Nghiên cứu ứng dụng vỏ bưởi trong xử lý môi trường đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

- Báo cáo nghiên cứu khoa học này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu tiếp theo với hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ cho xử lý ô nhiễm môi t

Th ự c tr ạ ng ô nhi ễ m môi tr ườ ng n ướ c ở Vi ệ t Nam

Tình trạng quy hoạch các khu đô thịchưa gắn liền với vấn đề xử lý chất thải, xử lý nước thải, vẫn còn tồn đọng nên tại các thành phố lớn, các khu công nghiệp, khu đô thị, ô nhiễm môi trường đang thực sựở mức báo động

❖ Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước

Sự gia tăng chóng mặt của dân số kéo theo lượng nước dùng cho sinh hoạt tăng nhanh, trong khi ý thức bảo vệ môi trường của người dân còn yếu và cơ sở hạ tầng chưa đáp ứng được nhu cầu Đô thị hóa nhanh và sự phát triển của các khu công nghiệp thúc đẩy hoạt động sản xuất, chế biến thải ra nước thải chứa hóa chất độc hại mà chưa được xử lý đầy đủ Nhiều khu công nghiệp chưa được trang bị hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn, dẫn tới nước thải xả thẳng vào nguồn nước tự nhiên như sông, suối, ao hồ gây ô nhiễm nghiêm trọng và từ đó nước ngầm cũng bị ô nhiễm dần theo thời gian.

❖ Hậu quá của ô nhiễm nguồn nước [1]

Hậu quả chung của tình trạng ô nhiễm nước là tỉ lệngười chết do các bệnh liên quan đến ô nhiễm nước như viêm màng kết, tiêu chảy, ung thư,… ngày càng tăng lên Ngoài ra, tỉ lệ trẻ em tử vong tại các khu vực bị ô nhiễm nguồn nước là rất cao

Dưới đây là bảng tóm tắt các chất gây ô nhiễm thường gặp trong nước và tác hại của chúng đến sức khỏe con người

- Chì: Bệnh thận, thần kinh

- Amoni, Nitrat, Nitrit: Bệnh xanh da, thiếu máu, gây ung thư.

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 4

- Asen: Bệnh dạ dày, bệnh ngoài da, hàm lượng nhiều gây tử vong

- Trihalogenmethane (sản phẩm phụ của quá trình khử trùng bằng clo, có nhiều trong nước máy): khảnăng gây ung thư cao.

- Metyl tert – butyl ete (MTBE) là chất phụ gia phổ biến trong khai thác dầu lửa: Khả năng gây ung thư rất cao

- Natri (Na): Bệnh cao huyết áp, bệnh tim mạch

- Lưu huỳnh (S): Bệnh vềđường tiêu hóa

- Kali (K) Cadimi: Bệnh thoái hóa cột sống, đau lưng.

- Hợp chất hữu cơ, thuốc trừ sâu, diệt côn trùng, diệt cỏ, thuốc kích thích tăng trưởng, thuốc bảo quản, phốt pho,…: Gây ngộđộc, viêm gan, nôn mửa Tiếp xúc lâu dài sẽ gây ung thư nghiêm trọng các cơ quan nội tạng

• Xenon peroxide, sodium percarbonate: Gây viêm đường hô hấp

• Sodium perborrate: Nôn mửa, hại gan

• Oxalate kết hợp với các calcium tạo ra alcium oxalate: Gây đau thận, sỏi mật

- Vi trùng các loại, các bệnh truyền nhiễm gây ra bởi vi trùng

- Kim loại nặng các loại:

• Titan: Đau thần kinh thận, hệ bài tiết

• Kẽm: Bệnh viêm xương, thiếu máu.

Th ự c tr ạ ng s ử d ụ ng ph ế ph ẩ m nông nghi ệ p ở Vi ệ t Nam

Phế thải nông nghiệp ở nước ta vẫn là một thách thức lớn, đặc biệt là các chất thải sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, cà phê, bã mía, vỏ bưởi, vỏ chuối và xơ dừa luôn tồn tại và ngày càng tăng theo diện tích canh tác và năng suất cây trồng Riêng sản lượng trấu có thể thu gom ở đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4–1,6 triệu tấn; tổng sản lượng phế thải sinh khối từ cây cà phê ước đạt 0,3–0,5 triệu tấn Đáng chú ý là chất thải từ các nhà máy mía đường hiện nay chiếm tới 10–15% tổng lượng bã mía và vẫn chưa được sử dụng hết, gây lãng phí nguồn tài nguyên và có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường.

TS Tổng Thị Minh Thu Trang nhận định về ô nhiễm môi trường do nguồn chất thải chưa được tận dụng triệt để Một phần nhỏ chất thải ấy được dùng làm nhiên liệu đốt, làm thức ăn gia súc hoặc phân bón, trong khi phần lớn lại đổ ra các ao hồ và cống rãnh Hành động này vừa gây lãng phí tài nguyên vừa tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái, ảnh hưởng đến chất lượng nước và đa dạng sinh học.

Các ph ươ ng pháp x ử lý môi tr ườ ng và ph ạ m vi ứ ng d ụ ng

Hấp phụ là quá trình tách các chất trong pha lỏng hoặc pha khí bằng cách chúng bị hấp phụ lên bề mặt xốp, rắn và trong các mao quản của chất hấp phụ Chất hấp phụ là chất rắn có cấu tạo chứa mao quản, có vai trò giữ các chất bị hấp phụ Chất bị hấp phụ là chất tồn tại ở pha lỏng hoặc pha khí và di chuyển trong dòng pha tương ứng để tiếp xúc với chất hấp phụ Trong quá trình hấp phụ, các phân tử của chất bị hấp phụ di chuyển vào các lỗ mao quản và lên bề mặt của chất rắn xốp, nơi chúng được lưu giữ và phân bố Quá trình ngược lại được gọi là nhả hấp, là quá trình chất bị hấp phụ thoát ra khỏi bề mặt và mao quản.

Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van der waals yếu Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bịngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu (lực Van der waals) và liên kết hydro Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn

Có những lực hóa trị mạnh như liên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết phối trí liên kết các phân tử hấp phụ với các phân tử bị hấp phụ để hình thành hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha (bề mặt hấp phụ) Nói cách khác, hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ hình thành liên kết hóa học với các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt phân chia pha Do là liên kết hóa học nên hấp phụ hóa học thường bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học có thể rất lớn, lên tới 800 kJ/mol.

• Người ta phân biệt hai kiểu hấp phụ: hấp phụtrong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong điều kiện động

• Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự chuyển dịch tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụvào nước và khuấy trong một thời gian đủđểđạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng) Tiếp theo cho lắng hoặc lọc để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra

• Hấp phụ trong điều kiện động là có sự chuyển động tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ Biện pháp thực hiện là cho nước lọc qua lớp lọc vật liệu hấp phụ

Các chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất như xỉ tro, xỉ mạt sắt Trong số này than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất Than hoạt tính có hai dạng: dạng bột và dạng hạt đều được dùng để hấp phụ Lượng chất hấp phụ tùy thuộc vào khảnăng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước Phương pháp này có khảnăng hấp phụ 58 - 95% các chất hữu cơ và màu Các chất hữu cơ có thể bị hấp phụ được tính đến là phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm, các hợp chất thơm.

Hiện nay người ta áp dụng than hoạt tính để xửlý amoni trong nước thải: Bột than hoạt tính và nước thải (thường là nước thải sau xử lý sinh học) cho vào một bể tiếp xúc, sau một thời gian nhất định bột than hoạt tính được cho lắng hoặc lọc Do than hoạt tính rất mịn nên phải sử dụng thêm các chất trợ lắng Bột than hoạt tính còn được cho vào bể aeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Than hoạt tính sau khi sử dụng có thểđược tái sinh lại tuy nhiên chưa tìm được phương pháp hữu hiệu đểtái sinh, đối với than hoạt tính dạng hạt người ta tái sinh trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt của chúng, trong quá trình tái sinh 5 – 10% hạt than bị phá hủy và phải thay thế bằng hạt mới

Các lo ạ i v ậ t li ệ u h ấ p ph ụ t ừ ph ế ph ẩ m sinh h ọ c

V ỏ tr ấ u [2]

Ở Việt Nam, bình quân mỗi năm sản xuất hơn 40 triệu tấn thóc Trấu chiếm khoảng 20% trọng lượng hạt thóc, tương đương xấp xỉ 9 triệu tấn trấu thải ra môi trường hàng năm Số lượng trấu lớn như vậy nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường và là nguồn lãng phí đáng kể, vì vậy cần đẩy mạnh các giải pháp tái chế và xử lý trấu để biến nguồn tài nguyên này thành giá trị và giảm thiểu tác động tới môi trường.

Trong thực tế trấu là một chất thải khó tái chế, nó cũng là vật liệu khó cháy, khó mục nát trong môi trường Sốlượng trấu sử dụng còn rất ít so với khối lượng trấu lớn mỗi năm thải ra môi trường

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát Trong vỏ trấu có chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt, phần còn lại chủ yếu là chất hữu cơ khó bay hơi và chất vô cơ Nhờ thành phần và cấu trúc này, trấu có thể được tận dụng như nguồn năng lượng từ đốt và cũng có thể được xử lý để thu hồi năng lượng, đồng thời giảm lượng chất thải nông nghiệp.

