Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl da cam metylen xanh của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía

Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của các VLHP đối với metyl da cam .... Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ đối với metyl da cam 38 Bảng 2.10.Ảnh hưởn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -    -

NGÔ THỊ LAN ANH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ METYL DA CAM, METYLEN XANH CỦA CÁC VẬT LIỆU HẤP PHỤ

CHẾ TẠO TỪ BÃ MÍA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của

PGS.TS Lê Hữu Thiềng trong suốt quá trình hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa Sau Đại học, khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ phòng thí nghiệm khoa Hóa học trường ĐHSP Thái Nguyên và các bạn bè đồng nghiệp đã giúp

đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực nghiệm

Cùng với sự biết ơn sâu sắc tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu,

tổ Hóa - Sinh - Trường THPT Đồng Hỷ đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2011

Tác giả

Ngô Thị Lan Anh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 7

1.1.Nước thải dệt nhuộm 7

1.1.1.Thuốc nhuộm 7

1.1.2.Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm 8

1.1.3.Giới thiệu về metyl da cam và metylen xanh 9

1.1.3.1.Metyl da cam 9

1.1.3.2.Metylen xanh 10

1.1.4.Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm 10

1.2.Giới thiệu về phương pháp hấp phụ 11

1.2.1.Các khái niệm 11

1.2.2.Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ 13

1.2.2.1.Mô hình động học hấp phụ 13

1.2.2.2.Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 13

1.2.3 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước 17

1.2.4 Quá trình hấp phụ động trên cột 18

1.3.Phương pháp phân tích xác định hàm lượng metyl da cam, metylen xanh 19

1.4.Giới thiệu về VLHP bã mía 20

1.5 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường 22

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 25

2.1.Thiết bị, dụng cụ, hóa chất 25

2.1.1.Thiết bị và dụng cụ 25

2.1.2.Hóa chất 25

2.2.Chế tạo các VLHP từ bã mía 25

2.2.1.Chuẩn bị nguyên liệu 25

2.2.2.Chế tạo các vật liệu hấp phụ ……….……….…… …… … 25

2.3 Định lượng metyl da cam và metylen xanh ……… ………26

2.3.1 Định lượng metyl da cam 26

2.3.2 Định lượng metylen xanh 27

2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 28

2.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ metyl da cam của nguyên liệu và các VLHP 28

2.4.2.Khảo sát khả năng hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu và các VLHP 29

2.5.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 30

2.5.1.Ảnh hưởng của pH 30

2.5.1.1.Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP 30

2.5.1.2.Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP 32

2.5.2.Ảnh hưởng của thời gian 34

2.5.3.Ảnh hưởng của khối lượng các VLHP 37

2.5.3.1.Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP 37

2.5.3.2.Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP 39

2.5.4.Ảnh hưởng của kích thước các VLHP 40

2.5.4.1.Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP 40

2.5.4.2.Ảnh hưởng của kích thước các VLHP đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP 42

2.5.5.Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam và metylen xanh ban đầu 43

2.5.5.1.Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam ban đầu 43

2.6.Khảo sát khả năng hấp phụ và thu hồi metyl da cam, metylen xanh bằng các VLHP chế tạo từ bã mía theo phương pháp hấp phụ động trên cột 49

2.6.1.Chuẩn bị cột hấp phụ 49

2.6.2.Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metyl da cam,

metylen xanh của các VLHP 50

2.6.2.1.Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP……….51

2.6.2.2.Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP 53

2.7 Khảo sát khả năng giải hấp metyl da cam, metylen xanh của dung dịch rửa giải NaOH ở các nồng độ khác nhau 55

2.7.1.Kết quả giải hấp metyl da cam bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 56

2.7.2 Kết quả giải hấp metylen xanh bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 58

2.8 Khảo sát khả năng tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metyl da cam, metylen xanh 61

2.8.1 Kết quả của sự tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metyl da cam 62

2.8.2 Kết quả của sự tái sử dụng VLHP với VLHP đã hấp phụ metylen xanh 64

KẾT LUẬN 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm [6] 9

Bảng 1.2 Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ 14

Bảng 1.3 Thành phần hoá học của bã mía [13] 22

Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam 27

Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 27

Bảng 2.3 Các thông số hấp phụ metyl da cam của nguyên liệu và VLHP 29

Bảng 2.4 Các thông số hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu và VLHP 30

Bảng 2.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của các VLHP đối với metyl da cam 31

Bảng 2.6 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với metylen xanh 33 Bảng 2.7 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với metyl da cam 35

Bảng 2.8.Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với

metylen xanh 36

Bảng 2.9 Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến hiệu suất hấp phụ đối với metyl da cam 38 Bảng 2.10.Ảnh hưởng của khối lượng các VLHP đến hiệu suất hấp phụ đối với

metylen xanh 39

Bảng 2.11.Ảnh hưởng của kích thước VLHP đến hiệu suất và dung lượng 41

Bảng 2.13 Ảnh hưởng của nồng độ metyl da cam ban đầu đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ của các VLHP 43

Bảng 2.14: Ảnh hưởng của nồng độ đầu metylen xanh đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP 1,VLHP2 46

Bảng 2.15:Dung lượng hấp phụ cực đại q max và hằng số Langmuir b đối với hai loại VLHP 49

Bảng 2.16: Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1 50

Bảng 2.17 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2 51

Bảng 2.18 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP1 53

Bảng2.19 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP2 54 Bảng 2.20 Kết quả giải hấp metyl da cam được hấp phụ bởi VLHP1 bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 56

Bảng 2.21 Kết quả giải hấp metyl da cam được hấp phụ bởi VLHP2 bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau……… 57

Bảng 2.22: Kết quả giải hấp metylen xanh được hấp phụ bởi VLHP1 bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 59

