. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu Từ kết quả ở bảng trên (bảng 3.1) và đồ thị trên (hình 3.1) cho thấy trong dải pH từ 2 đến 11 hiệu suất hấp phụ của vật liệu tăng dần. Tuy vậy nhƣng khi ôi trƣờng càng kiềm thì khả năng hấp phụ Mn của vật liệu tăng rõ rệt, điều đó cho thấy khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu phụ thuộc nhiều vào pH. Khi pH = 7 hiệu suất hấp phụ Mn2+ đã đạt 81.022% và khi pH quá cao có thể làm kết tủa Mangan. Vì vậy, chọn pH tối ƣu để hấp phụ đối với vật liệu này là pH = 7. 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh hƣởng của thời gian đến quá trình hấp phụ Mn2+ của vật liệu đƣợc trình bày ở bảng 3.2. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 32
  45. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Bảng 3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến sự hấp phụ mangan nồng độ Mn còn lại nồng độ Mn bị STT t (phút) H (%) (mg/l) hấp phụ (mg/l) 1 15 30.977 16.843 35.222 2 30 30.105 17.715 37.045 3 45 10.558 37.262 77.921 4 60 2.007 45.813 95.803 5 75 2.225 45.595 95.347 6 90 2.4 45.42 94.981 Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Mn2+ của vật liệu Nhận xét: Từ kết quả của bảng 3.2 và hình 3.2 cho thấy: Hiệu suất hấp phụ tăng dần theo thời gian. Sau thời gian 60 phút, hiệu suất hấp phụ Mn2+ của vật liệu tăng tƣơng đối ổn định. Do đó, chọn thời gian tối ƣu để hấp phụ Mn đối với vật liệu này là 60 phút. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 33
  46. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến khả năng hấp phụ mangan. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh hƣởng của khối lƣợng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến quá trình hấp phụ Mn2+ đƣợc trình bày ở bảng 3.3 và hình 3.3. Bảng 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ than hoạt tính đến sự hấp phụ mangan nồng độ Mn nồng độ Mn bị STT m than (g) H (%) còn lại (mg/l) hấp phụ (mg/l) 1 0.25 33.028 14.792 30.933 2 0.5 26.745 21.075 44.071 3 0.75 21.161 26.659 55.750 4 1 8.072 39.748 83.121 5 1.25 6.557 39.943 84.931 6 1.5 5.872 40.628 87.373 7 1.75 3.258 43.242 92.994 8 2 2.715 43. 785 94.162 Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 34
  47. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Hiệu suất hấpphụmangansuất% Hiệu 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Khối lượng than (gam) Hình 3.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ Mn2+ Từ kết quả ở bảng trên bảng 3.3 và hình 3.3 cho thấy khi tăng dần khối lƣợng của vật liệu hấp phụ từ 0,25 2g thì hiệu suất hấp phụ của vật liệu tăng dần. Chúng tôi đã chọn giá trị khối lƣợng vật liệu hấp phụ là 1,5 gam khi nghiên khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng khác. 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP Sau khi đã khảo sát ảnh hƣởng của pH, ảnh hƣởng của thời gian và khối lƣợng vật liệu hấp phụ, chúng tôi tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của vật liệu ở pH = 7, trong thời gian 60 phút Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 35
  48. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Hình 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP. Kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ than hoạt tính đƣợc trình bày ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ Mn2+ khả năng hấp phụ của vật liệu STT Ci (mg/l) Cf (mg/l) q (mg/g) Cf/q 1 0 0 0 2 47.82 1.309 2.326 0.563 3 143.46 6.981 6.824 1.023 4 191.28 9.599 9.084 1.057 5 239.1 15.358 11.187 1.373 6 286.92 25.305 13.081 1.935 7 334.74 37.260 14.874 2.505 8 382.56 57.592 16.248 3.544 9 430.38 79.538 17.542 4.534 Kết quả thực nghiệm cho thấy khi nồng độ Mn2+ tăng thì tải trọng hấp phụ của vật liệu cũng tăng dần. Từ kết quả trên ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 36
  49. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường của tải trọng hấp phụ vào nồng độ cân bằng Cf của Mangan và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào nồng độ cân bằng Cf: Hình 3.5. Ảnh hưởng của nồng độ mangan đến khả năng hấp phụ của vật liệu Hình 3.6. Đường biểu diễn sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf đƣợc mô tả nhƣ phƣơng trình: Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 37
