Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LÕI NGÔ LÀM CHẤT HẤP PHỤ ĐỂ LỌC AMONI RA KHỎI NƯỚC Trình độ đào tạo : Đại học chính quy Chuy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LÕI NGÔ LÀM CHẤT HẤP PHỤ

ĐỂ LỌC AMONI RA KHỎI NƯỚC

Trình độ đào tạo : Đại học chính quy

Chuyên ngành : Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn : ThS Diệp Khanh Sinh viên thực hiện : Bùi Thị Thùy Dung

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Bùi Thị Thùy Dung Ngày sinh: 9/10/1994

MSSV : 12030272 Lớp: DH12HD Địa chỉ : 106/1A Hàn Thuyên, phường 11, thành phố Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

E-mail : thuydung94vt@gmail.com Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành : Hóa dầu

1 Tên đề tài: Nghiên cứu sử dụng lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi

nước

2 Giảng viên hướng dẫn: ThS Diệp Khanh

3 Ngày giao đề tài: 22/2/2016

4 Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 22/6/2016

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày…….tháng… năm GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN



Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của ThS Diệp Khanh Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kì hình thức nào trước đây Trong luận văn có sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác nhau đều có trích dẫn và chú thích rõ ràng về nguồn gốc

Nếu phát hiện bất cứ gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình và chịu mọi hình thức kỉ luật theo quy định

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện

Bùi Thị Thùy Dung

LỜI CẢM ƠN



Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu, khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện cho tôi mượn dụng cụ và phòng thí nghiệm để hoàn thành đồ án này

Đặc biệt, tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Diệp Khanh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian để nghiên cứu đề tài

Cảm ơn đến quý Thầy, Cô khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu đã dạy dỗ và truyền đạt kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường

Xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô Hội đồng chấm đồ án tốt nghiệp đã dành thời gian đọc và đưa ra những lời nhận xét giúp tôi hoàn thiện hơn đồ án này Cám ơn gia đình và bạn bè đã tiếp thêm niềm tin, nghị lực và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua

Xin gửi đến lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất!

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016

Bùi Thị Thùy Dung

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nitơ và sự ô nhiễm amoni 4

1.1.1 Nitơ và tình trạng ô nhiễm các hợp chất có chứa nitơ 4

1.1.2 Sơ lược về amoni 8

1.1.3 Hiện trạng ô nhiễm Amoni ở Việt Nam 8

1.1.4 Tác hại của của amoni và các hợp chất của nitơ 9

1.1.5 Một số phương pháp xử lí Amoni 10

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu lõi ngô 14

1.2.1 Tổng quan về cây ngô 14

1.2.2 Thành phần của lõi ngô 16

1.2.3 Ứng dụng của lõi ngô 18

1.3 Than hoạt tính và cách hoạt hóa than 18

1.3.1 Giới thiệu về than hoạt tính 18

1.3.2 Quá trình tạo than hoạt tính 19

1.3.3 Cơ chế làm việc của than hoạt tính 20

1.4 Các lý thuyết về quá trình hấp phụ 20

1.4.1 Hiện tượng hấp phụ 20

1.4.2 Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 22

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 25

ii

2.1 Nguyên liệu và hóa chất 25

2.2 Thiết bị 25

2.3 Tạo đường chuẩn 25

2.3.1 Lý thuyết của quá trình 25

2.3.2 Pha dung dịch thuốc thử 25

2.3.3 Dung dich chuẩn 26

2.4 Tạo vật liệu 27

2.4.1 Khảo sát nồng độ axít sunfuric dùng để hoạt hóa lõi ngô 29

2.4.2 Khảo sát thời gian ngâm axít sunfuric 30

2.4.3 Khảo sát nhiệt độ xử lí 30

2.5 Hấp phụ amoni và các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ 31

2.5.1 Khảo sát quá trình hấp phụ amoni khi thay đổi khối lượng lõi ngô biến tính 31

2.5.2 Khảo sát quá trình hấp phụ amoni khi thay đổi nồng độ ban đầu của amoni 32

2.5.3 Khảo sát quá trình hấp phụ khi thay đổi thời gian hấp phụ 32

2.5.4 Khảo sát quá trình hấp phụ khi thay đổi pH 32

2.6 Khảo sát quá trình tái hấp phụ của lõi ngô đã được hoạt hóa bằng axít 33

2.7 Các phương pháp được dùng trong thí nghiệm 33

2.7.1 Phương pháp xác định hàm lượng amoni 33

2.7.2 Phương pháp phân tích cấu trúc của vật liệu 34

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Kết quả phân tích cấu trúc vật liệu 36

3.1.1 Kết quả chụp XRD của mẫu vật liệu 36

3.1.2 Kết quả chụp SEM của mẫu vật liệu 37

3.2 Xây dựng đường chuẩn 38

3.3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình biến tính lõi ngô 39

3.3.1 Khảo sát nồng độ axít dùng hoạt hóa lõi ngô 39

3.3.2 Khảo sát thời gian ngâm lõi ngô 41

3.3.3 Khảo sát nhiệt độ xử lí 42

3.4 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ amoni của vật liệu hấp phụ 46

