Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước
Sản xuất than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp (vỏ lạc, thân cây sắn) không chỉ mang
lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần giải quyết các vấn đề môi trường do phế thải nông nghiệp gây
ra. Bài báo này trình bày về nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ lạc và thân cây sắn quy mô
phòng thí nghiệm trong điều kiện tối ưu tìm được là: Hóa chất biến tính ZnCl2 2M, than hóa ở nhiệt
độ 350oC trong 60 phút, hoạt hóa than vỏ lạc ở 450oC trong 60 phút, than thân cây sắn ở 500oC
trong 60 phút. Than thu được có khả năng xử lý độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha với hiệu suất
lên đến 89 – 96%, sau khi đã được hoạt hóa, diện tích bề mặt riêng của than lớn, có thể đạt tới
750m2/g đối với than vỏ lạc, mẫu than thân cây sắn có diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g.
Ngoài ra mẫu than thân cây sắn còn được đánh giá chất lượng thông qua khảo sát khả năng hấp
phụ amoni trong nước kết quả cho thấy: Tải trọng hấp phụ cực đại đối với amoni của mẫu than
thân cây sắn đạt 6,9735mg/g cao hơn hẳn mẫu than tre (tải trọng hấp phụ cực đại 5,9172mg/g) và
có sự chênh lệch không đáng kể so với mẫu than gáo dừa – than đối chứng trên thị trường (tải
trọng hấp phụ cực đại 7,4394 mg/g).
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 1 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 1](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-1_72aUsThbDc.jpg)
Trang 1
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 2 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 2](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-2_QEFT0UdWrh.jpg)
Trang 2
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 3 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 3](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-3_d1odF8RFXD.jpg)
Trang 3
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 4 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 4](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-4_9cc3TjdTnQ.jpg)
Trang 4
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 5 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 5](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-5_sw6hwOVREW.jpg)
Trang 5
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 6 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 6](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-6_0Qm4ayfU3T.jpg)
Trang 6
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 7 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 7](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-7_7YI9kxRkEb.jpg)
Trang 7
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 8 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 8](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-8_sfZodyrPXD.jpg)
Trang 8
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 9 Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước trang 9](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/image/2022/01/02/1595/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham-trang-9_nlNNNkvs1y.jpg)
Trang 9
Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước
![Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước](https://s1.ebooks.com.vn/yetwygzggocsqsc5/thumb/2022/01/02/nghien-cuu-bien-tinh-than-hoat-tinh-che-tao-tu-cac-phe-pham_hQWNIYjuX5.jpg)
