Nghiên cứu tận dụng bã thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn và dong riềng để chế tạo than hoạt tính ứng dụng trong xử lý môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.1 MB, 20 trang )
Nghiên cu tn dng bã thi t quá trình sn
xut tinh bt sn và dong ri ch to than
hot tính ng dng trong x ng
c
i hc Khoa hc T nhiên
Luchuyên ngành: Khoa hng; Mã s: 60 85 02
ng dn: PGS.TS Trn Th Hng
o v: 2012
Abstract: Nghiên cu ch than hot tính t . Tn dng cht
thi( bã thi s ch to sn phm than hot tính có giá tr, góp phn ci thin
u qu kinh t. Khc tính ca than, kho sát kh p
ph c, và kho sát các yu t ng ti quá trình hp
ph cu ch c.
Keywords: Khoa hng; Than hot tính; Cht thi; X lý môi ng
Content
1. M ĐU
Mt trong các l
, ( ),
(
)
(
, ;
) . ,
,
.
,
: than antraxit, , , ,
ng,[1, 2, 3, 4, 5].
Trong nghi
t
xanh metylen c vi các ni dung: 1)
Nghiên cu ch than hot tính t ; 2) Khc tính ca than; và 3) Kho sát kh
p ph xanh metylen trong c ca than ch to chi phí ch to than.
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu, hóa chất, thiết bị
- sn (lc tinh), tinh bt dong ring
h
-
xanh metylen (
pha t dung dch xanh metylen gc) có
xanh
metylen trong khong 20-100mg/L.
- Hóa cht: Axit H
2
SO
4
c 98%; NaHCO
3
2%;
- Thit b: n t, cân k thut: PA213/PA213C. Ohaus M; Máy l;
T sy: UBNB42700. Memmert c; Lò nung: Lenton PO Box 2031 Hope Valley S33 6BW
England; Máy trc quang UV- VIS: DR/4000U, HACH - M.
- xanh metylen trong các mc
heo
ng chun) tc sóng 724nm.
2.2. Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính từ b sn, b dong riềng bằng hóa nhiệt
Ch to than hot lý (nhit), kt hp
git lý (nhic (xem hình 1).
Hình 1. Quy trình ch to than hot tính t
, dong ring
Bã , bã dong ring khô t nhiên
Ngâm trong axit H
2
SO
4
c 98% 1
t trong 3 gi 250
o
C
ng dung dch NaHCO
3
2%
Ra bc cn pH = 7
Than sản phẩm
T l axit/bã (theo khi 1:1; 1,2:1 và 1,5:1 ng vi các mu than CAS100,
CAS120 và CAS150, CAD100, CAD120, CAD150.c tráng ra bc cn
y khô
60 65oC.
2.3. Phƣơng pha
́
p khảo sát đặc tính than chê
́
ta
̣
o
Nghiên cu s i cu trúc b mt vt liu sau bin tính bn
t quét SEM (phòng thí nghim khoa Vi hc Khoa hc T nhiên
n t c gia tc bn th t 1 50 kV gia anot và catot ru kính
hi t quét lên b mt mt trong bun t ng kính t 1 10nm
n t 10-10 10-n b mt mn t vi các nguyên
t trên b mt mn t th cc thu và chuyn thành nh biu th b mt vt liu.
nh din tích b mi hc Bách khoa Hà Ni.
2.4. Phƣơng pha
́
p khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen
Nghiên cu kh p ph c tin hành theo m vi ng than CAS150 ( 0,2 và
2mm) 0,1 và 0,2g/200 ml dung dch xanh metylen (
trong khong 20-100mg/L). Hn hp
c cho vào bình tam giác 250 ml, lc vi t 150 vòng/phút nhi phòng.
Sau các khong thi gian 0; 10; 25; 55; 70; 85 115 phút, ly mt phn dung dc qua
giy lng xanh metylen còn li trong dung dch.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả chế tạo than hoạt tính tƣ
̀
ba
̃
să
́
n
Kt qu ch to c và hiu sut t ln nht khoi vi t l axit:bã 1,5:1
theo khng. So sánh vi vt liu ch to t than tre nhi nung 900
o
C hiu sut
49,5% thì hiu sut ch to than hot tính t c là khá cao [4, 5].
3.2. Kết quả khảo sát đặc tính của than chế tạo
Tn m
c 2 và 0,2mm ( 2) c tính
than (chp SEM và phân tích BET).
p SEM (h3)
,
,
u. So sánh kt qu chp
SEM ca mu than CAS
150
cho thy c l ca các mu than ch to t bã sn trong
kho. Din tích b mc khá ln ng vi than
c 0,2 và 2mm. So vi các cacbon hot hoá t các vt liu khác thì cacbon hot hoá t
bã sn có din tích b mt riêng khá cao, ví d than ch to t bi bông có din tích b mt là
ng vc ht 0,25 và 1,0mm; t thân c có din tích b mt là
188m
2
u phng là 208m/g, cây sn là 207m/g.