25% còn lại sẽ chuyển thành tro

Vỏ trấu có rất nhiều ứng dụng như:

- Xử lý nước thải, làm chất đốt, ứng dụng trong việc tạo sản phẩm công nghệ cao

- Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn hoặc các tạp chất hữu cơ vô cơ trong nước thải

- Làm sạch hóa chất, dược phẩm, làm chất thu hồi vàng bạc và các kim loại quý khác trong lĩnh vực luyện kim

Ngoài những ứng dụng trên, vỏ trấu còn có một số ứng dụng khác đáng chú ý: làm vật liệu cách nhiệt, làm chất độn cho các sản phẩm mỹ nghệ, làm giá thể trong sản xuất nấm và dùng để đánh bóng các vật thể bằng kim loại; tro trấu có thể được dùng làm phân bón.

• Các công trình nghiên cứu

Năm 2003, nhóm tác giả Lê Văn Cát và Trần Thị Kim Thoa đã chế tạo than từ vỏ trấu để hấp phụ P-nitrophenol Than trấu được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí ở nhiệt độ 500–900°C và thời gian 1–3 giờ, với tác nhân hoạt hóa được đề cập nhưng chưa được nêu rõ trong nguồn ban đầu.

Trong nghiên cứu của TS Tổng Thị Minh Thu Trang, than được tẩm vào trấu với hàm lượng từ 0–30%, sau đó sản phẩm được rửa sạch Kết quả hấp phụ tuân theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich, với giá trị n cao nhất là 2,735, cho thấy cơ chế hấp phụ phù hợp và hiệu quả ở điều kiện thí nghiệm này [3]

- Năm 2005, Nguyễn Văn Nội- Khoa hóa học, Trường đại học khoa học tự nhiên

Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ vỏ trấu để tách kim loại chì trong nước Quy trình biến tính: Lấy một lượng vỏ trấu đã được làm sạch, cho vào dung dịch NaOH 0.1 M, tiến hành khuấy trộn trong 1 h ở nhiệt độphòng, sau đó lấy phần vỏ trấu cho vào nước cất, khuấy trộn trong 45 phút ở nhiệt độphòng, quá trình được lặp lại đến khi hết kiềm Lấy vỏ trấu ởtrên cho vào axit xitric 0.6 M để phản ứng trong 12 giờở 70 o C Sau đó lọc lấy phần vỏ trấu đem sấy khô ở nhiệt độ 110 o C Phần vỏ trấu được rửa sạch trên phễu lọc để loại bỏ hết axit và đêm sấy khô ở 80 o C trong vòng 3 giờ Kết quả hấp phụđược miêu tả bằng mô hình hấp phụđẳng nhiệt Langmuir có qmax = 30.8 mg/g [6]

- Năm 2007, nhóm tác giảĐỗQuang Huy, Đàm Quốc Khanh, Nghiêm Xuân Trường,

Nguyễn Đức Huệđã chế tạo vật liệu hấp phụ tro than bay sử dụng trong phân tích môi trường Tro than được xử lý bằng kiềm 3,5M có khảnăng làm chất hấp phụ trong phân tích môi trường 0,5 g chất hấp phụ tro than bay đã xử lý với dung dịch kiềm được nạp vào cột sắc ký có kích thước 300 mm x 6 mm dùng để thử nghiệm tách hỗn hợp M1 và

M2 Kết quả nhận được cho thấy, vật liệu sử dụng trong nghiên cứu có khảnăng làm giàu và tách các chất cần phân tích tốt Độ thu hồi chất phân tích của hỗn hợp M1 và M2tương ứng là 83,3 – 89,5% và 51,28 – 93,75% [3]

Năm 2012, Trần Văn Đức – Đại học Đà Nẵng công bố nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng Cu2+ và Zn2+ trong nước bằng vật liệu SiO2 được tách từ vỏ trấu Quy trình biến tính bắt đầu bằng việc vỏ trấu được rửa sạch và nung ở 800°C để thu được tro trấu; tro trấu được xử lý bằng dung dịch NaOH 5 M đun nóng, lọc và rửa sạch Tiếp theo thêm dung dịch HCl 4 M để được dung dịch dạng gel, đem hỗn hợp sấy ở 100°C để thu được SiO2.nH2O, và cuối cùng nung SiO2.nH2O để thu được SiO2 Kết quả hấp phụ được mô tả bằng mô hình Langmuir, với dung lượng hấp phụ tối đa qmax của Cu2+ và Zn2+ lần lượt là 1,787 mg/g và 1,826 mg/g.

- Năm 2014, nhóm tác giả Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Hữu Minh Phú, Hồ Ngọc Tri

Tân, Phạm Thị Bích Thảo, Phạm Thị Bích Thảo, Nguyễn Thị Kim Chi, Lê Văn Nhạn,

Nguyễn Trọng Tuân và Trịnh Xuân Anh đã tổng hợp hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu bằng phương pháp kết tủa Quy trình biến tính bao gồm rửa sạch và phơi khô vỏ trấu, sau đó nung ở 500°C để hình thành hạt nano SiO2 có kích thước và tính chất mong đợi.

– 700 o C trong 4 giờ, thu được vỏ trấu Sau đó bột nano silica được tách chiết từ tro trấu bằng cách sử dụng dung dịch NaOH 3N và tiếp tục thêm dung dịch HCl ởpH = 6 cho đến khi có kết tủa trắng Sản phẩm bột nano trên được đưa đi đo, kết quảthu được là những hạt nano SiO2 chế tạo được có pha vô định hình và kích thước hạt trung bình khoảng

Bã mía

Việt Nam cũng là nước phát triển về ngành mía đường, hàng năm các nhà máy đường thải ra môt lượng lớn bã mía Bã mía chiếm khoảng 26,8 –32% lượng mía ép, bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozơ, 24% hemixenlulozơ, và 22 – 25% ligin Các thành phần hữu cơ này có khả năng biến đổi để tạo ra các tâm hấp phụ để hấp phụ các cation kim loại nặng.[6]

- Là nguồn chất đốt cung cấp nhiệt cho nhà máy điện, lò hơi

- Là nguyên liệu sản xuất bột giấy, làm ván ép, tầm trần

- Dùng làm phụ gia trong chế biến thức ăn chăn nuôi, thức ăn ủ xanh, pha dung dịch thủy canh

- Làm vật liệu lọc nước tự nhiên, chất hấp phụ kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu

- Nhóm tác giả Lê Hữu Thiềng, Ngô Thị Lan Anh, Đào Hồng Hạnh, Nguyễn Thị

Thúy- trường đại học sư phạm, đại học Thái Nguyên đã nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh trong dung dịch nước của các vật liệu hấp phụ từ bã mía Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.1 [7]

Bảng 1 1 Kết quả bã mía hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ = 99.23 mg/l

Bã mía đã qua xử lý bằng Điều kiện tối ưu

Nồng độ ban (%) đầu, Cđ (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g)

- Tháng 3/ 2015, Handojo Djati Utomo- Singapo đã nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh từ vỏbưởi Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.2.[8]

Bảng 1 2 Kết quả bã mía hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ = 3.739 mg/l

Loại bã mía Điều kiện tối ưu Dung lượng hấp phụ cực đại qmax

Nồng độ ban đầu (mg/l) pH

Liều lượng chất hấp phụ (g)

Vào năm 2016, nhóm tác giả người Ấn Độ P Iyshwarya và R G Ramya Gayathri đã nghiên cứu sử dụng bã mía để loại bỏ ion sắt trong nước uống Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở Bảng 1.3 [9].

Bảng 1 3 Kết quả bã mía loại bỏ ion sắt trong nước uống Cđ = 5 mg/l

Kim loại Điều kiện tối ưu

Nồng độ ban (%) đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g)

Bã cà phê

Cà phê là tên của một chi thực vật thuộc họ Thiên thảo, gồm khoảng 500 chi khác nhau và trên 6.000 loài cây nhiệt đới Cà phê được trồng chủ yếu ở vùng Tây Nguyên Bã cà phê là một vật liệu lignocellulose, có khả năng tách kim loại nặng và màu, hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc xốp và thành phần xenlulozơ.

Bã cà phê có nhiều ứng dụng bổ ích cho nông nghiệp và đời sống hàng ngày Đối với cây trồng, bã cà phê được dùng làm phân bón hữu cơ tự nhiên giúp cải thiện đất, bổ sung dinh dưỡng và kích thích sự phát triển của rễ Ngoài ra, bã cà phê còn hoạt động như một chất hấp phụ mùi, giúp khử mùi hiệu quả trong nhà bếp, phòng làm việc hoặc các khu vực cần kiểm soát mùi Việc tận dụng bã cà phê không những giảm lượng rác thải mà còn tối ưu hóa chi phí chăm sóc vườn và hỗ trợ môi trường.

Than bã cà phê mang nhiều đặc tính có thể ứng dụng trong xử lý môi trường nên được nghiên cứu như một vật liệu tiềm năng cho khả năng xử lý màu và COD trong nước thải dệt nhuộm Các nghiên cứu cho thấy chất liệu này có khả năng hấp phụ hiệu quả các chất nhuộm và các hợp chất COD, giúp giảm ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước thải Việc tận dụng than bã cà phê vừa giảm thiểu rác thải nông nghiệp vừa mở ra cơ hội phát triển công nghệ xử lý nước thải bền vững cho ngành công nghiệp dệt may.