Bảng 2.23 Kết quả giải hấp metylen xanh được hấp phụ bởi VLHP2 bằng dung dịch NaOH ở các nồng độ khác nhau 60

Bảng 2.24 So sánh khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1 mới và VLHP1 tái sinh 62 Bảng2.25 So sánh khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2mới và VLHP2 tái sinh 63

Bảng 2.26 So sánh khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP1 mới và VLHP1 tái sinh 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 16

Hình 1.2 Đồ thị sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb 16

Hình 1.3: Mô hình cột hấp phụ 18

Hình 1.4 : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của cột theo thời gian 19

Hình 2.1 Đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam………28

Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh 28

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metyl da cam 32

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metylen xanh 34

Hình 2.5 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào thời gian đối với

metyl da cam 35

Hình 2.6 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào thời gian đối với

metylen xanh 37

Hình 2.7 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào khối lượng các VLHP đối với metyl

da cam 38

Hình 2.8 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào khối lượng đối với

metylen xanh 40

Hình 2.9 Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ của VLHP 1 và VLHP 2 vào nồng độ metyl

da cam ban đầu 44

Hình 2.10 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metyl da cam 45

Hình 2.11 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với metyl da cam 45

Hình 2.12 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metyl da cam 45

Hình 2.13 Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb đối với metyl da cam 45

Hình 2.14 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào nồng độ metylen xanh ban đầu 47

Hình 2.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metylen xanh 48

Hình 2.16 Sự phụ thuộc của C cb /q vào C cb đối với metylen xanh 48

Hình 2.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với metylen xanh 48

Hình 2.18 Sự phụ thuộc của C cb/q vào C cb đối với metylen xanh 48

Hình 2.19 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP1 51 Hình 2.20 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metyl da cam của VLHP2 52 Hình 2.21 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP154 Hình 2.22 Ảnh hưởng của tốc độ dòng đến khả năng hấp phụ metylen xanh của VLHP255 Hình 2.23 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến sự giải hấp metyl da cam được hấp phụ bởi VLHP1 57

Hình 2.24: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH đến sự giải hấp metyl da cam được hấp phụ bởi VLHP2 58

Hình 2.25 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến sự giải hấp metylen xanh được hấp phụ bởi VLHP1………61

Hình 2.26 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch NaOH đến sự giải hấp metylen xanh được hấp phụ bởi VLHP2 61

Hình 2.27 Đường cong thoát metyl da cam ra khỏi VLHP1 mới,VLHP1 tái sinh… ….63

Hình 2.28 Đường cong thoát metyl da cam ra khỏi VLHP2 mới,VLHP2 tái sinh 64

Hình 2.29 Đường cong thoát metylen xanh ra khỏi VLHP1 mới,VLHP1 tái sinh 66

Hình 2.30 Đường cong thoát metylen xanh ra khỏi VLHP2 mới, VLHP2 tái sinh 67

MỞ ĐẦU

Thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như dệt may, cao su, giấy, nhựa… Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là nguồn ô nhiễm nước và có thể thấy điều đó qua dấu vết của nước thải công nghiệp Việc thải nước thải chứa thuốc nhuộm chưa qua xử lý vào các nguồn nước tự nhiên như sông, suối,… sẽ làm nhiễm độc các sinh vật sống trong nước và phá hủy cảnh quan môi trường tự nhiên Trong số nhiều phương pháp xử lý nguồn nước bị nhiễm thuốc nhuộm, phương pháp hấp phụ được lựa chọn và đã mang lại hiệu quả cao Trên thế giới, trong những năm gần đây việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp, công nghiệp sẵn có, rẻ tiền chế tạo các vật liệu hấp phụ (VLHP) để tách loại các chất gây ô nhiểm nói chung, thuốc nhuộm nói riêng trong các nguồn nước đang được chú ý [16,19,21]

Chất hấp phụ thường được sử dụng là các phụ phẩm công,nông nghiệp rất phổ biến như: lõi ngô, vỏ lạc, mùn cưa, bã mía… Theo thống kê trên thế giới,khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản lượng đạt 1324,6 triệu tấn.Còn ở Việt Nam niên vụ 2010-2011,diện tích mía nguyên liệu vào khoảng 330000 ha trong đó diện tích mía tập trung của các nhà máy đường là

231856 ha với sản lượng đạt 17 triệu tấn Mặt khác, bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozo, 24% hemixenlulozo và 22÷25% ligmin Các polime sinh học này có chứa nhóm chức hydroxyl hoặc phenolic, sau khi biến đổi hóa học có thể tạo ra các vật liệu có nhiều hoạt tính mới [17,18] Do vậy tận dụng được nguồn

bã mía chế tạo thành VLHP có khả năng xử lí ô nhiễm môi trường nước là một

định hướng cần được quan tâm nghiên cứu Trên cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài:

“Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl da cam, metylen xanh của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía”

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN 1.1 Nước thải dệt nhuộm

Trong nhiều thập kỷ qua, ngành công nghiệp dệt nhuộm luôn có vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Với các doanh nghiệp nhà nước, doanh nghiệp tư nhân, dự án liên doanh và các nhà máy có vốn đầu tư 100% nước ngoài cùng rất nhiều tổ hợp tư nhân nhỏ vừa lớn đang hoạt động trong lĩnh vực sợi, dệt, nhuộm nhằm phấn đấu đạt chỉ tiêu hơn hai tỷ mét vải vào năm