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 129 BÀI BÁO KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH CHẾ TẠO TỪ CÁC PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC Phạm Thị Ngọc Lan1 Tóm tắt: Sản xuất than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp (vỏ lạc, thân cây sắn) không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần giải quyết các vấn đề môi trường do phế thải nông nghiệp gây ra. Bài báo này trình bày về nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ lạc và thân cây sắn quy mô phòng thí nghiệm trong điều kiện tối ưu tìm được là: Hóa chất biến tính ZnCl2 2M, than hóa ở nhiệt độ 350oC trong 60 phút, hoạt hóa than vỏ lạc ở 450oC trong 60 phút, than thân cây sắn ở 500oC trong 60 phút. Than thu được có khả năng xử lý độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha với hiệu suất lên đến 89 – 96%, sau khi đã được hoạt hóa, diện tích bề mặt riêng của than lớn, có thể đạt tới 750m2/g đối với than vỏ lạc, mẫu than thân cây sắn có diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g. Ngoài ra mẫu than thân cây sắn còn được đánh giá chất lượng thông qua khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước kết quả cho thấy: Tải trọng hấp phụ cực đại đối với amoni của mẫu than thân cây sắn đạt 6,9735mg/g cao hơn hẳn mẫu than tre (tải trọng hấp phụ cực đại 5,9172mg/g) và có sự chênh lệch không đáng kể so với mẫu than gáo dừa – than đối chứng trên thị trường (tải trọng hấp phụ cực đại 7,4394 mg/g). Từ khóa: Than hoạt tính; quá trình than hóa; quá trình hoạt hóa; diện tích bề mặt riêng. 1. GIỚI THIỆU1 Theo ước tính của Tổng cục thống kê, tổng sản phẩm thu được từ nông nghiệp năm 2014 ước tính tăng 5,98% so với năm 2013. Tuy nhiên, bên cạnh mức tăng trưởng sản xuất nông sản còn đọng lại vấn đề về các bãi chứa, đầu ra cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch như rơm rạ, vỏ trấu, thân cây chuối, vỏ lạc, thân cây sắn... Sản lượng lạc và sắn chỉ đạt từ 1-16% trong tổng sản lượng nông sản của cả nước, tuy nhiên lượng thải bỏ của các phế phẩm của ngành trồng sắn và lạc là khá lớn. Xét về mặt môi trường vỏ lạc và thân cây sắn được coi là một loại phế thải, nhưng xét ở một góc độ khác chúng được coi là một nguồn tài nguyên nếu như con người biết thu hồi và tận dụng chúng như là một nguồn vật liệu tự nhiên, rẻ tiền, thân thiện với môi trường trong lĩnh vực xử lý nước 1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi. và nước thải. Với thành phần chính là cellulose, hemicellulose và lingnin các phế phẩm nông nghiệp như đã kể trên đều có thể biến tính trở thành than hoạt tính (Trịnh Xuân Đại, 2012). Tại Việt Nam và một số nước trên thế giới như Thái lan, Trung Quốc vỏ lạc và một số các phế phẩm nông nghiệp khác như vỏ trấu, lõi ngô, vỏ dừa, rơm rạ đã được nghiên cứu làm vật liệu xử lý môi trường tuy nhiên việc sử dụng vỏ lạc và thân cây sắn để sản xuất than hoạt tính còn chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt là với thân cây sắn. Chính vì vậy việc khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni trong nước đã được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu: Vỏ lạc, thân cây sắn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 130 Hình 2.1. Nguyên vật liệu – thân cây sắn Hình 2.2. Nguyên vật liệu – Vỏ lạc Mẫu nguyên liệu (vỏ lạc, thân cây sắn): Sau khi thu thập rồi được rửa sạch, các mẫu thân cây sắn được róc vỏ chỉ lấy phần thân gỗ phía trong. Các mẫu được phơi khô tự nhiên, vỏ lạc được giữ nguyên hình khối và kích thước ban đầu, mẫu thân cây sắn được cắt thành các mẩu nhỏ kích thước 2-5 cm. 2.2. Chuẩn bị hóa chất Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng Hóa chất dung biến tính và xác định khả năng xử lý độ màu của than hoạt tính Hóa chất xác định amoni trong nước - Dung dịch axit H 2SO4 (1%, 5%, 10%) - Dung dịch axit H3PO4 (1%, 5%, 10%) - Dung dịch bazơ KOH (1M, 1,5M, 2M) - Dung dịch muối ZnCl2(1M, 1,5M, 2M) - Dung dịch thuốc nhuộm: Thuốc nhuộm