- Năm 2013, theo đề tài nghiên cứu của nhóm nghiên cứu G Z Kyzas, D N Bikiaris,

M Kostoglou và N K Lazaridis- Hy Lạp đã nghiên cứu sử dụng bã café để loại bỏ Cu

(II) trong nước thải Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.4 [11]

Bảng 1 4 Kết quả bã cà phê loại bỏKLN trong nước thải Cđ = 50 mg/l

Kim loại Điều kiện tối ưu Hiệu suất

Nồng độ ban (%) đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g) Thời gian

- Năm 2015, nhóm tác giả Trịnh Thị Thu Hương, Vũ Đức Thảo đã nghiên cứu sử dụng than bã cà phê để xửlý màu trong nước thải dệt nhuộm Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.5 [12]

Bảng 1 5 Kết quả bã cà phê xửlý độmàu trong nước thải dệt nhuộm Cđ = 50 mg/l Điều kiện tối ưu

Nồng độ ban (%) đầu (mg/l) pH Liều lượng chất hấp phụ (g)

X ơ d ừ a

Ngành sản xuất chỉ xơ dừa đã được hình hành rất lâu và bắt đầu phát triển từ năm

1996, cho đến những năm gần đây ngành sản xuất chỉxơ dừa mới thật sự phát triển mạnh

Kết quảđiều tra năm 2005 có khoảng 200 cơ sở sản xuất chỉ sơ dừa trên toàn huyện Mỏ

Cày, phát triển tập trung mạnh nhất ở các xã Khánh Thạnh Tân, Đa Phước Hội, An Thạnh,

Thành Thới B nằm dọc theo tuyến sông Thơm và có khoảng 135 cơ sở sản xuất xơ thải Lượng mụn dừa phát sinh từ quá trình này dao động ở mức 300 - 500 tấn mỗi ngày, và sản lượng này tập trung nhiều nhất vào khoảng tháng.

Xơ dừa có một số tính chất và thành phần hóa học sau: Độ xốp 10 -12%, Chất hữu cơ: 9.4 - 9.8%, Tổng lượng tro: 3 - 6%, Cellulose: 20 - 30%, Lignin: 60 - 70%

Sử dụng xơ dừa thô trong bể xử lý kị khí để xửlý nước thải ngành chế biến cao su hoặc hấp phụ dầu trong nước thải công nghiệp

• Các công trình nghiên cứu trong nước:

- Năm 2010, nhóm tác giả Phạm ThịDương, Bùi Đình Hoàn, Nguyễn Văn Tám- Đại học Hàng hải đã nghiên cứu khảnăng hấp phụ dầu trong nước thải bằng xơ dừa Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.6 [7]

Bảng 1.6 Kết quảxơ dừa hấp phụ dầu trong nước thải Cđ = 58.3 mg/l

Dầu Điều kiện tối ưu

• Các công trình nghiên cứu nước ngoài:

Vào năm 2016, nhóm tác giả người Ấn Độ gồm P Iyshwarya và R.G Ramya Gayathri đã nghiên cứu việc sử dụng xơ dừa để loại bỏ ion sắt trong nước uống Kết quả của nghiên cứu được tóm tắt tại Bảng 1.7 trong tài liệu tham khảo [17].

Bảng 1.7 Kết quảxơ dừa loại bỏ ion sắt trong nước uống Cđ = 5 mg/l

Nồng độ ban (%) đầu (mg/l) pH

T ổ ng quan v ề ngành công nghi ệ p nhu ộ m- d ệ t may

Th ự c tr ạ ng ô nhi ễ m t ừ các ngành công nghi ệ p d ệ t nhu ộ m hi ệ n nay

Hiện trạng ô nhiễm nước thải làng nghề dệt nhuộm tại Việt Namphát sinh chính từ hoạt động làng nghề Vì chỉ với quy mô nhỏ, công nghệ thủ công, lỗi thời, không đồng bộ, phát triển tự phát chủ yếu chịu sự chi phối của thị trường, không có hệ thống xử lý nước thải bài bản do chi phí thiết kế hệ thống xử lý nước thải dệt nhuộm cao và do không có sự hiểu biết của người dân về tác hại của nước thải dệt nhuộm ảnh hưởng đến sức khỏe của chính bản thân mình và những người xung quanh.

Ngu ồ n g ố c phát sinh n ướ c th ả i d ệ t nhu ộ m

Trong quá trình sản xuất của ngành dệt nhuộm, nước được sử dụng với lượng lớn và nước thải phát sinh ở nhiều công đoạn khác nhau, thay đổi tùy từng loại sản phẩm Những đặc trưng chính của nước thải dệt nhuộm là pH dao động hoặc cao, nhiệt độ lớn, COD cao và độ màu tương đối cao Do đó, cần áp dụng các biện pháp quản lý nước thải hợp lý và hiệu quả để kiểm soát, xử lý và giảm thiểu tác động của nước thải này, từ đó tối ưu hóa chi phí vận hành và tuân thủ các chuẩn môi trường.

Tác h ạ i c ủ a n ướ c th ả i d ệ t nhu ộm đố i v ớ i môi tr ườ ng

Hầu hết các loại phẩm nhuộm đều có độc tính Một số loại còn có khảnăng gây ung thư Thuốc nhuộm azo là nhóm lớn nhất dùng trong ngành tẩy nhuộm, chiếm khoảng 65% trong tổng số các loại thuốc nhuộm dùng để nhuộm và in hoa Cấu tạo có gốc benzidine

[H2N - - NH2] hay 4 Chloro - toluidine, β - naphtylamin đều thuộc nhóm có khả năng gây ung thư.

- Bụi bông: Là loại bụi gây dịứng, viêm mũi, nổi ban

Khí sunfua dioxit (SO2) là một trong những chất ô nhiễm hàng đầu trong lĩnh vực ô nhiễm không khí SO2 là một khí không màu, không cháy, có mùi hăng cay và vị chua của axit Do đặc tính này, SO2 dễ hòa tan trong nước và hình thành axit trong khí quyển, gây kích ứng đường thở và ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng cũng như chất lượng không khí ở nhiều khu vực.

- Khí cacbon oxit (CO): CO là một khí không màu, không vị, không bị hấp thụ bởi than hoạt tính và rất độc

- Khí cacbon dioxit (CO 2 ): CO2 được xem như không có độc tính đối với người và là một chất gây ngạt đơn thuần Tuy nhiên, trong thực tế, CO2 là nguyên nhân của nhiều tai nạn chết người ở nhiều nơi trên thế giới cũng như ở Việt Nam

- Hỗn hợp khí NO x : Có tất cả 6 loại nitơ oxit: N 2 O, NO, NO2, N2O3 N2O4, N2O5

Trong đó, N2O đóng vai trò quan trọng trong các vấn đề ô nhiễm không khí NO2độc gấp

4 lần NO và gấp 10 lần CO.

Ph ươ ng pháp x ử lý n ướ c th ả i d ệ t nhu ộ m

Phương pháp trung hòa được thực hiện bằng trộn dòng thải có tính axit với dòng thải có tính kiềm hoặc sử dụng các hóa chất như H 2 SO4, HCl, NaOH, CO2 Điều chỉnh pH thường kết hợp thực hiện ở bểđiều hòa hay bể thu gom b Phương pháp keo tụ: Đây là phương pháp thông dụng để xửlý nước thải dệt nhuộm Trong phương pháp này người ta thường dùng các loại phèn nhôm hay phèn sắt cùng với sữa vôi như Sunfat sắt, Sunfat nhôm hay hay hỗn hợp của 2 loại phèn này và hydroxyt canxi Ca(OH)2 với mục đích khử màu và một phần COD Nếu dùng sunfat sắt (II) thì hiệu quảđạt tốt nhất ở độ pH = 10, còn nếu dùng sunfat nhôm thì pH = 5 – 6

Hoặc sử dụng keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride) có ưu điểm vượt trội hơn phèn nhôm: Hóa chất PAC keo tụ

Nguyên lý: khi dùng phèn thì sẽ tạo thành các bông hydroxyt Các chất màu và các chất khó phân hủy sinh học bị hấp phụ vào các bông cặn này và lắng xuống tạo bùn Để tăng quá trình keo tụ, tạo bông người ta thường bổ sung chất trợ keo tụnhư polymer hữu cơ.

Phương pháp này được dùng để xử lý màu nước thải và hiệu suất khửmàu đối với thuốc nhuộm phân tán c Phương pháp hấp phụ:

Phương pháp hấp phụ có khảnăng dùng để xử lý các chất không có khảnăng phân hủy sinh học và các chất hữu cơ không hoặc khó xử lý bằng phương pháp sinh học

Phương pháp này được dùng để khử màu nước thải chứa thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính Cơ sở của quá trình là hấp phụ chất tan lên bề chất rắn (chất hấp phụ) d Phương pháp oxy hóa:

Do cấu trúc hóa học của thuốc nhuộm nên khử màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa đòi hỏi chất oxy hóa mạnh; chất oxy hóa phổ biến nhất hiện nay là ozone (O3), có khả năng khử màu rất tốt đối với nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Để khử màu 1 g thuốc nhuộm hoạt tính cần khoảng 0,5 g O3, cho thấy hiệu quả và hiệu suất cao của quá trình oxy hóa bằng ozone Trong các phương pháp xử lý khử màu, phương pháp màng được nhắc đến như một giải pháp bổ sung để nâng cao hiệu quả loại bỏ màu và chất hữu cơ khỏi nước thải dệt nhuộm.