2011 cho thấy quy mô và định hướng phát triển lớn mạnh của ngành công nghiệp này Tuy nhiên, trong số các nhà máy chỉ có nhà máy lớn có xây dựng

hệ thống xử lý nước thải còn lại hầu như chưa có hệ thống xử lý vẫn còn xả trực tiếp ra môi trường Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit cao, màu đậm, có nhiều chất hữu cơ, vô cơ gây độc cho quần thể sinh vật và ảnh hưởng sức khoẻ cộng đồng Ở các ngành công nghiệp dệt may, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoá học (COD) có thể lên đến 700mg/1 và 2.500mg/1, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép Hàm lượng nước thải của các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4,2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép nên đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước bề mặt trong vùng dân cư Do đó vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt nhuộm là ô nhiễm nguồn nước [6], [13]

1.1.1 Thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện quy định (tính gắn màu)

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp Đặc điểm nổi bật của

các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với hệ điện tử  không cố định như:   C C ,  C N ,   N N , NO2… Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: NH2, COOH , SO H3 , OH … đóng vai trò tăng cường màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [8]

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hoá học, màu sắc, phạm

vi sử dụng Có hai cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất:

1.Phân loại theo cấu trúc hoá học gồm có: thuốc nhuộm azo, thuốc nhuộm

antraquinon, thuốc nhuộm triarylmetan, thuốc nhuộm phtaloxiamin [13]

2.Phân loại theo đặc tính áp dụng gồm có: thuốc nhuộm hoàn nguyên,

thuốc nhuộm lưu hoá, thuốc nhuộm trực tiếp, thuốc nhuộm phân tán, thuốc nhuộm bazơ cation, thuốc nhuộm axit, thuốc nhuộm hoạt tính [13]

1.1.2 Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm

Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt và xử lý khô Xử lý ướt gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa Công đoạn xử lý ướt sử dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1 kg hàng dệt cần 50300 lít nước tùy chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị Hầu hết lượng nước này cỡ 88,4% sẽ thải ra ngoài, 11,6% lượng nước bay hơi trong quá trình gia công Vấn đề ô nhiễm chủ yếu trong ngành dệt - nhuộm là ô nhiễm nước thải [11] Bảng 1.1 tóm tắt các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm:

N N N

CH3

CH3NaO3S

Bảng 1.1 Các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm [6]

Giặt Giặt Cacbon hóa (với len 100%) Làm bóng Làm bóng Định hình ướt

Nấu – tẩy trắng Nấu – tẩy trắng Tẩy trắng (nếu yêu cầu)

1.1.3 Giới thiệu về metyl da cam và metylen xanh

1.1.3.1 Metyl da cam

Metyl da cam hay còn gọi là heliantin là một monoazo được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm, trong các ngành dệt may, in ấn, sản xuất giấy, công nghiệp dược phẩm, thực phẩm Metyl da cam có thể xâm nhập vào

cơ thể qua đường ăn uống,chuyển hóa thành các amin thơm bằng vi sinh đường ruột và thậm chí có thể dẫn tới ung thư đường ruột[15]

Metyl da cam là một chất bột tinh thể màu da cam,không tan trong dung môi hữu cơ,khó tan trong nước nguội nhưng dễ tan trong nước nóng Dung dịch trong nước dùng làm chỉ thị chuẩn độ axit – bazơ, có màu hồng trong môi trường axit, vàng da cam trong môi trường kiềm, khoảng pH chuyển màu: 3,1 - 4,4

Công thức cấu tạo:

N N SO3N

Metyl da cam: là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit KA = 4.1044

Ở môi trường kiềm và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion :

Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation màu đỏ :

1.1.3.2 Metylen xanh

Thuốc nhuộm metylen xanh là một chất được sử dụng rất thông dụng trong

kỹ thuật nhuộm, làm chất chỉ thị và thuốc trong y học Metylen xanh khó phân hủy khi thải ra môi trường làm mất vẻ đẹp mĩ quan của môi trường, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người [22]

Công thức cấu tạo:

1.1.4 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

Ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước ta đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sở dệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao Nước thải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất dư thừa: phẩm nhuộm,chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loại nặng… Nước thải dệt nhuộm thường không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp

phụ thuốc nhuộm của vải chỉ dạt 60÷70%,30÷40% phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hay bị phân hủy) do đó nước có độ màu rất cao, có khi lên đến

500000 Pt-Co,COD thay đổi từ 80÷1800 mg/l Các phẩm nhuộm hoạt tính, hoàn nguyên thường thải trực tiếp ra môi trường, lượng phẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng chất hữu cơ và độ màu của nước thải dệt nhuộm Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt,nước ngầm,ảnh hưởng tới sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh Cụ thể đối với con người gây ra các bệnh về da,đường hô hấp,phổi,ung thư…, đối với hệ sinh thái thủy sinh có thể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật [2,6,10]

1.2 Giới thiệu về phương pháp hấp phụ

Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải: Phương pháp cơ học, phương pháp xử lý sinh học, phương pháp hóa lý và phương pháp hóa học Trong đó phương pháp hấp phụ là một phương pháp xử lý đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây, do nhiều đặc điểm ưu việt của nó VLHP có thể chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông, công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp và quá trình xử lý không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [5]

1.2.1 Các khái niệm

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (rắn – khí, rắn – lỏng, khí – lỏng, lỏng – lỏng) Trong đó:

 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 bị hấp phụ: là chất bị hút khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề

mặt chất hấp phụ

 Pha mang: hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ

Hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt Ngược với sự hấp phụ là quá trình đi ra khỏi bề mặt chất hấp phụ của các phần tử bị hấp phụ Tùy theo bản chất lực tương tác giữa các phân tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ người ta phân biệt thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học

Hấp phụ vật lý là quá trình hấp phụ gây ra bởi lực Vander Walls giữa phân

tử chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu dễ bị phá vỡ Vì vậy hấp phụ vật lý có tính thuận nghịch cao