dạng bột. Pha 0,1g thuốc nhuộm trong 1lít nước cất - Dung dich tiêu chuẩn NH4Cl với nồng độ 500mg NH4 +/l - Dung dịch NaOH 6N - Dung dịch kiềm khử - Thuốc thử Nesle 2.3. Mẫu nước nghiên cứu Mẫu dung dịch thuốc nhuộm (dùng để kiểm tra chất lượng than tạo thành): Sử dụng thuốc nhuộm dạng bột tiến hành pha theo một nồng độ nhất định. Trên cơ sở đó kiểm tra khả năng hấp phụ độ màu của than hoạt tính chế tạo được để đánh giá chất lượng than tạo thành. Mẫu nước pha amoni : dùng để xác định chính xác nồng độ amoni đầu vào. Mẫu nước thực tế (Nước ngầm chứa amoni). Mẫu nước ngầm sau khi lấy được kiểm tra pH, nồng độ amoni ban đầu và bảo quản ở nhiệt độ 4oC. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Quy trình làm thực nghiệm 2.4.2. Cách ... các điểm (30,60 và 90 phút) đến chất lượng than tạo thành trong điều kiện giữ nguyên nhiệt độ than hóa tại 500oC KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 132 3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa Nguyên lý cơ bản để sản xuất than hoạt tính từ các phế thải nông nghiệp là dùng phương pháp nhiệt phân, tức là nung trong điều kiện yếm khí (A. Khalid, 2005). Nhiệt độ trong lò nung phải đủ đảm bảo để loại bỏ các tạp chất mà vẫn giữ nguyên được khung cacbon, hình thành hệ mao quản với hệ thống các lỗ rỗng có diện tích bề mặt phát triển. Do đó cần phải tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến chất lượng than được tạo thành dựa trên cơ sở đã lựa chọn được nồng độ hóa chất tối ưu và thời gian than hóa tối ưu. Bảng 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ than hóa Hóa chất Nồng độ hóa chất ngâm tẩm Thời gian (Phút) Nhiệt độ Hóa chất Nồng độ hóa chất ngâm tẩm Thời gian (Phút) Nhiệt độ KOH Tối ưu Tối ưu 200-450 H3PO4 Tối ưu Tối ưu 200-450 ZnCl2 Tối ưu Tối ưu 200-450 H2SO4 Tối ưu Tối ưu 200-450 Sử dụng các kết quả về nồng độ hoá chất và thời gian than hoá tối ưu trong các kết quả thí nghiệm trên để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tại các điểm 450oC, 400oC, 350oC, 300oC, 250oC và 200oC. Sau khi khảo sát xong các yếu tố hóa học (nồng độ hóa chất biến tính) và vật lý (thời gian, nhiệt độ) đến quá trình than hóa. Các mẫu than tạo thành sẽ được sử dụng để hấp phụ độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha từ đó sẽ rút ra được loại hóa chất, nồng độ hóa chất, thời gian và nhiệt độ tối ưu nhất của quá trình than hóa làm cơ sở để khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa than. 3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa Mục đích của quá trình hoạt hóa: Tăng diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của than hoạt tính (Hiển, 2012), (Marsh Harry, et.al, 2006). Vì vậy nghiên cứu và khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ thời gian, hóa chất sử dụng là rất quan trọng. Trong đó nhiệt độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cả quá trình hoạt hóa than. Trên cơ sở lựa chọn các nhân tố tối ưu của đợt 1, đợt 2 và đợt 3 để tiến hành khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa than từ đó tìm ra được sản phẩm tối ưu nhất cả về chất lượng và hiệu suất thu hồi. Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả khảo sát các nhân tố ảnh ảnh hưởng đến quá trình than hóa Loại than Nồng độ hóa chất biến tính tối ưu Nhiệt độ nung tối ưu Thời gian nung tối ưu (phút) Hiệu suất thu hồi than Hiệu suất xử lý độ màu Than thân cây sắn KOH 1,5M 450oC 60 23,88% 20,02% ZnCl2 2M 350 oC 60 47,61% 93,75% H2SO4 5% 350 oC 60 15,56% 59,03% H3PO4 10% 400 oC 60 17,80% 60,17% Than vỏ lạc KOH 1,5M 450oC 60 33,6% 18,46 ZnCl2 2M 350 oC 60 50% 88,65% H2SO4 5% 350 oC 60 45,51% 48,02% H3PO4 10% 300 60 61,51% 51,17% KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 