3.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni khi thay đổi khối lượng chất hấp phụ 46 3.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni khi thay đổi nồng độ của chất bị hấp phụ 48

3.4.3 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni khi thay đổi thời gian hấp phụ 50

3.4.4 Khảo sát khả năng hấp phụ amoni khi thay đổi độ pH 52

3.5 Khảo sát quá trình tái hấp phụ của vật liệu 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SEM: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử truyền qua) XRD: X-ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế đối với các hợp chất Nitơ 10

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của lõi ngô 16

Bảng 1.3: Các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 23

Bảng 2.1: Các bước thiết lập mẫu chuẩn 26

Bảng 3.1: Các số liệu xây dựng đường chuẩn amoni 38

Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ axít H 2 SO 4 dùng để ngâm đến quá trình hấp phụ amoni của lõi ngô biến tính 40

Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thời gian ngâm lõi ngô với axít H 2 SO 4 đến quá trình hấp phụ amoni của lõi ngô biến tính 41

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí lõi ngô đã được hoạt hóa đến quá trình hấp phụ amoni của lõi ngô biến tính 42

Bảng 3.5: Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ đến quá trình hấp phụ amoni của lõi ngô biến tính 46

Bảng 3.6: Ảnh hưởng nồng độ của chất bị hấp phụ đến quá trình hấp phụ amoni của lõi ngô biến tính 48

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ Amoni của lõi ngô biến tính 51

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của độ pH đến quá trình hấp phụ Amoni của lõi ngô biến tính 52

Bảng 3.9: Các thông số của quá trình tái hấp phụ 53

vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Chu trình Nitơ trong tự nhiên 4

Hình 1.2: Cây ngô 14

Hình 1.3: Cấu trúc lõi ngô 16

Hình 1.4: Thành phần hóa học của vi sợi xenlulozơ (cellulose) 17

Hình 2.1: Quy trình tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 27

Hình 2.2: Lõi ngô nguyên liệu 28

Hình 2.3: Lõi ngô sau khi xử lý với H 2 SO 4 và NaHCO 3 28

Hình 2.4: Vật liệu hấp phụ được tạo từ lõi ngô 29

Hình 3.1: Giản đồ XRD của lõi ngô nguyên liệu 36

Hình 3.2: Giản đồ XRD của lõi ngô đã được biến tính 36

Hình 3.3: Ảnh SEM của mẫu vật liệu 37

Hình 3.4: Đường chuẩn của Amoni 39

Hình 3.5: Ảnh hưởng nồng độ axít H 2 SO 4 dùng để hoạt hóa lõi ngô đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 40

Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian ngâm lõi ngô với axít H 2 SO 4 đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 42

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lí lõi ngô đã được hoạt hóa đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 43

Hình 3.8: Sơ đồ tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô 45

Hình 3.9: Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 47

Hình 3.10: Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 49

Hình 3.11: Đồ thị thể hiện phương trình Langmuir của lõi ngô biến tính 49

Hình 3.12: Đồ thị thể hiện phương trình Freundlich của lõi ngô được biến tính 50

Hình 3.13: Ảnh hưởng thời gian hấp phụ đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 51

Hình 3.14: Ảnh hưởng của độ pH đến độ hấp phụ của lõi ngô biến tính 53

Hình 3.15: Đồ thị thể hiện thông số của quá trình tái hấp phụ 54

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nền kinh tế phát triển và dân số tăng nhanh phát sinh rất nhiều hệ lụy liên quan như tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng Ô nhiễm xuất hiện ở nhiều nơi cả trong môi trường đất, nước lẫn không khí Một trong những hình thức phổ biến và dễ nhận thấy nhất đó là ô nhiễm nước Ô nhiễm nước được gây ra bởi rất nhiều nguyên nhân khác nhau như các ion vô cơ hòa tan (SO42-, Cl-, PO43-), các muối nitơ (NH4+, NO3-, NO2), các kim loại nặng (Hg, Pb, As, Cr), các vi sinh vật….chính những chất này gây nguy hại không nhỏ đến người và động vật Ô nhiễm nước bởi các hợp chất nitơ nói chung và amoni nói riêng có thể là do quá trình xuyên thấm từ tầng nước mặt xuống các tầng phía dưới qua các cửa sổ địa chất thủy văn, nếu như nguồn nước mặt ô nhiễm thì nguồn nước ngầm cũng theo đó mà

ô nhiễm Theo đánh giá của nhiều báo cáo và hội thảo khoa học thì tình trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm đã được phát hiện tại nhiều vùng trong cả nước, như

ở phần lớn nước ngầm khu vực đồng bằng Bắc Bộ gồm các tỉnh: Hà Tây, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương, Hưng Yên, Thái Bình và phía nam Hà Nội đều

bị nhiễm bẩn amoni rất nặng Xác suất các nguồn nước ngầm ở các tỉnh này nhiễm amoni có nồng độ cao hơn tiêu chuẩn nước sinh hoạt (3mg/l) khoảng 70 - 80%, còn nước ngầm ở trạm Đông Thạch (huyện Hóc Môn, thành phố Hồ Chí Minh) cũng bị