Hấp phụ vật lý không có tính chọn lọc Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ vật

lý khoảng 2÷6 kcal/mol Sự hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học của bề mặt, không có sự biến đổi cấu trúc của các phân tử chất hấp phụ và bị hấp phụ[1,5,7]

Hấp phụ hóa học được gây ra bởi các liên kết hóa học ( liên kết cộng hóa trị, lực ion, …) Trong hấp phụ hóa học có sự trao đổi electron giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Cấu trúc electron phân tử các chất tham gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi rất lớn dẫn đến hình thành liên kết hóa học Nhiệt lượng tỏa ra khi hấp phụ hóa học thường lớn hơn 22 kcal/mol

Trong thực tế sự phân biệt giữa hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý chỉ là tương đối Trong nhiều quá trình hấp phụ xảy ra đồng thời cả hấp phụ vật lý

và hấp phụ hóa học[1,5,7]

Cân bằng hấp phụ: Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các

phần tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược pha mang Theo thời gian lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang càng lớn Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng: là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn

vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng độ

và nhiệt độ cho trước

Dung lượng hấp phụ bão hòa: là dung lượng nằm ở trạng thái cân bằng

1.2.2 Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

1.2.2.1 Mô hình động học hấp phụ

Trong môi trường nước, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu trên bề mặt của chất hấp phụ, vì vậy quá trình động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai đoạn kế tiếp nhau:

 Các chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ Đ â y l à giai đoạn khuếch tán trong dung dịch

 Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ chứa các hệ mao quản Đây là giai đoạn 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 phân tử chất bị hấp phụ được gắn vào bề mặt chất hấp phụ Đây

là giai đoạn hấp phụ thực sự

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình hấp phụ Với hệ hấp phụ trong môi trường nước, quá trình khuếch tán thường là chậm do đó đóng vai trò quyết định [9]

1.2.2.2 Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng nhất áp dụng cho hệ

hấp phụ rắn - khí được nêu ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Một số phương trình đẳng nhiệt hấp phụ

Tên phương trình Phương trình

Bản chất của

hóa học

, n

vk p (n > 1) Vật lý và

hóa học Shlygin-Frumkin-

Trong các phương trình trên:

v: thể tích chất bị hấp phụ, đặc trưng cho đại lượng hấp phụ thường biểu diễn bằng cm3

ở điều kiện tiêu chuẩn

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu cân bằng hấp phụ của VLHP đối với metyl da cam và metylen xanh trong môi trường nước theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir [4]

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: là phương trình mô tả cân bằng

hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lý thuyết Phương trình Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết:

1 Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những trung tâm xác định

2 Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân

3 Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir nêu ở bảng 1.2 được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn – khí Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước Khi đó có thể biểu diễn phương trình Langmuir như sau:

+Trong vùng nồng độ nhỏ: b C << 1 thì cb qq max .b C cb mô tả vùng hấp

phụ tuyến tính

+Trong vùng nồng độ cao: b C >> 1 thì cb qq max mô tả vùng hấp phụ

bão hòa

Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng

nhiệt biểu diễn là một đoạn cong Để xác định các hằng số trong phương

trình đẳng nhiệt Langmuir, đưa phương trình (1.1) về dạng phương trình

ON

ax ax

m m

1.2.3 Đặc điểm chung của hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước là hấp phụ hỗn hợp vì ngoài các phần tử chất tan còn có các phân tử dung môi (các phân tử nước) Quá trình hấp phụ

là kết quả của những tương tác giữa nước, chất tan và chất hấp phụ

Thông thường, do nồng độ chất tan là nhỏ nên khi tiếp xúc với chất hấp phụ, các phân tử nước lập tức chiếm chỗ trên toàn bộ bề mặt chất hấp phụ Các chất bị hấp phụ chỉ có thể đẩy các phân tử nước để chiếm chỗ, khi tương tác giữa chúng với chất hấp phụ đủ mạnh Vì vậy cơ chế hấp phụ trong môi trường nước là cơ chế hấp phụ cạnh tranh và chọn lọc

Hấp phụ trong môi trường nước bị ảnh hưởng nhiều bởi pH của môi trường

Sự biến đổi pH dẫn đến sự biến đổi về bản chất của chất bị hấp phụ Các chất

có tính axit yếu, bazơ yếu hoặc lưỡng tính sẽ bị phân ly để tích điện âm, dương hoặc trung hòa Sự biến đổi pH cũng ảnh hưởng đến các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ do sự phân ly các nhóm chức Các yếu tố đó sẽ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ và tốc độ hấp phụ khi biến đổi pH của hệ [7]

Tính chọn lọc và tính cạnh tranh của quá trình hấp phụ trong môi trường nước bị ảnh hưởng bởi mối tương quan giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Ngoài ra, tính chọn lọc cạnh tranh còn phụ thuộc vào kích thước phần tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ

Đối với các hợp chất hữu cơ, trong môi trường nước chúng có độ tan khác nhau do đó khả năng hấp phụ chúng trên VLHP là khác nhau Phần lớn các chất hữu cơ tồn tại trong nước dạng phân tử trung hòa, ít bị phân cực nên quá

trình hấp phụ trên VLHP đối với chất hữu cơ chủ yếu theo cơ chế hấp phụ vật

lý Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ trên VLHP phụ thuộc vào: pH của môi trường, lượng chất hấp phụ, nồng độ chất bị hấp phụ…[4]

1.2.4 Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột thường được diễn tả như sau:

Hình 1.3: Mô hình cột hấp phụ

Vùng 2: (Vùng chuyển khối, vùng hấp phụ): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng độ ban đầu tới không