133 Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả chế tạo mẫu than tối ưu nhất Quá trình Loại than Hóa chất biến tính Thời gian biến tính Nhiệt độ tối ưu Thời gian tối ưu Hiệu suất thu hồi than Hiệu suất xử lý độ màu Hình ảnh Than hóa Than thân cây sắn* ZnCl2 2M 24h 350oC 60 phút 47,61% 93,75% Vỏ lạc* ZnCl2 2M 24h 350oC 60 phút 50% 88,65% Hoạt hóa Than thân cây sắn** ZnCl2 2M 4h 500oC 60 phút 53,25% 95,85% Than vỏ lạc** ZnCl2 2M 4h 450oC 60 phút 55% 89,44% Nguồn: Phân tích tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi trường – Đại học Thủy Lợi 3.2. Kết quả kiểm tra một số các thông số đặc trưng của than hoạt tính Bảng 3.6. Kết quả các thông số đặc trưng của than hoạt tính Mẫu Thông số Than tre (than đối chứng) Than gáo dừa ( Than đối chứng) Than vỏ lạc Than thân cây sắn Độ tro* (%) 3,8 4,2 6 9 Độ ẩm* (%) 1,18 1,29 1,34 1,54 Dung trọng riêng* (g/cm3) 0,03 0,05 0,01 0,01 Diện tích bề mặt riêng** (m2/g) 1133,7454 1236 750 1215,56 Nguồn: (*): Đo tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi trường – Đại học Thủy Lợi (**): Đo tại Viện Khoa học tiên tiến và Công nghệ - Đại học Bách Khoa Hà Nội Qua bảng kiểm tra một số các chỉ tiêu đặc trưng của mẫu than hoạt tính (than vỏ lạc, than thân cây sắn) và so sánh với mẫu than đối chứng cho thấy: - Độ ẩm của than vỏ lạc, than thân cây sắn cao hơn so với mẫu than gáo dừa và than tre. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 134 Nếu xét về tính chất cơ học thì đây là một điểm yếu của than vỏ lạc và thân cây sắn so với mẫu than tre và than gáo dừa, vì độ ẩm càng tăng làm xấu đi tính chất nhiệt kỹ thuật, làm giảm cường độ và độ bền của than. Tuy nhiên, nếu xét đến khả năng xử lý môi trường nước bằng phương pháp hấp phụ, đây lại là lợi thế của than vỏ lạc và mẫu than thân cây sắn, độ ẩm càng cao số lượng lỗ mao quản trong than càng lớn, khả năng hấp phụ càng tăng. - Giá trị dung trọng riêng giữa các mẫu than vỏ lạc, thân cây sắn và các mẫu than đối chứng chênh lệch không đáng kể. - Diện tích bề mặt riêng của than thân cây sắn cao hơn hẳn so với mẫu vỏ lạc và mẫu than tre (mẫu than đối chứng trên thị trường) điều này chứng tỏ muối ZnCl2 có khả năng biến tính tốt và cũng giống như các kết luận sơ bộ ban đầu, than thân cây sắn luôn cho khả năng hấp phụ tốt hơn than vỏ lạc. Dựa vào kết quả sơ bộ đánh giá chất lượng than vỏ lạc và than thân cây sắn thông qua việc hấp phụ độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha cho thấy mẫu than thân cây sắn luôn cho khả năng hấp phụ độ màu tốt hơn so với than vỏ lạc. Kết quả xác định diện tích bề mặt riêng của than thân cây sắn cao hơn so với than vỏ lạc cùng chế tạo và mẫu than tre trên thị trường. Ngoài ra, chất lượng của mẫu than thân cây sắn còn đánh giá bằng cách khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước. 3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước của mẫu than thân cây sắn và so sánh với mẫu than trên thị trường Than thân cây sắn Biểu đồ 3.1. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb Than gáo dừa (than thị trường) Than tre (than thị trường) Biểu đồ 3.2: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb Biểu đồ 3.3: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb Cả than thân cây sắn, than đối chứng (than gáo dừa và than tre) đều được nghiên cứu cân bằng hấp phụ amoni theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Từ kết quả khảo sát cho thấy: Sự hấp phụ amoni của than thân cây sắn và than đối chứng trên thị trường mô tả khá tốt theo phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir. Từ các đồ thị 3.1, 3.2 và 3.3 biểu diễn sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb, tính được tải trọng hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b cho 3 loại than kể trên. max 1 q tg ( ).VoC Cq M y = 0.1434x + 1.3076 R2 = 0.998 0 5 10 15 20 0 20 40 60 80 100 120 Ccb (mg/l) C cb /q ( g /l ) KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 135 m ax 1 b O N q Trong đó: : Góc hợp bởi đồ thị phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ON: Giá trị Ccb/q khi Ccb=0 Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l). C0 : nồng độ ban đầu (mg/l); V: thể tích dung dịch (l); M: khối lượng than (g) Bảng 3.7. So sánh tải trọng hấp phụ cực đại của than chế tạo từ thân cây sắn với các mẫu than đối chứng Thông số Mẫu than tg qmax (mg/g) b Than gáo dừa 0,1345 7,4349 0,1055 Than tre 0,169 5,9172 0,1152 Than thân cây sắn* 0,1434 6,9735 0,1097 Than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn có tải trọng hấp phụ cực đại không cao bằng than gáo dừa. Tuy nhiên, tải trọng hấp phụ cực đại của than thân cây sắn cao hơn than tre. Tải trọng hấp phụ cực đại của than gáo dừa là 7,4349mg/g, than tre là 5,9172 mg/g trong khi đó tải trọng hấp phụ cực đại của than thân cây sắn là 6,9735mg/g. Sự chênh lệch giữa tải trọng hấp phụ cực đại của than gáo dừa với mẫu than thân cây sắn không lớn. Do đó hoàn toàn có thể thay thế than gáo dừa và than tre bằng mẫu than thân cây sắn trong xử lý nước. Chính vì vậy sử dụng than thân cây sắn không chỉ đem lại hiệu quả xử lý tốt mà còn đem lại hiệu quả về kinh tế vì từ trước đến nay, thân cây sắn sau khi thu hoạch thường bị vứt bỏ, rất ít khi được dùng làm củi đun. 3.4. Ứng dụng xử lý mẫu nước ngầm thực tế chứa amoni Mẫu 1: Lấy tại nhà máy nước khu công nghiệp Sài Đồng B – Long Biên – Hà Nội. (Lấy tại giếng nước ngầm chưa qua hệ thống xử lý, độ đâu giếng H=35m) Mẫu 2: Lấy tại giếng nước khoan nhà ông Dương Văn Trường, Xóm 1 – Nguyễn Úy – Kim Bảng – Hà Nam.(Độ sâu của giếng nước khoan H = 8m). Bảng 3.8. Kết quả phân tích mẫu nước ngầm chứa amoni trước và sau khi hấp phụ bằng than thân cây sắn Mẫu Thể tích mẫu (ml) Nồng độ amoni trước hấp phụ Co (mg/l) Khối lượng than (g) Thời gian hấp phụ (phút) Tốc độ khuấy (vòng/phút) Nồng độ amoni sau hấp phụ Ccb (mg/l) Hiệu suất hấp phụ (%) 1 200 12,32 0,5 50 120 6,4 48,05 2 200 20,15 0,5 50 120 11,01 45,36 Hiệu suất hấp phụ amoni trong mẫu nước thực tế không chênh lệch quá lớn so với mẫu dung dịch gốc tự pha trong phòng thí nghiệm. Qua đó có thể đảm bảo khả năng ứng dụng thực tế của mẫu than thân cây sắn vào xử lý nước. 3.5. Ước tính kinh tế - Theo tìm hiểu, giá thành than hoạt tính trên thị trường như sau Bảng 3.9. Giá thành một số mẫu than trên thị trường Tên sản phẩm Khối lượng Giá bán lẻ Than tre dạng mảnh 1kg 95.000 đồng Than gáo dừa dạng mảnh 1 kg 85.000 đồng KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 136 - Đơn giá cho 1kg than hoạt tính chế tạo từ mẫu than thân cây sắn được biến tính bằng ZnCl2 2M. Bảng 3.10. Giá thành mẫu than chế tạo Tên vật liệu Đơn vị tính Đơn giá Số lượng Thành tiền Hóa chất biến tính đ/kg 170.000 0,5 kg 85.000 Giá điện đ/KWh 1.518 4,4 7.000 - Chi phí sản xuất 1kg than là 92.000 VND. So với giá thành của than tre dạng mảnh, than thân cây sắn đã hoạt hóa có giá thấp hơn. Tuy nhiên với mẫu than gáo dừa, chi phí sản xuất than thân cây sắn cao hơn. 