  50. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Y = 0,05x + 0,603 Ta có tgα = 1/qmax qmax = 1/tagα = 1/0,05 = 20 (mg/g) Nhƣ vậy, tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với Mn2+ là 20 (mg/g) 3.5. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh VLHP với mangan - Lấy 50ml dung dịch Mn2+ 0,01mg/ml và 2g vật liệu cho vào bình tam giác, đem lắc trong 30 phút. Sau đó đo nồng độ của dung dịch sau khi đã xử lý từ đó tính đƣợc số Mn2+ đã hấp phụ đƣợc. - Sau đó tiến hành giải hấp Mn2+ ra khỏi vật liệu bằng dung dịch NaOH 1M, quá trình giải hấp đƣợc tiến hành 3 lần mỗi lần bằng 50ml dung dịch NaOH. Xác định nồng độ Mn2+ sau khi giải hấp bằng phƣơng pháp trắc quang. Từ đó tính đƣợc hàm lƣợng Mn2+ đã đƣợc rửa giải. Kết quả hấp phụ mangan đƣợc thể hiện trong bảng 3.5. Bảng 3.5. Kết quả hấp phụ Mn2+ bằng VLHP trong 30 phút Hàm lƣợng đầu Mn Hàm lƣợng Mn sau Nguyên tố Hiệu suất (%) (mg) (mg) Mn2+ 0.5 0.033 93.4 Kết quả giải hấp VLHP bằng NaOH đƣợc thể hiện trong bảng 3.6. Bảng 3.6. Kết quả giải hấp VLHP bằng NaOH 1M Lƣợng Mn2+ Lƣợng Mn2+ STT Lần rửa hấp phụ trong đƣợc rửa giải Hiệu suất (%) vật liệu (mg) (mg) 1 Lần 1 0.467 0.347 74.304 2 Lần 2 0.467 0.428 91.643 3 Lần 3 0.467 0.431 92.138 Để đánh giá khả năng tái sinh của vật liệu thì vật liệu sau khi giải hấp sau 3 lần, tiếp tục đƣợc sử dụng để hấp phụ Mn2+. Kết quả tái sinh vật liệu hấp phụ đƣợc thể hiện trong bảng 3.7. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 38
  51. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường Bảng 3.7. Kết quả tái sinh VLHP Hàm lƣợng Mn Hàm lƣợng Mn VLHP Hiệu suất (%) ban đầu (mg) sau (mg) Than hoạt tính 0.5 0,0997 80,06 Từ kết quả trên cho thấy tuy khả năng hấp phụ của vật liệu sau khi giải hấp đã giảm so với ban đầu nhƣng hiệu suất hấp phụ của vật liệu tái sinh đạt 80,06 % vẫn là một hiệu suất hấp phụ tốt. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 39
  52. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu và kết quả thực nghiệm rút ra các kết luận sau: 1. Đã chế tạo đƣợc vật liệu hấp phụ than hoạt tính bằng phƣơng pháp oxy hóa vỏ trấu bằng H2SO4 đặc. 2. Khảo sát và xác định pH tối ƣu cho sự hấp phụ mangan của vật liệu hấp phụ: Đối với vật liệu hấp phụ than hoạt tính giá trị pH thích hợp cho sự hấp phụ Mn2+ là pH = 7. 3. Khảo sát và xác định đƣợc thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu hấp phụ: Thời gian đạt cân bằng hấp phụ Mn2+ là 60 phút. 4. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ Mn2+ đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ than hoạt tính đã xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại 2+ của vật liệu đối với Mn là: qmax = 20 mg/g. 5. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh vật liệu hấp phụ than hoạt tính cho thấy loại vật liệu này hoàn toàn có thể đƣợc tái sinh dùng cho các lần hấp phụ sau. Nhƣ vậy, việc sử dụng vật liệu hấp phụ than hoạt tính chế tạo từ vỏ trấu trong quá trình xử lý nguồn nƣớc bị ô nhiễm mangan tỏ ra có nhiều ƣu điểm. Tận dụng nguồn phế thải từ các nhà máy, xí nghiệp sản xuất lúa gạo và các hộ gia đình . Đây là nguồn vật liệu dễ kiếm, rẻ tiền, có khả năng tách loại Mn2+ khá tốt. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 40
  53. Khóa luận tốt nghiệp Ngành: Kỹ thuật môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đình Bảng, (2004), “Giáo trình các phương pháp xử lý nước và nước thải”, Đại học KHTN Hà Nội. 2. Lê Văn Cát, (2002), “Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải”, NXB Thống kê, Hà Nội. 3. Đặng Kim Chi, (2006), “Hóa học môi trường”, NXB KH& KT Hà Nội. 4. Trần Tứ Hiếu, (2000), “Giáo trình hóa phân tích”, Khoa hóa học, ĐHQG Hà Nội 5. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội, (1999), “Giáo trình hóa môi trường cơ sở, Khoa hóa học, ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội 6. Nhƣ Lê Hùng, (2009), “Cẩm nang công nghệ và thiết bị mỏ hầm lò”, q2, NXB KH & KT Hà Nội 7. Phạm Luận, Nguyễn Xuân Dũng, (1987), “ Sổ tay tra cứu pha chế dung dịch”, NXB KH & KT Hà Nội. 8. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, (1997) “Giáo trình hóa lý”, t2, NXB Giáo Dục. 9. Nguyễn Xuân Nguyên, (2003), “Nước thải và công nghệ xử lý nước thải”, NXB KH & KT Hà Nội 10. Nguyễn Đức Vận, (2000), “Hóa học vô cơ”, NXB Khoa học và kĩ thuật, Hà Nội. 11. moi-truong-nuoc-tai-viet-nam.html 12. 13. gi-thanh-phan-va-cong-dung-cua-than-hoat-tinh/43/175.html 14. Sinh viên: Đồng Thị Huệ - MT1201 41