Phương pháp màng được ứng dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm nhằm thu hồi hóa chất để tái sử dụng như: tinh bột PVA (Poly Vinyl Alcohol), thuốc nhuộm indigo, muối và các chất khác liên quan đến quá trình nhuộm Động lực của quá trình lọc màng là sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng, cho phép tách các thành phần có giá trị và nước để tái sử dụng Phương pháp xử lý nước thải sinh học được xem xét như một phần bổ sung hoặc kết hợp trong hệ thống nhằm giảm tải ô nhiễm trước khi hoặc sau khi xử lý bằng màng, nâng cao hiệu quả tổng thể của quá trình xử lý nước thải.

Phần lớn các chất có trong nước thải dệt nhuộm có khả năng phân hủy sinh học Tuy nhiên, trong một số trường hợp nước thải dệt nhuộm có thể chứa các chất có tính độc đối với vi sinh vật như các chất khử vô cơ, formaldehyde, kim loại nặng, clo và các chất khó phân hủy khác, khiến quá trình xử lý gặp thách thức và đòi hỏi các biện pháp xử lý tiên tiến để đảm bảo làm sạch nước và bảo vệ môi trường.

TS Tổng Thị Minh Thu Trang cho biết nước thải chứa các chất khó phân hủy sinh học như các chất tẩy rửa, hồ PVA và các loại dầu khoáng; do đó trước khi đưa vào xử lý sinh học, nước thải cần được khử các chất gây độc và giảm tỷ lệ các chất khó phân hủy sinh học bằng phương pháp xử lý cục bộ.

T ổ ng quan v ề tràn d ầ u

Các v ụ tai n ạ n tràn d ầ u ở Vi ệ t Nam và trên th ế gi ớ i

Theo số liệu thống kê cả nước, từ năm 1989 đến nay ghi nhận trên 100 vụ tràn dầu do tai nạn hàng hải, xả dầu ra biển với lượng từ vài chục đến hàng trăm tấn Các vụ tràn dầu thường diễn ra từ tháng 3 đến tháng 6 hàng năm Điển hình là sự cố tràn dầu tàu Formosa One vào năm 2001 tại vịnh Gành Rái, tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu, do không tuân thủ đúng chỉ dẫn của Cảng vụ Vũng Tàu; tàu Formosa One đã đâm vào tàu Petrolimex-01, khiến dầu DO tràn khoảng 900 m³, tương đương 750 tấn.

-Sự cố tràn dầu tàu Hồng Anh, xảy ra năm 2003, do sóng lớn làm đắm tàu Hồng

Anh trong khu vực vịnh Gành Rái, làm tràn khoảng 100 tấn dầu FO, ảnh hưởng trực tiếp đến khu vực rừng phòng hộ Cần Giờ và các khu vực nuôi trồng thủy sản Tổng thiệt hại về kinh tếvà môi trường do sự cố gây ra lên tới hàng chục tỷđồng

- Đêm 23/12/2007, trên vùng biển cách mũi Ba Làng An – xã Bình Châu – huyện

Bình Sơn – tỉnh Quảng Ngãi khoảng 3 hải lý, hai chiếc tàu chở hàng đã đâm nhau, làm hơn 170 m 3 dầu diesel tràn ra biển Đây là vụ tai nạn giữa hai tàu chở hàng có trọng lớn lần đầu tiên trên biển Quảng Ngãi

- Vụ tràn dầu trong chiến tranh vùng vịnh năm 1991: Trong chiến tranh vùng vịnh năm 1991, khi quân đội Iraq rút khỏi Kuwait, họđã mở tất cả các van của giếng dầu và phá vỡcác đường ống dẫn dầu nhằm ngăn cản bước tiến của quân đội Mỹ Kết quả là một lượng dầu lớn nhất trong lịch sửđã phủ lên Vịnh Ba Tư Ước tính, số dầu loang tương đương 240 triệu gallon dầu thô Diện tích dầu loang có kích thước tương đương đảo

- Vụ tràn dầu tại giếng dầu Ixtoc năm 1979: Vào tháng Sáu định mệnh năm 1979,

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 18 một giếng dầu ở Vịnh Campeche đã sụp đổ sau một vụ nổ khủng khiếp Từ đó đến 10 tháng kế tiếp, ước tính có 140 triệu gallons dầu đã tràn lan trên Vịnh Mexico

- Vụ tràn dầu Atlantic Empress năm 1979: Một đêm giông bão vào tháng 7/1979, tại vùng biển Carribe thuộc địa phận của Tobago, hai chiếc tàu chở dầu cực lớn đã đâm vào nhau, gây ra vụ tràn dầu do tai nạn tàu lớn Bị hỏng hóc do cú va chạm, cả hai thuyền bắt đầu chảy dầu qua các lỗ rò và bắt lửa Ngọn lửa trên tàu Aegean Captain được kiểm soát Con tàu được di chuyển ngay tới Curacao, nơi mà các thùng dầu được bảo vệ Nhưng chiếc Atlantic Empress đã không có được số phận may mắn Nó đã bốc cháy, được hướng ra biển và nổ tung khi cách bờ biển 300 hải lý Toàn bộ thuyền viên của tàu Atlantic

Empress thiệt mạng, cộng thêm gần 90 triệu gallon dầu đã tràn ra biển.

Các ph ương pháp xử lý dầu tràn

Trong trường hợp xảy ra sự cố tràn dầu, cần áp dụng các biện pháp nhằm hạn chế tối đa ảnh hưởng đến môi trường Thu hồi dầu trên mặt nước được thực hiện bằng phao quay nổi (boom) và thiết bị hút dầu (skimmers) để thu gom dầu nhanh chóng và hiệu quả Đối với dầu tràn trên bờ, có thể dùng máy xúc để xúc bốc vật liệu bị nhiễm dầu hoặc sử dụng các vật liệu thấm dầu để làm sạch và hấp thu dầu Việc khoanh vùng và ngăn dầu tràn lan rộng bằng phao quây là bước then chốt, sau đó tiến hành thu hồi và tái chế dầu thu được một cách an toàn.

Phân tán dầu trên biển bằng các chất hóa học như chất phân tán, chất hoạt động bề mặt và chất keo tụ giúp dầu phân tán vào nước và dễ bị phân hủy sinh học Đốt dầu tại chỗ hoặc chuyển dầu đến vị trí xử lý để xử lý an toàn và hiệu quả là các phương án được triển khai tùy điều kiện Đồng thời, sử dụng hóa chất để kết tủa hoặc trung hòa dầu tràn là một phần của chiến lược xử lý, thường được thực hiện kết hợp với các phương tiện như trực thăng và trên phạm vi rộng nhằm triển khai nhanh và xử lý dầu tràn hiệu quả.

Việc sử dụng các chế phẩm vi sinh nhằm kích thích quá trình sinh trưởng và phát triển của một số loài vi sinh vật phân hủy dầu cho phép nguồn hydrocacbon có trong dầu được sử dụng như nguồn cacbon duy nhất, hoặc các sản phẩm phân hủy hydrocarbon của vi sinh làm nguồn chất dinh dưỡng cho sự phát triển của các vi sinh vật khác Phương pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm dầu mỏ là một phương pháp hiệu quả và bền vững, giúp tăng tốc quá trình phân hủy hydrocarbon, cải thiện chất lượng nước và đất, và tối ưu hóa hiệu quả xử lý môi trường.

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 19 xử lý dầu tràn có hiệu quả và an toàn cho môi trường nhất hiện nay.

V ậ t li ệ u x ử lý d ầ u tràn

Nguyên liệu cơ bản cho vật liệu xốp hấp thụ dầu nói trên là sợi nano xenluloza (NFC), sợi này được chiết xuất từ nguyên liệu chứa xenluloza như bột gạo, phụ phẩm nông nghiệp

Vật liệu xốp được sản xuất từ rơm hoặc các vật liệu phế thải như giấy tái chế bằng cách nhào trộn với nước, sau đó ép hỗn hợp qua các đầu phun hẹp ở áp suất cao để hình thành gel; tiếp đó gel được đông khô để loại bỏ nước, tạo thành miếng xốp có cấu trúc là các sợi nano cellulose dài liên kết với nhau Vật liệu xốp này có thể hấp thụ nước và dầu.

Nhưng vật liệu xốp nano xenluloza hút cả dầu và nước nên nó không hữu ích nhiều cho mục đích xử lý dầu tràn Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã biến đổi một số tính chất hóa học của nano xenluloza bằng cách bổsung alkoxysilan trước khi thực hiện quá trình đông khô Khi đó, miếng xốp nano xenluloza không còn ưa nước nữa, nó chỉ hút các chất dầu nhờn

Kết quả khảo sát trong phòng thí nghiệm cho thấy, xốp nano xenluloza đã xử lý có khả năng hấp thụ rất nhanh các chất như dầu động cơ, dầu silicon, etanol, aceton, cloroform Như vậy, NFC xử lý bằng silan có một sốđặc tính mong muốn: nó là chất hấp thụ, nổi trên mặt nước ngay cảkhi đó bão hòa hoàn toàn và có thể tự phân hủy sinh học.