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn không chỉ đem lại hiệu quả xử lý tốt mà nó còn thân thiện với môi trường và có thể thay thế một số vật liệu lọc trên thị trường. Than thân cây sắn có diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g, có hiệu suất xử lý độ màu thuốc nhuộm đạt 96%. Bên cạnh đó than thân cây sắn có tải trọng hấp phụ cực đại amoni đạt 6,9735 mg/g cao hơn so với mẫu than tre trên thị trường (tải trọng hấp phụ cực đại của than tre 5,9172 mg/g). Kết quả đánh giá sơ bộ chất lượng của các mẫu than chế tạo từ vỏ lạc và thân cây sắn thông qua việc khảo sát khả năng hấp phụ độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha cho thấy: Trong mọi điều kiện chế tạo mẫu than từ thân vỏ lạc luôn cho hiệu suất xử lý độ màu thấp hơn so với mẫu than thân cây sắn. Kết quả xác định một số các thông số đặc trưng của than hoạt tính trong đó quan trọng là giá trị diện tích bề mặt riêng của mẫu than vỏ lạc (BET= 750 m2/g) thấp hơn hẳn so với mẫu than thân cây sắn (BET = 1212,56m2/g) và thấp hơn hẳn so với hai mẫu than đối chứng trên thị trường (than tre và than gáo dừa). Vì vậy tác giả đã lựa chọn mẫu than thân cây sắn để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước và so sánh với mẫu than trên thị trường. Những kết quả nghiên cứu trên cho thấy tiềm năng ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn làm vật liệu lọc trong xử lý nước ngầm nhiễm amoni. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, tỷ lệ hóa chất biến tính khác nhau đến chất lượng than tạo thành. Ngoài ra, cần nghiên cứu xử lý amoni trong một số loại hình nước thải như nước thải sinh hoạt, bệnh viện, nước thải ngành chế biến thực phẩm... Bên cạnh đó việc đánh giá khả năng ứng dụng vào thực tế dựa thông qua mô hình pilot cần phải tiến hành. TÀI LIỆU THAM KHẢO Trịnh Xuân Đại (2012), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và kim loại nặng trong nước”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội. Nguyễn Kim Hiển (2012), “Nghiên cứu than tre ứng dụng xử lý một số kim loại nặng trong nước thải mạ”, Hà Nội. A. Khalid (2005), “Production of activated carbon from some agricultural wastes by chemical tretment’’, Chem.Dept, College of Education, Mosul University, p. 138-142. Marsh Harry, Rodrigguez – Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”, Elsevier Pubblisher, Spain. Abstract: DENATURING THE ACTIVATED CHARCOAL THAT ARE PRODUCED FROM THE AGRICULTURAL WASTE TO BE AS AN ABSORBENT MATERIAL IN TREATING AMMONIUM IN WATER Producing the activated charcoal (AC) from the agricultural waste (groundnut shell, stem of cassava tree) does not only bring the economic efficiency but also contribute solving the KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 137 environmental problems due to the agricultural waste. This paper presents the findings on the production of activated charcoal from the groundnut shell and the stem of cassave tree with the found optimal conditions such as: Denatured chemical ZnCl2 2M, charring at temperature of 350 oC within 60 minutes, then activation of the groundnut shell char at 450oC, of the cassava tree stem at 500oC within the same time of 60 minutes. The optained activated charcoals are able to remove the colour of the synthetic dye sample with the treatment efficiency from 89-96%. After being activated, the specific surface area of produced AC is bigger, up to 750m2/g for the groundnut shell charcoal and 1215,56 m2/g for the cassava tree stem one. Besides, the cassava tree stem charcoal is qualified by examining the ability in absorbing ammonium in water. The results showed that the maximum ammonium absorption capaccity of the cassava tree stem charcoal reaches to the value of 6,9735mg/g which is higher than that of bamboo AC (having maximum ammonium absorption capaccity of 5,9172mg/g) and little smaller than that of the cocunut AC (7,4394 mg/g) that are used in the market. Keyword: Activated charcoal; charring process; activation process; specific surface area. BBT nhận bài: 25/2/2016 Phản biện xong: 30/3/2016
File đính kèm:
nghien_cuu_bien_tinh_than_hoat_tinh_che_tao_tu_cac_phe_pham.pdf