ô nhiễm amoni nặng (68,73 mg/l cao gấp 1,9 lần so với năm 2005) [1] Hợp chất của Nitơ ở trong trường nước ngầm có pH từ 6 đến 8 thì nitơ nằm chủ yếu dưới dạng NH4+ (Amoni) [2] Nước ô nhiễm amoni nghiêm trọng rất nhiều vì amoni dễ dàng chuyển hóa thành các chất độc hại khác như nitrit, lại khó xử lý Chính các sản phẩm chuyển hóa của amoni là chất ảnh hưởng đến sức khỏe con người, khi vào trong cơ thể sẽ chiếm mất oxy Trong khi đó, máu có oxy mới đi đến khắp các tế bào trong cơ thể Trẻ em bị nhiễm chất này sẽ xanh xao, ốm yếu, thiếu máu, khó thở Đến một giai đoạn nào đó, bị nhiễm amoni nặng sẽ ngộp thở, nếu không cấp cứu kịp thời sẽ tử vong Do đó việc xử lí amoni đang là một trong số vấn đề cấp bách [3]

Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm 2 Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung

Bên cạnh đó nước ta là một nước nông nghiệp, những phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, vỏ dừa, bã đậu nành, lỗi ngô… Với số lượng lớn không được sử dụng vào mục đích nào được thải ra môi trường mỗi năm, đồng thời những phụ phẩm này

có thành phần chủ yếu là xenluloze, có những đặc tính tốt để có thể sản xuất ra vật liệu hấp phụ giúp lọc nước Hướng đi này đã có nhiều người nghiên cứu và đạt được những thành tựu nhất định Trong các phụ phẩm đó thì lõi ngô - một nguyên liệu khá mới với mục đích tạo vật liệu hấp phụ Tuy lõi ngô trước khi biến tính cũng

đã có khả năng lọc nước (theo Lalita Prasida - người đoạt giải thưởng Google Science Fair với đề tài “Hấp phụ sinh học với chi phí thấp” năm 2011) nhưng hiệu suất không cao do đó chúng ta cần biến tính nó làm vật liệu hấp phụ giúp cho quá trình lọc nước tốt hơn Có nhiều cách khác nhau để biến tính, một trong số đó là hoạt hóa bằng axít như H3PO4 [4,23], HNO3,…nhưng hiện tại những nghiên cứu sử dụng H2SO4 - một chất có hoạt tính axít mạnh để biến tính lõi ngô làm vật liệu hấp phụ lọc amoni trong nước còn hạn chế đây là hướng nghiên cứu mới đáng mong đợi

Dựa trên những cơ sở trên tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng lõi ngô

làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước”

2 Mục đích nghiên cứu

Tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp là lõi ngô làm chất hấp phụ để lọc amoni ra khỏi nước

3 Nhiệm vụ

 Xây dựng quy trình hoạt hóa lõi ngô nhằm nâng cao khả năng xử lí amoni ở trong nước của vật liệu hấp phụ

 Khảo sát một số đặc điểm cấu trúc của vật liệu hấp phụ được tạo từ lõi ngô

 Khảo sát khả năng hấp phụ đối với amoni, lựa chọn những điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ

4 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

 Thu thập, tổng hợp, nghiên cứu và phân tích các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngoài nước có liên quan đền đề tài

 Xử lí thông tin lý thuyết và đưa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình thực nghiệm

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

 Thu gom và xử lý mẫu lõi ngô

 Hoạt hóa lõi ngô bằng axít sunfuric

 Xác định nồng độ amoni bằng phương pháp phân tích trắc quang

 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): xác định cấu trúc vật liệu

 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM): xác định vi cấu trúc và hình thái bề mặt của mẫu vật liệu hấp phụ

5 Bố cục của bài

Trong đồ án này chúng ta sẽ được tìm hiều về các lý thuyết liên quan và quy trình tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngỗ, khảo sát các yếu tố để tạo được vật liệu hấp phụ tốt nhất, bên cạnh đó chúng ta cũng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ amoni được trình bày qua 3 chương chính của bài:

Chương 1 Tổng quan;

Chương 2 Thực nghiệm;

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Khoa Hóa Học Và Công Nghệ Thực Phẩm 4 Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thùy Dung

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nitơ và sự ô nhiễm amoni

1.1.1 Nitơ và tình trạng ô nhiễm các hợp chất có chứa nitơ

Nitơ trong môi trường tự nhiên tồn tại ở nhiều dạng hóa học khác nhau bao gồm nitơ hữu cơ như amoni (NH4+), nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), nitơ oxit (N2O), nitric oxit (NO), hoặc nitơ vô cơ như khí nitơ (N2) Nitơ hữu cơ có thể tồn tại trong các sinh vật sống, đất mùn, hoặc các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ Các quá trình trong chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng này sang dạng khác Một số quá trình này được tiến hành bởi các vi khuẩn, qua quá trình đó hoặc để chúng lấy năng lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng Sơ đồ bên dưới thể hiện các quá trình này tương thích với nhau để tạo ra chu trình nitơ [1]

Hình 1.1: Chu trình Nitơ trong tự nhiên [1]