Vùng 3: (Vùng lối ra của cột hấp phụ ): Vùng mà quá trình hấp phụ chưa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ Chất bị hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối

ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ chất bị hấp phụ không vượt quá giới hạn cho phép Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ

Chiều dài vùng chuyển khối là một yếu tố quan trọng trong nghiên cứu

sự hấp phụ động trên cột Khi tỷ lệ giữa chiều dài hấp phụ với chiều dài vùng chuyển khối giảm đi thì việc sử dụng cột cho một chu trình cũng giảm, lúc đó chất lượng hấp phụ cần thiết cho quá trình tăng lên

1 1.Vùng hấp phụ bão hoà

2 2.Vùng chuyển khối

3 3.Vùng chưa xảy ra sự hấp phụ Lối vào

Lối ra

Do độ nhớt của chất lỏng cao hơn nên trong trường hợp hấp phụ chất lỏng, chiều dài vùng chuyển khối thường dài hơn với trường hợp hấp phụ chất khí Độ nhớt của chất lỏng làm chậm quá trình chuyển khối trên bề mặt chất rắn, cũng như sự khuếch tán bên trong hạt chất rắn

Tại điểm cuối của cột hấp phụ nồng độ chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian.[1, 13]

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ chất bị hấp phụ tại điểm cuối của cột theo thời gian gọi là đường cong thoát và có dạng như hình vẽ:

Hình 1.4 : Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ tại

điểm cuối của cột theo thời gian

1.3 Phương pháp phân tích xác định hàm lượng metyl da cam, metylen xanh

Để xác định hàm lượng metyl da cam, metylen xanh chúng tôi dùng phương pháp trắc quang Ở đây chúng tôi chỉ đề cập vài nét của phương pháp này nhằm làm sáng tỏ hơn những vấn đề sẽ trình bày trong phần thực nghiệm

Phương pháp trắc quang: có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng một

chất bằng phương pháp trắc quang Từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như: phương pháp dãy chuẩn nhìn màu, phương pháp chuẩn độ

so sánh màu, phương pháp cân bằng màu bằng mắt…nhưng chỉ xác định được nồng độ gần đúng của chất cần định lượng, nó thích hợp cho việc kiểm tra ngưỡng cho phép của các chất nào đó xem có đạt hay không Các phương

t

C

C o

O

pháp phải sử dụng máy quang phổ như: phương pháp đường chuẩn, phương pháp dãy tiêu chuẩn, phương pháp chuẩn độ trắc quang, phương pháp cân bằng, phương pháp thêm, phương pháp vi sai…Tùy theo từng điều kiện và đối tượng phân tích cụ thể mà ta chọn phương pháp thích hợp

Trong đề tài này chúng tôi sử dụng phương pháp đường chuẩn để định

lượng metyl da cam và metylen xanh [1]

tắc, để xây dựng một đường chuẩn phục vụ cho việc định lượng một chất trước hết phải pha chế một dãy dung d ịch 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 được dựng đồ thị A = f(C), đồ thị A = f(C) gọi là đường chuẩn

Sau khi có đường chuẩn, pha chế các dung dịch cần xác định trong điều kiện giống như khi xây dựng đường chuẩn Đo độ hấp thụ quang A của chúng với điều kiện đo như khi xây dựng đường chuẩn được các giá trịA Áp x

các giá trị A đo được vào đường chuẩn sẽ tìm được các giá trị nồng độ x

x

C tương ứng [1]

1.4 Giới thiệu về VLHP bã mía

Mía là cây trồng có khả năng tạo ra lượng sinh khối rất lớn, chỉ trong vòng chưa đầy 1 năm, 1 hecta mía có thể cho từ 70-100 tấn mía cây Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới rất thuận lợi cho ngành mía đường phát triển Niên vụ sản xuất mía đường 2006 - 2007, diện tích mía cả nước là 310,067

ha, sản lượng mía thu hoạch đạt khoảng 17 triệu tấn Theo quy hoạch phát triển mía đường đến năm 2011 sản lượng đường sản xuất trong cả nước phấn đấu đạt 1,5 triệu tấn

Tại hội nghị tổng kết sản xuất mía đường vừa được tổ chức mới đây tại Hà Nội, Hiệp hội Mía đường Việt Nam cho biết, niên vụ 2009/2010, diện tích mía nguyên liệu cả nước dự kiến sẽ vào khoảng 290.000 ha, tăng 19.400 ha so với vụ trước, trong đó diện tích vùng mía nguyên liệu tập trung của các nhà máy là 221.816 ha với năng suất mía bình quân đạt 55 tấn/ha và sản lượng đạt 16 triệu tấn [16]

Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm

ra đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ 2,5 triệu tấn bã mía Trước đây 80% lượng bã mía này được sử dụng để đốt lò hơi trong các nhà máy sản xuất đường, sinh ra 50.000 tàn tro Tuy là phế thải nhưng nó lại có nhiều chất hữu

cơ, các chất này là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường và ô nhiễm nguồn nước rất nặng

Bã mía có thể làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp Trong tương lai khi

mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế [11].

Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép Trong bã mía chứa trung bình 49% là nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45-55% xenlulozơ) 2,5% là chất hoà tan (đường) [11].

Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học

có trong bã mía có thể bị biến đổi Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau:

Bảng 1.3 Thành phần hoá học của bã mía [13]

Chất hoà tan khác (tro, sáp,protein ) 5 ÷ 3

nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10000- 15000u

Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ,

nhưng có số lượng mắt xích nhiều hơn Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl

Lignin: là loại polime được tạo ra bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ

vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ [13].