Ch ấ t ho ạt độ ng b ề m ặ t

Khái ni ệ m

Chất hoạt động bề mặt (surfactant, surface active agent) là những hợp chất làm giảm sức căng bề mặt (hoặc áp lực bề mặt chung) giữa hai chất lỏng hoặc giữa chất lỏng và chất rắn.

Thành ph ầ n và c ấ u trúc

Chất hoạt động bề mặt thường có cấu trúc là một phân tử có cả tính ưa nước

(hydrophilic) và tính kỵ nước (hydrophobic) Bởi vậy, chất hoạt động bề mặt bao gồm cả phần không tan trong nước và phần tantrong nước.

Phần kỵ nước (không tan trong nước): thông thường là một mạch hydro cacbon dài

8 - 21, ankyl thuộc, mạch ankal, ankle mạch thẳng hay có gắn vòng clo hay bezene…

Phần ưa nước (tan trong nước): thông thường là một nhóm ion hoặc non-ionic là nhóm phân cực mạnh như Cacboxyl (COO-), Hydroxyl (-OH), Amin (-NH2), sulfat (-

Các ch ấ t ho ạt độ ng th ườ ng dùng

Tính ưa, kỵ nước của một chất hoạt động bề mặt được đặc trưng bởi thông số HLB

HLB (hydrophilic-lipophilic balance) là độ cân bằng ưa nước – ưa dầu của một chất hoạt động bề mặt, có thang giá trị từ 0 đến 40 Giá trị HLB càng cao cho thấy chất dễ hòa tan trong nước, trong khi HLB càng thấp cho thấy chất dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu Việc xác định HLB giúp chọn chất hoạt động bề mặt phù hợp cho các hệ emulsions dầu trong nước hay nước trong dầu, từ đó tối ưu hóa tính ổn định và hiệu suất hòa tan của công thức sản phẩm Ứng dụng của HLB rất phổ biến trong mỹ phẩm, chăm sóc cá nhân và công nghiệp thực phẩm, nơi người ta dựa vào HLB để thiết kế công thức chứa chất hoạt động bề mặt nhằm đạt sự phân tán và ổn định tốt nhất.

Trong công nghiệp chất hoạt động bề mặt được phân loại thành bốn nhóm chính là: anionic, cationic, lưỡng tính và non-ionic Trong đó, có hai loại chủ yếu dùng trong chất tẩy rửa bề mặt kim loại là anionic và non-ionic với các đặc tính nổi bật.

+ Anionic: Chất hoạt động bề mặt khi cho vào trong nước sẽ phân ly thành ion âm, nhóm ưa nước liên kết với nhóm kỵnước bằng liên kết cộng hóa trị Chúng có khảnăng hoạt động bề mặt rất mạnh, khả năng lấy dầu cao, tạo bọt to nhưng kém bền Các chất hoạt động này bị thụđộng hóa trong môi trường nước cứng (Ca 2+ , Mg 2+ ) và các ion kim loại nặng (Al, Fe) Đây là loại chất hoạt động bề mặt được sử dụng rộng rãi phổ biến trong các chất tẩy rửa

+ Non-ionic: Là các chất hoạt động bề mặt có nhóm phân cực không bị ion hóa trong dụng dịch nước Phần ưa nước chứa những nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hóa, sự hòa tan là do cấu tạo những liên kết hydro giữa các phân tử nước và một số chức năng của phần phân cực bao gồm nhóm ancol và este Phần kỵ nước là mạch hydrocacbon dài Nó không bị ion hóa nên không tích điện, do đó ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng và pH của môi trường tuy nhiên vẫn có khảnăng tạo phức với các ion kim loại nặng, êm dịu với da, lấy dầu ít, tạo bọt kém.

V ỏ b ưở i

Thành ph ầ n chính c ủ a v ỏ b ưở i

Xenlulose hay còn được gọi là chất xơ chiếm 46.22% Hemicellulose chiếm 18.84%

Lignin chiếm 10.24% Pectin chiếm 1-2% Ngoài ra còn có Narigin, đường ramnose…

Hình 1 2 Cấu trúc của Hemicellulose

Hình 1 3 Cấu trúc của Cellulose

Hình 1 4 Cấu trúc của Pectin

Hình 1 5 Cấu trúc của Naringin

Ứ ng d ụ ng c ủ a v ỏ b ưở i

Vỏbưởi có rất nhiều công dụng bổ ích trong cuộc sống như: vỏbưởi có thể dùng

TS Tống Thị Minh Thu Trang, 23 tuổi, chia sẻ cách chế biến các món ăn giải nhiệt mùa hè và khử mùi tanh trong nhà bếp Ngoài việc chiết suất tinh dầu, vỏ bưởi còn được ứng dụng trong xử lý môi trường như xử lý kim loại nặng, nước thải dệt nhuộm và dầu tràn.

Các công trình nghiên c ứ u

Hiện nay trên thế giới đã sử dụng vỏbưởi trong xử lý kim loại nặng, metylen xanh và dầu tràn Tuy nhiên, tại Việt Nam vẫn chưa có công trình nào vỏbưởi

- Năm 2012, nhóm tác giả Yuanyuan Pei và Jingyong Liu- Khoa Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Đại học Công nghệ Quảng Đông, Trung Quốc đã sử dụng vỏbưởi được kích hoạt bằng ZnCl2để loại bỏ Pb (II) trong dung dịch Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.8 [19]

Bảng 1.8: Kết quả vỏbưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 100 mg/l

Liều lượng chất hấp phụ (g/l)

Tốc độ vòng quay (vòng/ phút)

- Năm 2014, tác giảPenpun Tasaso đã sử dụng vỏbưởi để loại bỏ Cu (II) trong dung dịch Quy trình này được thực hiện dựa trên các điều kiện tối ưu vở bưởi chưa tách pectin và vỏbưởi đã tách pectin Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.9 [22]

Bảng 1.9: Kết quả vỏbưởi loại bỏ Cu2+ trong dung dịch Cđ = 125 mg/l

Vỏbưởi Điều kiện tối ưu Dung lượng hấp phụ cực đại qmax

- Năm 2016, nhóm nghiên cứu Sasiwimol Chanmalee, Pisit Vatanasomboon,

Chaowalit Warodomrungsimun, Mahidol University, Thailand đã sử dụng vỏ bưởi loại bỏ Pb (II) trong dung dịch Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.10.[23]

Bảng 1 10 Kết quả vỏbưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 10 mg/l

Tốc độ vòng quay (vòng/ phút)

- Năm 2009, nhóm nghiên cứu Jianlong Li đã sử dụng vỏbưởi được biến tính bởi

NaOH để hấp phụ metylen xanh Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.11 [32]

Bảng 1 11: Kết quả vỏbưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 300 mg/l

Vỏbưởi Điều kiện tối ưu

Vỏbưởi xử lý bằng NaOH 300 8 2.0 180 30 99.1

- Tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu Koninika Tanzim, M Z Abedin đã sử dụng vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.12 [18]

Bảng 1 12: Kết quả vỏbưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 100 mg/l

Dung dịch Điều kiện tối ưu

❖ Xử lý nước nhiễm dầu:

- Năm 2015, nhóm tác giả Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Junchen Zou, Xinying Zhang,

Beibei Li, Tiantian Yin đã sử dụng vỏbưởi được xử lý bề mặt với anhydride và styrene làm chất hấp phụđể loại bỏ ô nhiễm dầu Quy trình biến tính: vỏbưởi sau khi thu thập về được rửa bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ bụi bẩm, sau đó đem đi sấy khô trong lò ở

60 o C đến khối lượng không đổi Lấy phần cùi trắng bỏ phần vỏ bên ngoài rồi sau đó nghiền thành hạt và sàng lọc ởkích thước 0,25 đến 1,00 mm Sau đó đem đi sấy khô ở 60 oC trong 48 giờ và được bảo quản để sử dụng Kết quả hấp phụ đạt 18,9 g/g đối với vỏ bưởi được xử lý bằng anhydrid và 26,36 g/g đối với vỏbưởi được xử lý bằng styren [17]

- Năm 2015, nhóm tác giả Junchen Zou, Wenbo Chai, Xiaoyan Liu, Beibei Li,

Xinying Zhang và Tiantian Yin đã dùng vỏ bưởi từ tính như một chất hấp phụ mới để làm sạch nước bị ô nhiễm dầu Các tác giả đã nghiên cứu động học hấp phụ và cân bằng hấp phụ của dầu diesel từ dung dịch nước lên vỏ bưởi từ tính đã được xử lý, thực hiện theo một quy trình ở quy mô hàng loạt.