3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của than chế tạo
Tin hành theo m vi 0,1g than hot tính CAS
150
2mm và 200 ml dung dch xanh
metylen n 20; 40; 80 100 mg/L (xem hình 4).
2.
(a than ch to; b- than kích c 2mm; c- than kc 0,2mm)
a
b
c
3. (a) bã su và (b)
than
150
a
b
Kt qu cho thy kh p ph i gian, tht cân bng hp ph là
khong 85 phút. Kt qu hiu sut hp ph xanh metylen ti thm cân bng hp ph
ng
20; 40; 80; 100 mg/
: 86,9; 84,9; 80 73,9%. So vi các
nghiên cc hiu qu có thnhiu [6, 7, 8, 9].
3.4. Kê
́
t qua
̉
xác định dung lƣợng hấp p hụ cực đại và động học quá trình hấp phụ
ng hc quá trình hp ph xanh metylen theo sau:
𝑞 =
(𝐶
𝑜
− 𝐶)𝑉
𝑚
𝑡
T q- ng hp ph ti thm cân bng (mg/g)
C
0
n xanh metylen u (mg/L)
C n xanh metylen còn li c (mg/L)
V th tích dung dch hp ph (L)
m
t
khng than s dng hp ph (g)
Kt qu thu c i vi quá trình hp ph ca than CAS
150
bng 1.
Bng 1.
p ph xanh metylen ca mu than CAS150
C
o
(mg/L)
C
e
(mg/L)
q
e
(mg/g)
20
2,6
34
40
6,0
67
80
16,2
128
100
26,0
148
T kt qu bng 1 xây dng nhit hp ph Langmuir (hnh 5).
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150
Nng độ xanh
metylen cn lại sau
hấp phụ (mg/L)
Thi gian hấp phụ (pht)
20 (mg/L)
40 (mg/L)
80 (mg/L)
100 (mg/L)
Hình 4. Kt qu kho sát kh
p ph màu ca mu than
CAS150 theo thi gian và n
xanh metylen (0,1g/200ml dung
dch xanh metylen)
Hình 5. ng nhit hp ph Langmuir (a) và Freundlich (b) ca mu than CAS
150
(ng
than 0,1g/200ml dung dch xanh metylen)
T ng nhit hp ph Langmuir và Freundlich trên, tính toán dung
ng hp ph ci và các h s c(xem b2). Kt
qu trên cho thy h s
2
là rt cao, chng t c u phù hp vi kt
qu thc nghim. Theo mô hình Langmuir thng hp ph p ci là khá cao
(234,7mg/g)
160,3mg/g[5].
y = 0.042x + 0.626
R² = 0.995
0
0.5
1
1.5
2
0 10 20 30
Ce/qe
Ce(mg/L)
y = 0.639x + 0.300
R² = 0.983
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.5 1 1.5
lgqe
lgCe
2. Langmuir và Freundlich
CAS
150
Langmuir
Freundlich
Q
0
(mg/g)
b
R
2
n
k
f
R
2
234,7
0,068
0,9953
1,562
1,9952
0,9873
Freundlich có giá tr
1,562
hiu
qu vì theo Sandro Altenor và nnk (2009) t s nghiên cu khác ch ra rng giá tr n
nm trong khop ph tt [7, 9, 10].
3.5. Kê
́
t qua
̉
kha
̉
o sa
́
t kha
̉
năng hâ
́
p phu
̣
xanh metylen theo khô
́
i lƣơ
̣
ng và kích thƣớc than
Nghiên cu kh p ph c tin hành theo m vi 0,1 0,2
150
2mm và 200 ml dung d
20; 40; 80 100 mg/L (xem b3).
(0,2g/200ml dung dch xanh metylen )
t,
20 và 40 mg/
100%
ng sau 85 và 115 phút.
3.
150
Thơ
̀
i gian hâ
́
p phu
̣
(pht)
0
10
25
55
70
85
115
Nô
̀
ng đô
̣
xanh
metylen
(mg/L)
0,1g
than
20
12,1
9,8
7,6
5,5
2,6
2,5
40
25,8
19,3
15,4
10,6
6,0
5,9
80
69,4
54,2
39,3
29,8
16,2
16,1
100
86,3
63,6
43,7
35,7
26,1
25,9
0,2g
than
20
10,3
6,7
2,4
0,4
-
-
40
17,1
12,5
5,6
2,1
0,9
-
80
45,8
39,6
10,7
8,5
2,2
0,8
100
63,2
57,4
19,6
13,5
5,4
1,8
4.