1.5 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý

môi trường

Với thành phần chính là xenlulozơ và hemixenlulozơ, bã mía có thể biến tính trở thành vật liệu hấp phụ tốt Trên thế giới đã có một số nhà khoa học nghiên cứu biến tính bã mía để làm vật liệu hấp phụ xử lý môi trường như các nhà khoa học ở Brazil, Ấn độ, Malaysia…

Một số nhà nghiên cứu ở Brazil đã chế tạo các vật liệu hấp phụ từ bã mía qua xử lý bằng anhydrit succinic để hấp phụ các ion Cu2+, Cd2+, Pb2+ trong dung dịch nước dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cu2+

, Cd2+, Pb2+ lần lượt là 62mg/g, 106mg/g, 122mg/g [12]

Nhóm nghiên cứu ở đại học Putra (Malaysia) đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất quy trình xử lý bã mía thành VLHP để tách loại màu trong dung dịch keo bằng phương pháp hấp phụ Đây là một phương pháp có hiệu quả để loại bỏ màu trong nước thải và có những điểm vượt trội so với phương pháp khác vì quá trình

xử lý không để lại cặn và loại bỏ hoàn toàn màu ra khỏi nước thải thậm chí với cả dung dịch loãng [13]

Nhóm nghiên cứu ở viện hoá học, viện khoa học và công nghệ Ấn Độ

đã chế tạo VLHP từ bã mía qua xử lý bằng axit xitric để tách loại Cr(VI) trong dung dịch nước Kết quả cho thấy bã mía xử lý bằng axit xitric có thể hấp thụ gần như hoàn toàn Cr(VI) với hiệu suất hấp phụ là 98% ở pH =2, tốc độ lắc 50 vòng /phút và nồng độ 2000ppm [15]

Nước ta cũng có nhiều công trình nghiên cứu dùng bã mía làm VLHP như công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ các kim loại: Cr(VI),Ni2+

, Pb2+,Cu2+

Mn2+ trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã mía xử lý bằng anhydrit succinic, dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cr (VI),Ni2+

, Pb2+,Cu2+ Mn2+ lần lượt là 49,75mg/g, 65,36mg/g, 60,61mg/g, 54,35mg/g, 88,50mg/g

Các tác giả [15] đã nghiên cứu và so sánh khả năng tách loại các thuốc nhuộm axit trong dung dịch nước của VLHP chế tạo từ: than bã mía, vỏ lạc, than lá chè, bèo tây, tro trấu… kết quả thu được cho thấy các VLHP đều có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất cao

Riêng đối với metyl da cam và metylen xanh còn có thể sử dụng các VLHP từ các phụ phẩm nông, công nghiệp khác có thành phần hoá học chủ yếu giống với bã mía để tách loại ra khỏi nước

Một nhóm các nhà hóa học Đài Loan đã nghiên cứu chế tạo thành công VLHP từ vỏ cam,vỏ chuối để hấp phụ các loại phẩm nhuộm như: metyl da cam, metylen xanh, metyl tím, công gô đỏ.[20]

Trường Đại học Bách khoa và Viện Công nghệ hóa học đã nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ tính dạng sợi có cấu trúc lỗ xốp từ tính bằng phương pháp kết hợp hoạt hóa với từ hóa từ sợi cây dứa bà (dứa mỹ) Sợi dứa bà được hoạt hóa kết hợp từ hóa với muối sắt trong axit nitric ở nhiệt độ cao, sau đó thử nghiệm khả năng hấp thụ của chúng với một số chất hữu cơ trong dung dịch nước Kết quả cho thấy, than hoạt tính từ tính dạng sợi được chế tạo bằng phương pháp mới có khả năng hấp phụ metyl da cam

và phenol trong dung dịch nước cao hơn so với than hoạt tính gáo dừa thương phẩm Từ tính cao của than hoạt tính dạng sợi còn cho phép tách than khỏi dung dịch một cách triệt để và dễ dàng khỏi dung dịch bằng hệ lọc từ, mở ra triển vọng cải tiến công nghệ xử lý nước bằng vật liệu hấp thụ có từ tính và hệ lọc từ

Trung tâm trắc quang và kỹ thuật tài nguyên môi trường An Giang đã nghiên cứu và chứng minh được khả năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu từ lò đốt gạch thủ công với 200mg tro trấu (đã hoạt hoá với hàm lượng HF trong dung dịch là 10% thể tích) có khả năng loại bỏ 99% metyl

da cam từ 50ml dung dịch metyl da cam (10mg/l) với thời gian hấp phụ

là 30 phút, ở pH =5 [3] Với metyl da cam thì ngoài các vật liệu chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp còn có thể dùng hệ tác chất H2O2 /OMS-2 để hấp phụ, hiệu suất xử lý sau 60 phút là 83-84% [12]

Với mục đích sử dụng VLHP hấp phụ metyl da cam,metylen xanh trong dung dịch nước, trong đề tài này chúng tôi tiến hành xử lý bã mía bằng fomanđêhit và axit sunfuric[14]

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

2.1 Thiết bị, dụng cụ, hóa chất

2.1.1 Thiết bị và dụng cụ

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV mini 1240 (Shimadzu–Nhật Bản)

- Máy đo pH Preccisa 600 (Thụy Sỹ)

- Máy khuấy IKA Labortechnik (Đức)

- Máy nghiền

- Phễu lọc hút chân không

- Cân điện tử 4 số Fricisa XT 120A – Switland

- Tủ sấy Jero Tech(Hàn Quốc)