Các nghiên cứu cho thấy hệ số tương quan tốt đối với mô hình động học đẳng nhiệt

Freundlich Kết quả cho ra khảnăng hấp phụ tối đa của vỏbưởi là 27,98 g/g [19]

Các ph ươ ng pháp phân tích – xác đị nh ch ỉ tiêu n ướ c th ả i

Ph ươ ng pháp h ấ p ph ụ đẳ ng nhi ệ t (BET)

Lý thuyết BET (Brunauer–Emmett–Teller) giải thích hấp phụ vật lý của phân tử khí trên bề mặt chất rắn và là nền tảng cho các kỹ thuật phân tích quan trọng dùng để đo diện tích bề mặt riêng của vật liệu.

Diện tích bề mặt của vật liệu thường được xác định bằng phân tích BET đường hấp

TS Tống Thị Minh Thu Trang trình bày phương pháp xác định kích thước lỗ xốp từ meso đến micropore (0–500 Å) bằng phân tích BJH hoặc DA dựa trên đường hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 ở -196 °C, hoặc đường hấp phụ đẳng nhiệt khí CO2 ở -10 °C, mặc dù thường dùng khí N2; việc sử dụng các đầu đo với khí hấp phụ khác có thể được xem xét để nâng cao độ phân giải trong miền micropore và cho kết quả đáng tin cậy về cấu trúc xốp của vật liệu.

Ph ươ ng pháp ph ổ h ồ ng ngo ạ i IR

Phổ hồng ngoại là phương pháp đo sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại (IR) khi nó đi qua một lớp chất cần thử, ở các số sóng khác nhau vùng bức xạ hồng ngoại sử dụng trong các máy quang phổIR thường là 600 cm -1 – 400 cm -1 , các máy hiện nay có thể mở rộng vùng bức xạ (100 cm -1 – 10000 cm -1 )

Trong một phân tử, khi một nhóm chức hấp thụ năng lượng và thay đổi trạng thái dao động, sẽ hình thành một dải hấp thụ trên phổ hồng ngoại IR Mối liên hệ giữa nhóm chức và dải hấp thụ cho phép nhận biết nhóm chức đó dựa trên sự có mặt của dải hấp thụ tương ứng Nhiều nhóm chức có dải phổ hấp thụ đặc trưng, tạo cơ sở cho phân tích cấu trúc bằng IR Việc xác định sự có mặt của các nhóm chức giúp sử dụng phổ hồng ngoại IR để định tính một chất và nhận diện cấu trúc phân tử.

Ph ương pháp đo quang phổ h ấ p ph ụ Uv – Vis

Phương pháp đo quang phổ hấp thụ nguyên tử UV-VIS dựa vào hiệu ứng hấp thụ xảy ra khi phân tử vật chất tương tác với bức xạđiện từ Bước sóng được sử dụng từ 200 đến 800 nm Hiện tượng bức xạđiện từtuân theo định luật Lamber-Beer

Nguyên tắc của phương pháp dựa trên sự hình thành phức màu giữa các ion và thuốc thử Nồng độ ion trong phức thay đổi sẽ tạo ra màu sắc khác nhau và tương ứng với sự thay đổi độ hấp thụ quang Độ hấp thụ quang được xác định theo định luật Lambert–Beer qua công thức A = εlc, trong đó A là độ hấp thụ, ε là hệ số hấp thụ riêng (molar absorptivity), c là nồng độ của ion trong phức và l là chiều dài quang đường.

A = Ɛ.l.C Trong đó: Ɛ: Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bản chất màu và bước sóng của ánh sáng tới

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 27 l: Chiều dày của cu vét

C: Nồng độ chất phân tích

Khi chiều dài quang path l và hệ số hấp thụ molar ε không đổi, độ hấp thụ quang (A) phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ chất Vì vậy, xây dựng đường chuẩn thể hiện mối quan hệ giữa độ hấp thụ quang và nồng độ (C) ở từng trường hợp cụ thể sẽ cho phép xác định nồng độ chưa biết của một chất thông qua đo độ hấp thụ quang Giới hạn phát hiện của phương pháp này dao động khoảng 10^-6 đến 10^-5 M.

Ph ương pháp xác đị nh pH

pH là chỉ số xác định tính chất hóa học của dung dịch; với nước, pH đo hoạt động của các ion Hydro (H+) trong dung dịch Thang đo pH được chia từ 0 đến 14, với pH bằng 7 được xem là trung tính ở nhiệt độ 25°C; giá trị dưới 7 cho dung dịch mang tính axit, trong khi giá trị trên 7 cho tính kiềm Việc đo pH giúp đánh giá mức độ axit hoặc kiềm của nước và các dung dịch khác, hỗ trợ trong sản xuất, nuôi trồng, xử lý nước và bảo vệ môi trường.

Trong thực tế, nước trung tính có chỉ số pH bằng 7; nước có nồng độ pH dưới 7 được gọi là axit, còn nước có pH trên 7 được gọi là kiềm Việc đo pH trong đất, nước và các mẫu thí nghiệm là hoạt động phổ biến vì mức độ pH ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật, tới sức khỏe con người và là yếu tố quan trọng trong các công việc tại phòng y tế và phòng thí nghiệm Hiện nay có 3 phương pháp xác định độ pH được sử dụng phổ biến nhất là đo bằng quỳ tím, đo bằng máy đo pH và dùng chất chỉ thị màu.

Ph ương pháp đo góc thấm ướt (contact – angle)

Góc tiếp xúc là chỉ số dùng để đánh giá khả năng ẩm ướt của một bề mặt chất rắn khi tiếp xúc với chất lỏng Thông thường, góc tiếp xúc được xác định bằng cách đặt một giọt chất lỏng lên bề mặt chất rắn và đo góc giữa mép giọt và bề mặt ở môi trường không khí hoặc trong môi trường chất lỏng khác Giá trị góc tiếp xúc phản ánh độ wettability của vật liệu: góc nhỏ cho thấy bề mặt ẩm ướt tốt, trong khi góc lớn cho thấy bề mặt kém ẩm ướt Việc đo góc tiếp xúc có ứng dụng trong thiết kế vật liệu, sơn phủ, in ấn, y tế và công nghệ bôi trơn.

Khả năng thấm ướt là khả năng loang ra của một chất lỏng trên bề mặt rắn, chẳng hạn như bề mặt nhựa dùng để in Nước được đổ lên bề mặt vật liệu thấm ướt sẽ trải ra thành một lớp mỏng, khi trên bề mặt không thấm ướt thì nước tụ lại thành giọt Góc tạo ra giữa bề mặt giọt chất lỏng và bề mặt vật liệu (góc tiếp xúc) cho biết khả năng thấm ướt.

Máy đo góc tiếp xúc: xác định góc tiếp xúc chất lỏng trên bề mặt chất rắn (hoặc sức căng bề mặt của chất lỏng) trong môi trường không khí hay môi trường chất lỏng khác.

Máy đo góc tiếp xúc có khả năng xác đinh khả năng thấm ướt của bề mặt rắn, năng lượng tự do, năng lượng của bề mặt chất rắn và các thành phần khác…

Thi ế t b ị và hóa ch ấ t

D ụ ng c ụ và thi ế t b ị

Dụng cụ và thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu này được thống kê như ở bảng 2.1

Bảng 2 1 Dụng cụ và các thiết bị chính

(100, 250 ml), bình định mức

(100, 250 ml), phễu thủy tinh, đũa thủy tinh, bóp cao su, ốn;g nhỏ giọt, giấy lọc, chén và muỗng cân

Phục vụ trong quá trình thí nghiệm

Máy đo pH Đo pH của mẫu

Máy lọc chân không Lọc mẫu sau khi hấp phụ

Cân điện tử Cân vỏbưởi

Máy khuấy từ Khuấy đều mẫu Máy đo quang UV- Vis Đo nồng độ mẫu sau khi hấp phụ Máy đo SEM Đo cấu trúc bề mặt của vật liệu Máy đo Contact - angle Đo góc thấm ướt của vật liệu

Hóa ch ấ t

Hóa chất được sử dụng trong nghiên cứu này được thống kê như ở bảng 2.2

Bảng 2 2 Danh mục hóa chất chính

Metylen xanh Pha mẫu dd metylen xanh cần hấp phụ

HCl Điều chỉnh pH của dung dịch

NaOH Điều chỉnh pH của dung dịch

Dầu DO, dầu nhờn, dầu thô Mẫu cần xử lý

Ngu ồ n nguyên- v ậ t li ệ u

Vỏ bưởi

Trong nghiên cứu này vỏbưởi được sử dụng để nghiên cứu là bưởi đào được lấy từ huyện Vĩnh Cửu, tỉnh Đồng Nai.

Mẫu nước chứa chất nhuộm màu metylen xanh

Chuẩn bị dung dịch metylen xanh 1 lít được thực hiện bằng cách hòa tan 50 mg hoặc 100 mg metylen xanh vào bình định mức 1000 ml, sau đó bổ sung nước cất để đổ đầy tới mốc Nồng độ metylen xanh được dùng trong nghiên cứu này chủ yếu là 50 mg/L và 100 mg/L Khi khảo sát nồng độ metylen xanh ban đầu, lượng metylen xanh sẽ dao động từ 30 mg đến 500 mg.

M ẫ u n ướ c nhi ễ m d ầ u

Chuẩn bị 3 loại dầu DO, dầu nhờn và dầu thô vào 3 cốc khác nhau có chứa 50 ml nước cất Sử dụng vỏbưởi đã xửlý để tiến hành thí nghiệm

2.2.3.2 Mẫu nước biển mô phỏng và dầu

Chuẩn bị 4 cốc 500 ml có chứa m (g) dầu diesel và 250 ml nước biển mô phỏng

(20, 25, 30, 35, 40% hàm lượng muối NaCl) Sử dụng vỏbưởi đã xử lý (biến tính) để tiến hành thí nghiệm

2.2.3.3 Mẫu nước biển lấy từ thành phố Vũng Tàu và dầu

Chuẩn bị 3 loại dầu DO, dầu nhờn và dầu thô vào 3 cốc khác nhau có chứa 50 ml

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 30 nước biển lấy từ bãi trước của thành phố Vũng Tàu Sử dụng vỏ bưởi đã xử lý để tiến hành thí nghiệm.

Ch ế t ạ o v ậ t li ệ u h ấ p ph ụ t ừ v ỏ b ưở i

Quy trình s ơ chế vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh và dầu tràn

❖ Quy trình xử lý vỏ bưởi được trình bày như sơ đồ 2.1

Sơ đồ 2.1: Quy trình xử lý vỏbưởi để hấp phụ metylen xanh

Vỏ bưởi thô sẽ được rửa sạch bằng nước cất nhiều lần để loại bỏ tạp chất và bụi bẩn

Sau đó vỏ bưởi được phơi khô sơ bộ ở nhiệt độ môi trường (1- 2 ngày) Tiếp theo vỏ bưởi được đưa vào tủ sấy và sấy ở nhiệt độ 70 o C đến khối lượng không đổi (khoảng 2 giờ)

Tiếp theo, vỏ bưởi sẽ được nghiền nhỏ và cắt thành bốn dạng hình học khác nhau: dạng bột có kích thước hạt khoảng 200 micromet; dạng hạt lựu có kích thước khoảng 0.25–1.00 mm; dạng dài; và dạng còn lại chưa được nêu rõ.

(kích thước khoảng 1.50 – 2.50 cm), dạng hạt to (kích thước chiều dài và rộng khoảng

1.00 – 2.00 cm) Cuối cùng là bảo quản trong lọ đựng ở nhiệt độ phòng và tránh ẩm để sử dụng, (Sơ đồ 2.1, Hình 2.1)

Hình 2 1 Hình ảnh quy trình xử lý vỏbưởi

Quy trình xử lý vỏ bưởi để đánh giá khảnăng hấp phụ các sản phẩm của dầu mỏ bưởiVỏ Rửa Phơi khô Sấy khô Nghiền

(dầu DO, dầu nhờn, dầu thô) giống với quy trình xử lý vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh đã được trình bày ở trên.

Quy trình bi ế n tính v ỏ b ưở i

Dựa vào kết quả khảo sát khả năng xử lý metylen xanh của vỏ bưởi thô trong nghiên cứu này, chúng tôi nhận thấy việc sử dụng vỏbưởi vào xửlý môi trường là rất cần thiết Vỏ bưởi vừa là phế phẩm vừa nguồn nguyên liệu dồi dào ở Việt Nam Nhận thấy sự khả quan này nên chúng tôi đã sử dụng vỏbưởi làm vật liệu hấp phụ dầu vào vấn đề xử lý dầu tràn trên biển, việc này không gây ô nhiễm môi trường mà còn góp phần bảo vệ môi trường Tuy nhiên, vỏ bưởi là vật liệu vừa hấp phụ dầu vừa hấp phụ nước nên chúng tôi đã tiến hành biến tính vỏ bưởi để tăng khả năng hấp phụ dầu Chúng tôi thực hiện biến tính bằng phản ứng este hóa các gốc OH có trong thành phần cellulose, hemicellulose, pectin của vỏbưởi thành các gốc OC(=O)R để phủ lên bề mặt vỏbưởi (với

R là các gốc hydrocarbon có trong axit béo; các gốc này hoạt động như chất hoạt động bề mặt ưa dầu, giúp tăng khả năng hấp dầu của vỏ bưởi Các axit béo có thể được thu hồi từ quá trình thủy phân dầu mỡ và phế thải động vật, thực vật.

Hình 2 2 Hệ thống xử lý vỏ bưởi Hình 2 3 Mô hình lọc vỏ bưởi sau xử lý

Kh ả o sát các y ế u t ố ả nh h ưởng đế n quá trình h ấ p ph ụ metylen xanh 31 1 Ảnh hưởng của pH

Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ

Khảo sát sựảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụđối với metylen xanh được thực hiện bằng cách cho lượng vỏ bưởi khác nhau (0.1; 0.2; 0.25; 0.3; 0.35; 0.4; 0.45 0.5 g) vào 50 ml dung dịch metylen xanh nồng độ 50 mg/l Áp dụng điều kiện pH tối ưu đã khảo sát ở mục 2.4.1.

Ảnh hưởng của thời gian

Khảo sát thời gian tiếp xúc của metylen xanh với vỏ bưởi trong khoảng thời gian khuấy là (30; 60; 75; 90;120; 150 và 180 phút) Áp dụng lượng chất hấp phụđạt tối ưu ở mục 2.4.2.

Ảnh hưởng của nồng độ

Khảo sát nồng độ bằng cách thay đổi nồng độban đầu của dung dịch metylen xanh

(trong khoảng từ30 đến 500 mg/l) Áp dụng các điều kiện tối ưu đã khảo sát.

Kh ả o sát các y ế u t ố ả nh h ưởng đế n quá trình bi ế n tính v ỏ b ưở i

T ỷ l ệ kh ố i l ượ ng v ỏ b ưở i và dung môi s ử d ụ ng trong quá trình bi ế n tính 32 2.5.2 Nhi ệt độ bi ế n tính v ỏ b ưở i

Cân (2; 3; 5; 20; 50 g) vỏbưởi được xử lý bằng 1 g chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%) Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ 65 o C trong 8 giờ

2.5.2 Nhiệt độ biến tính vỏbưởi

Cân 20 g vỏ bưởi được xử lý bằng 10 g chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%) Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ 65 o C và nhiệt độ phòng trong 8 giờ

T ỷ l ệ v ỏ b ưở i/ ch ấ t béo axit

Cân m (g) vỏ bưởi và cân m (g) chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) theo các tỉ lệ 1:1, 2:1, 4:1 hoặc 10:1, sau đó cho 300 ml n-hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%) Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ phòng trong 8 giờ.

Th ờ i gian bi ế n tính v ỏ b ưở i

Cân 20 g vỏ bưởi được xử lý bằng 10 g chất béo axit (axit stearic hoặc axit oleic) cộng với 300 ml n–hexan và 5 giọt axit sunfuric (độ tinh khiết 98%) Hỗn hợp được hồi lưu trong thiết bị hồi lưu ở nhiệt độ phòng trong (4; 6; 8 giờ).

Kh ả o sát các y ế u t ố ả nh h ưởng đế n quá trình h ấ p ph ụ trong x ử lý tràn

Ả nh h ưở ng c ủ a th ờ i gian

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian được thực hiện bằng cách cho 20 g mẫu vỏbưởi vào cốc 500 ml có chứa 250 ml nước biển mô phỏng 20% để trong (10; 15; 20; 30; 60 phút) với tốc độ 30 vòng/ phút Áp dụng điều kiện chọn độ dày và lọc mẫu ở mục 2.6.1

2.6.3 Ảnh hưởng của độ mặn dung dịch

Khảo sát độ mặn của dung dịch đến khảnăng hấp phụ của vỏbưởi được thực hiện,

1g mẫu được đặt trong cốc 500 ml có chứa 20 g dầu diesel và 250 ml nước biển mô phỏng

(20; 25; 30; 35; 40%) để trong 15 phút với tốc độ 30 vòng/ phút Áp dụng điều kiện lọc mẫu và điều kiện chọn thời gian tối ưu ở mục 2.6.2.

Ả nh h ưở ng c ủ a t ầ n s ố dao độ ng

Khảo sát tần sốdao động được thực hiện bằng cách cho 20 g mẫu được đặt trong cốc 500 ml có chứa 20 g dầu diesel và 250 ml nước biển mô phỏng 20% để trong 15 phút với tốc độ (30; 60; 90; 120; 180 vòng/ phút) Áp dụng điều kiện lọc mẫu và điều kiện chọn độ mặn dung dịch tối ưu ở mục 2.6.3.

Ph ương pháp xác đị nh hi ệ u su ấ t h ấ p ph ụ

Ph ương pháp xác đị nh hi ệ u su ấ t c ủ a metylen xanh

• Tỷ lệ loại bỏ metylen xanh có thể tính theo công thức:

C o * 100 Trong đó: C t – nồng độ dung dịch ở thời điểm t (mg/l)

Co– nồng độ dung dịch ở thời điểm to (mg/l)

• Lượng hấp phụở trạng thái cân bằng được kí hiệu là qe (mg/g) và được tính bằng công thức: q e =(C o - C e ) * V

W Trong đó: C0– nồng độ dung dịch ở thời điểm ban đầu (mg/l)

Ce– nồng độ dung dịch ở thời điểm cân bằng (mg/l)

V– Thể tích của dung dịch (l)

W– khối lượng chất hấp phụ sử dụng (g).