- Pipet, cốc , bình định mức, rây …

2.1.2 Hóa chất

- Dung dịch fomanđehit 1%

- Axit sufuric đặc, dung dịch NaHCO3 1%

- Dung dịch metylen xanh nồng độ 300mg/l

- Dung dịch metyl da cam nồng độ 500mg/l

- Cồn 600, dung dịch NaOH 0,01M ; 0,15M; 0,2M ; dung dịch HCl 0,01M

2.2 Chế tạo các VLHP từ bã mía

2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Bã mía sau khi rửa sạch được cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi trong 30 phút để loại bỏ đường hòa tan còn sót lại sau đó sấy khô ở 80oC trong 24 giờ

Bã mía khô được nghiền thành bột mịn (nguyên liệu đầu) [9]

2.2.2 Chế tạo các vật liệu hấp phụ

a.VLHP 1: Cân một lượng xác định nguyên liệu rồi trộn với dung dịch

fomanđehit 1% theo tỉ lệ 1: 5 (nguyên liệu: fomanđehit; khối lượng (mg) : thể tích (ml)), sau đó đem sấy ở 50oC trong 4 giờ Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai lần để loại bỏ fomanđêhit dư và sấy ở 80o

C cho đến khô thu được VLHP 1[9]

b.VLHP 2: Cân một lượng xác định nguyên liệu, trộn đều với H2SO4 đặc theo tỉ lệ 1:1 (nguyên liệu : axit sunfuric; khối lượng (mg) : thể tích (ml)), sau đó đem sấy ở 150oC trong 24 giờ Nguyên liệu sau khi sấy được rửa sạch bằng nước cất hai lần và ngâm trong dung dịch NaHCO3 1% trong

24 giờ để loại bỏ axit dư và tạo độ xốp Lọc lấy bã rắn và tiếp tục sấy ở

150oC cho đến khô rồi đem nghiền nhỏ thu được VLHP 2 (dạng than)

Nguyên liệu đầu, VLHP 1 và VLHP 2 được rây lấy các kích thước khác nhau từ ≤0,02mm; 0,03÷0,05mm; 0,06÷0,1mm [9]

2.3 Định lượng metyl da cam và metylen xanh

2.3.1 Định lượng metyl da cam

Dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam: từ dung dịch metyl da cam có nồng độ 500mg/l chuẩn bị các dung dịch có nồng độ 10, 20, 30, 40, 50mg/l, mẫu trắng không chứa metyl da cam

Dùng dung dịch NaOH 0,01M và HCl 0,01M để điều chỉnh môi trường của các dung dịch đến pH=1,5 Đem đo độ hấp thụ quang (A) của các dung dịch tại bước sóng λ=456,5nm dùng cuvet 1cm [10] Từ số liệu thực nghiệm xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam

Bảng 2.1 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metyl da cam

độ metylen xanh Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 2.2 và hình 2.2

Bảng 2.2 Số liệu xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh

C (mg/l) 0,24 0,30 0,36 0,42 0,48

A 0,0573 0,0635 0,0884 0,0995 0,1124

Hình 2.2 Đường chuẩn xác định nồng độ metylen xanh

2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và các VLHP

Nhận xét: Kết quả ở bảng cho thấy cả nguyên liệu và VLHP đều có khả

năng hấp phụ metyl da cam Tuy nhiên, so sánh dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu với VLHP ta thấy khả năng hấp phụ của VLHP tốt hơn nguyên liệu Cụ thể: hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP1 cao hơn gần 2 lần so với nguyên liệu, của VLHP2 cao hơn gần 3 lần

so với nguyên liệu

2.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu

và các VLHP

Cân mỗi loại nguyên liệu,VLHP1,VLHP2 là 0,4g cho riêng rẽ vào 3 bình tam giác dung tích 100ml Cho thêm vào mỗi bình 100ml dung dịch metylen xanh nồng độ 99,23mg/l (giá trị này xác định theo đường chuẩn sau khi pha)

Tiến hành lắc trong máy lắc với thời gian 120 phút ( thời gian lắc là thời gian hấp phụ), ở nhiệt độ phòng (25±10

C), pH của các dung dịch là 7 Lọc thu lấy phần dung dịch Tính dung lượng hấp phụ cực đại q(mg/g) và hiệu suất hấp phụ H (%) của các VLHP và nguyên liệu đối với metylen xanh theo công thức 2.1 và 2.2 Kết quả được chỉ ra ở bảng 2.4

Bảng 2.4 Các thông số hấp phụ metylen xanh của nguyên liệu và VLHP

Nhận xét: Kết quả ở bảng 2.4 cho thấy cả nguyên liệu và hai loại VLHP

đều có khả năng hấp phụ metylen xanh Tuy nhiên, so sánh dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ giữa hai loại VLHP và nguyên liệu đối với metylen xanh chúng tôi nhận thấy khả năng hấp phụ của hai loại VLHP tốt hơn nguyên liệu Cụ thể: Hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ của VLHP 2 cao hơn của VLHP 1, của VLHP 2 cao hơn gần 3 lần so với nguyên liệu

2.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của các VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh

q (mg/g)

Co (mg/l)

Ccb (mg/l) H (%)

q (mg/g)

Co (mg/l)

Ccb (mg/l)

H (%)

q (mg/g)

98,51

63,87 35,16

8,66 98,23

11,40

88,51

21,96 98,23

8,83

91,1

22,60

Dùng dung dịch NaOH 0,01M và HCl 0,01M để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị tương ứng là 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0 Tiến hành lắc trong máy lắc với thời gian là 120 phút, ở nhiệt độ phòng (25±10C) Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ metyl da cam còn lại trong mỗi dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với metyl da cam theo công thức (2.1) và (2.2).Kết quả được trình bày ở bảng 2.5 hình 2.3