Ph ương pháp xác đị nh hi ệ u su ấ t h ấ p ph ụ d ầ u c ủ a v ỏ b ưở i

Lấy một cốc có thể tích V1 (ml) có chứa V2 (ml) nước hoặc (và) V3 (ml) dầu Quy

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 35 ước M3 (khối lượng vỏ bưởi ban đầu), túi lọc dùng để đựng lượng vỏ bưởi ban đầu có khối lượng M1 Cho/nhúng lượng vỏbưởi cần được sử dụng cho quá trình hấp phụ hoặc túi lọc đựng lượng vỏbưởi ban đầu cần được sử dụng cho quá trình hấp phụ vào trong cốc V1 (ml) Sau t (phút), lấy ra khỏi cốc V1 (ml) túi lọc chứa lượng vỏbưởi đã hấp phụ hoặc lượng vỏ bưởi ban đầu sau quá trình hấp phụ, lượng vỏbưởi này được cho vào túi lọc mới (M1) Treo túi lọc chứa lượng vỏbưởi đã hấp phụ trong 15 phút cho dầu chảy ra hết sau đó ta đặt vào đĩa thủy tinh (khối lượng M2) Tiếp theo, ta đem đi gia nhiệt đến khối lượng không đổi ở 60 o C trong 2 giờđểbay hơi lượng nước hấp phụ trong mẫu M4 là khối lượng hấp phụ sau khi gia nhiệt M5 là khảnăng hấp phụ của túi lọc trống sau khi hấp phụ Khảnăng hấp phụ cuối cùng được tính theo công thức:

Hình 2 4 Mô hình ngâm, lọc mẫu Hình 2 5 Mô hình ngâm, lọc mẫu với với dầu diesel nước cất

Ph ương pháp xác đị nh hàm l ượ ng mu ố i trong n ướ c bi ể n

Đểxác định được lượng hấp phụ trong vật liệu vỏbưởi bằng nước biển thì ta phải biết được hàm lượng % muối trong nước biển, hàm lượng muối trong nước biển ở mỗi vùng và mỗi buổi sẽ khác nhau Chính vì vậy chúng tôi kiểm tra bằng cách lấy nước biển ởbãi trước của thành phốVũng Tàu vào 4 buổi khác nhau (sáng, trưa, chiều, tối) đem đi

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 36 xác định hàm lượng muối rồi tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý dầu tràn ở nước biển thật của vỏ bưởi biến tính được chế tạo cho hấp phụ để xem lượng hấp phụ ở buổi nào cho ra kết quả tốt

Để xác định hàm lượng muối trong nước biển, phương pháp được thực hiện như sau: đun 2 lít nước biển ở 90°C trên bếp điện khoảng 10 giờ để nước bay hơi dần; khi lượng nước trong nồi gần cạn, đổ 500 ml dung dịch vào một cốc có thể tích 500 ml (khối lượng M1) và cho phần dung dịch còn lại trong nồi vào tủ sấy để kết tinh muối; quá trình kết tinh được theo dõi cho đến khi muối hình thành tinh thể hoàn chỉnh trong tủ sấy, từ đó có thể xác định hàm lượng muối của mẫu.

24 giờ Sau khi muối đã kết tinh và khô đến khối lượng không đổi ta đem đi cân được M2

Khối lượng muối được tính theo công thức như sau: muối = M2 - M1 (2.1) Hàm lượng % muối được tính theo công thức:

𝑚 𝑑𝑑 100 (2.2) Trong đó: mdd là khối lượng 2 lít nước biển ban đầu (g)

Các ph ương trình đường đẳ ng nhi ệ t h ấ p ph ụ metylen xanh

Ph ương trình đẳng nhiệt Flory - Huggins

Trong đó: B DR - hằng số đẳng nhiệt.

Trong khi đó, tham số𝜀 có thể được tính như sau:

Trong đó: R, T và Ce biểu diễn hằng số khí (8.314 J/mol K), nhiệt độ tuyệt đối (K) và nồng độ chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng tương ứng (mg/l) Một trong những tính năng độc đáo của mô hình đẳng nhiệt Dubinin- Radushkevich (DRK) nằm trên thực tế là nó phụ thuộc vào nhiệt độ, khi dữ liệu hấp phụ ở các nhiệt độ khác nhau được vẽ như một hàm logarit của lượng hấp phụ (lnqe) với  2 bình phương của năng lượng tiềm năng, tất cả các dữ liệu phù hợp sẽ nằm trên cùng một đường cong, được đặt tên như đường congđặc trưng

2.9.5 Phương trình đẳng nhiệt Flory- Huggins

Dạng đẳng tuyến của đẳng nhiệt này được trình bày dưới dạng phương trình:

𝐶𝑜 = 𝑙𝑜𝑔𝐾𝐹𝐻 + 𝑛𝑙𝑜𝑔(1 − Θ) Trong đó: n- số ion chiếm các vị trí hấp phụ trên hai màng

KFH- hằng số cân bằng Θ = (1 − 𝐶 𝐶 𝑒

𝑜)- mức độ màng bao phủ bề mặt.

Ce- nồng độ cân bằng của anion phosphate (mEq/L).

Co- nồng độ ban đầu của anion phosphate (mEq/L).

Ph ương trình động học hấp phụ của dầu

2.10.1 Phương trình động học hấp phụ bậc 1

Quá trình động học hấp phụ của dầu được thể hiện thông qua phương trình vi phân bậc nhất:

TS T ố ng Th ị Minh Thu Trang 40 d q d t = k 1 (qe - qt) (2.7)

Trong đó: qt: là lượng hấp phụ tại bất kỳ thời gian t k1: là hệ thứ nhất hằng số tốc độ (1phut -1 ) qe: lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng

Lấy tích phân phương trình (2.7), ta được giới hạn q = 0 tại thời điểm t=0 như sau q e - qt q e ln = -k 1 t (2.8)

Phương trình (2.8) có thể viết lại: ln (q e - qt) = -k 1 t+ ln q e (2.9)

2.10.2.Phương trình động học hấp phụ bậc 2

Mặt khác, sự hấp phụ của dầu cũng được thể hiện ở phương trình vi phân bậc hai: dq dt

Trong đó: k 2 là hằng số tốc độ bậc hai

Tích phân phương trình (2.10), ta được giới hạn q = 0 tại thời điểm t = 0 đưa ranhư sau:

Phương trình (2.11) có thể viết lại:

Ph ương pháp xây dựng đường chuẩn (hấp phụ metylen xanh)

Pha một loạt dung dịch chuẩn có nồng độ tăng dần một cách đều đặn (khoảng 5 – 9 mẫu, trong đó có một mẫu nước cất) Các dung dịch chuẩn phải có cùng điều kiện như dung dịch xác định

Trong nghiên cứu này, nồng độ metylen xanh ban đầu là Cbđ = 100 mg/l, thể tích dung dịch chuẩn V ddc = 50 ml Dung dịch chuẩn được pha bằng cách lấy một lượng dung dịch metylen xanh (0; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 5.0 ml) cho vào bình định mức 50 ml và thêm nước cất đến vạch mức Dung dịch chuẩn được chọn và thể tích metylen xanh cần pha được xác định theo công thức sau:

C 1 * V 1 = C 2 * V 2 Trong đó: C 1 - Nồng độ metylen xanh ban đầu.

C2- Nồng độ dung dịch chuẩn.

V1- Dung dịch metylen xanh cần pha.

Dãy dung dịch chuẩn trên được áp dụng đối với các mẫu sau khi hấp phụ có nồng độ C sau ≤ 5 mg/l Nếu nồng độ C sau > 5 mg/l thì mẫu sẽ được pha loãng trước khi đo, kết quả sau đó sẽ nhân với hệ số pha loãng thì sẽ thu được nồng độ sau khi hấp phụ.

Các ph ương pháp đo lường, phân tích đặc trưng được sử dụng

Các phương pháp phân tích đặc trưng của vật liệu, mãu thí nghiệmđược dùng trong nghiên cứu này là:

- BET được đo tại khoa công nghệ vật liệu, Viện khoa học vật liệu ứng dụng, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, địa chỉ số 1 Mạc Đỉnh Chi, Quận 1, Tp Hồ

- SEM được chụp tại phòng thí nghiệm công nghệ nano, Trung tâm nghiên cứu triển khai khu công nghệ cao, Quận 9, Tp Hồ Chí Minh.

FTIR được chụp tại phòng hóa nông, Viện công nghệ hóa học, Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, số 1 Mạc Đỉnh Chi, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh.

Mẫu đo góc thấm ướt (contact – angle) được đo tại Viện Công nghệ Nano, Phường

Linh Trung, Quận ThủĐức, Hồ Chí Minh Độ hấp thụ quang của dung dịch nghiên cứu với dung dịch chuẩn bằng phép đo phổ

UV-VIS thực hiện tại Sở Tài Nguyên-Môi Trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu

Các thí nghiệm đo lường, phân tích khác được thực hiện tại phòng thí nghiệm hóa họctrường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

K ế t qu ả phân tích v ậ t li ệ u (v ỏ b ưở i)

K ế t qu ả x ử lý metylene xanh t ừ v ỏ b ưở i

K ế t qu ả kh ả o sát kh ả năng xử lý n ướ c nhi ễ m d ầ u c ủ a v ỏ b ưở i

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	2,05 MB