Bảng 2.5 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ

của các VLHP đối với metyl da cam

pH C0(mg/l) Ccb(mg/l) H% q(mg/g) C0(mg/l) Ccb(mg/l) H% q(mg/g) 1,0 247,89 19,36 88,19 57,13 247,89 5,78 97,67 60,53 1,5 247,89 19,61 82,09 57,07 247,89 9,05 96,35 59,71 2,0 247,89 29,46 80,12 54,61 247,89 23,18 93,65 56,18 2,5 247,89 49,64 77,94 49,56 247,89 33,46 90,50 53,61 3,0 247,89 79,38 61,89 42,13 247,89 50,92 82,46 49,24 4,0 247,89 102,30 58,73 36,40 247,89 50,36 79,68 48,03 5,0 247,89 113,80 54,09 33,52 247,89 55,59 77,58 47,46 6,0 247,89 118,24 51,32 32,41 247,89 52,89 77,08 47,28 7,0 247,89 122,67 47,28 31,31 247,89 52,38 76,82 46,52 8,0 247,89 128,60 45,18 29,82 247,89 52,23 76,04 46,01

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metyl da cam

Nhận xét:

Từ kết quả đã trình bày ở bảng 2.5 cho thấy khi pH tăng hiệu suất hấp phụ của VLHP giảm, tuy nhiên sự giảm không đáng kể Ở pH = 1,5÷2,5 hiệu suất hấp phụ của VLHP là tương đối ổn định Từ pH = 3.0 trở lên thì hiệu suất hấp phụ giảm chậm Do đó chúng tôi chọn pH của dung dịch nghiên cứu là 1,5 để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo Điều này có thể giúp chúng tôi suy luận ra rằng trong môi trường kiềm không thuận lợi cho quá trình hấp phụ metyl da cam lên trên bề mặt của VLHP, nguyên nhân là đã xuất hiện sự canh tranh hấp phụ của gốc OH

và metyl da cam lên trên các tâm hoạt động Mặt khác mức độ cồng kềnh của metyl da cam khá lớn so với OH nên hiệu quả hấp phụ sẽ giảm xuống trong môi trường có nhiều gốc OH Vì vậy ở pH cao

sẽ không thuận lợi để triển khai việc hấp phụ trong điều kiện thực tế

2.5.1.2 Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metylen xanh

Dùng dung dịch NaOH 0,01M và HCl 0,01M để điều chỉnh pH của các dung dịch đến các giá trị tương ứng là 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Tiến hành lắc trong máy lắc với thời gian là 120 phút, ở nhiệt độ phòng (25±10C) Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ metylen xanh còn lại trong mỗi dung dịch sau hấp phụ Tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với metylen xanh theo công thức (2.1) và (2.2).Kết quả được trình bày ở bảng 2.6 hình 2.4

Bảng 2.6 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP

đối với metylen xanh

Co (mg/l) Ccb

(mg/l)

H (%)

Hình 2.4 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH đối với metylen xanh

Từ kết quả ở bảng 2.6 và hình 2.4 cho thấy: Khi pH tăng hiệu suất hấp phụ của VLHP 1 và VLHP 2 đều tăng Trong khoảng pH từ 2÷7 hiệu suất hấp phụ của VLHP 1 tăng nhanh, hiệu suất hấp phụ của VLHP 2 tăng không đáng kể Ở pH từ 7÷9 hiệu suất hấp phụ của cả hai VLHP là tương đối

ổn định Do đó chúng tôi chọn pH của các dung dịch là 7 để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo

2.5.2 Ảnh hưởng của thời gian

2.5.2.1 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ metyl da cam của các VLHP

Tiến hành sự hấp phụ với khối lượng các VLHP là 0,4g và 100ml dung dịch metyl da cam có nồng độ 98,94 mg/l, pH của các dung dịch được điều chỉnh đến 1,5 Lắc các dung dịch với các thời gian khác nhau từ 15÷120 phút,

ở nhiệt độ phòng (25±10C) Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ dung dịch metyl

da cam còn lại trong dung dịch sau hấp phụ Tính hiệu suất hấp phụ của các VLHP đối với metyl da cam

Kết quả được ghi trong bảng 2.7 và hình 2.5

Bảng 2.7 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của VLHP

đối với metyl da cam

Hình 2.5 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ của các VLHP vào thời gian

đối với metyl da cam Nhận xét: Từ kết quả thu đƣợc ở bảng 2.7 và hình 2.5 cho thấy trong khoảng

thời gian khảo sát từ 15÷120 phút, đối với các nồng độ ban đầu khác nhau của

metyl da cam hiệu suất hấp phụ đều tăng Cụ thể: ở các nồng độ ban đầu khác nhau của metyl da cam hiệu suất hấp phụ của các VLHP đều tăng trong khoảng thời gian

từ 15÷120 phút, ở nồng độ metyl da cam ban đầu thấp thì hiệu suất hấp phụ tăng nhanh, ở nồng độ metyl da cam ban đầu cao thì hiệu suất hấp phụ tăng chậm.Từ 60÷120 phút; từ 90÷120 phút hiệu suất hấp phụ tương ứng của VLHP1;VLHP2 là tương đối ổn định Do đó chúng tôi chọn 60 phút ; 90 phút lần lượt là thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP1; VLHP2

2.5.2.2 Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ metylen xanh của các VLHP

Tiến hành sự hấp phụ với nồng độ dung dịch metylen xanh là 99,23 mg/l, khối lượng VLHP là 0,4g/100ml, pH = 7, ở nhiệt độ phòng (25 ±10C), thời gian khuấy khác nhau (15, 30, 45, 60, 90 và 120 phút)

Kết quả được chỉ ra ở bảng 2.8, hình 2.6

Bảng 2.8.Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của các VLHP

đối với metylen xanh

Ccb (mg/l)

H (%)