( xanh metylen)
CAS
150
(
/
1g/200ml)
Thơ
̀
i gian hâ
́
p phu
̣
(pht)
0
10
25
55
70
85
115
Nô
̀
ng đô
̣
xanh metylen
cn lại (mg/L)
2mm
20
12,1
9,8
7,6
5,5
2,6
2,5
40
25,8
19,3
15,4
10,6
6,1
5,9
80
69,4
54,2
39,3
29,7
16,2
16,1
100
86,3
63,6
43,7
35,7
26,08
25,9
Nô
̀
ng đô
̣
xanh metylen
cn lại (mg/L)
0,2mm
20
1,53
0
-
-
-
-
40
9,13
5,96
0
-
-
-
80
57,25
35,19
15,125
9,46
4,05
0,8
100
60,65
48,35
20,76
12,54
3,75
1,2
i thí nghim tin
hành theo m vng than CAS150 là 0,1gam, 2mm và 0,2mm trong 200ml dung
d
20; 40; 80 100 mg/L.
. V
0,2 mm,
100% ch sau 55 phút,
trong khi than 2mm có tht cân bng khong sau 85 phút u kin thí nghim.
3.6. Than chê
́
ta
̣
o tƣ
̀
ba
̃
dong riê
̀
ng
(xanh metylen)
Tin hành thí nghim hp ph theo m vi 2g than hot tính và 200 ml dung dch xanh metylen
n ng 20; 40; 80 100 mg/L, khuy t nhi phòng vi t 150 vòng/phút,
sau các khong thi gian 0; 5; 15; 30; 45; 60 90 phút ly giy dch lc qua giy lc. Kt qu
khc th hin bng 10.
Bng 5. Kt qu kho sát kh p ph màu (xanh metylen) theo th
Nng độ dung dịch xanh metylen còn lại (mg/L)
Thi gian (phút)
Mẫu than(2g)
0
15
30
45
60
90
CAD
100
20
16,2
9,6
5,7
4,2
3,8
40
29,3
18,9
13,2
7,8
7,2
80
41,5
33,2
24,7
18,1
14,8
100
50,3
37,3
28,8
24,3
23,9
CAD
120
20
14,3
12,6
7,4
1,3
0,8
40
25,2
20,7
15,7
5,3
4,3
80
37,9
27,7
20,7
12,2
12,8
100
56,5
40,6
25,3
22,5
21,8
CAD
150
20
17,2
9,3
5,7
0,7
0,4
40
25,7
19,7
15,4
4,4
6,9
80
35,2
24,8
19,6
11,6
11,1
100
51,6
36,3
24,8
18,8
18,2
T kt qu bng 5 d th s ph thuc ca n màu (xanh metylen) còn li trong
dung dch theo thi gian hp ph các n c th hin i
a)
b)
c)
5.
( xanh metylen)
:
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100
Nng độ xanh metylen
cn lại sau hấp phụ
(mg/L)
Thi gian hấp phụ (pht)
20 (mg/L)
40 (mg/L)
80 (mg/L)
100 (mg/L)
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100
Nng độ xanh metylen
cn lại sau hấp phụ
(mg/L)
Thi gian hấp phụ (pht)
20 (mg/L)
40 (mg/L)
80 (mg/L)
100 (mg/L)
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100
Nng độ xanh metylen
cn lại sau hấp phụ
(mg/L)
Thi gian hấp phụ (pht)
20 (mg/L)
40 (mg/L)
80 (mg/L)
100 (mg/L)
a) M
100
b) M
120
c) Mu than CAD
150
Kt qu ca bng 10 và các hình 14 cho thy rng: kh p ph màu (xanh metylen)
i gian hp ph (n xanh metylen gim theo thi gian hp ph), tht
cân bng hp ph là khong 60 phút. Và hiu sut hp ph ca các mc là khá cao,
trên 75%.
Kt qu hiu sut hp ph màu (xanh metylen), tính theo công thc ti thm cân bng hp
phc th hin bng 5.
Bng 6. Kt qu hiu sut hp ph màu (xanh metylen) ti thm cân
bng hp ph
H
hp
%
C
o
(mg/L)
Loại than
20
40
80
100
CAD
100
79
80,5
77,3
75,3
CAD
120
93,5
86,7
82,2
77,5
CAD
150
96,5
89,0
85,5
82,0
T
/ ,
CAD
120
150
20 mg/
100
40 mg/L.
Kt qu ng hp ph cng hc quá trình hp ph theo
T kt qu kho sát kh p ph màu (xanh metylen) theo thi gian hp ph
ng hp ph màu (xanh metylen) ti thm cân bng hp
ph theo công thc và kt qu c th hin bng 6.
Bng 7. i thm cân b
CAD
100
CAD
120
CAD
150
C
o
(mg/L)
C
e
(mg/L)
q
e
(mg/g)
C
e
(mg/L)
q
e
(mg/g)
C
e
(mg/L)
q
e
(mg/g)
20
4,2
1,58
1,3
1,87
0,7
1,93
40
7,8
3,22
5,3
3,47
4,4
3,56
80
18,2
6,18
14,2
6,58
11,6
6,84
100
24,7
7,53
22,5
7,75
18,8
8.12
T kt qu bng 7 trên dng nhit hp ph Langmuir:
a)
100
b)
120
y = 0.059x + 1.798
R² = 0.945
Ce/qe
qe
y = 0.097x + 0.769
R² = 0.961
Ce/qe
qe
c)
150
6.
Kt qu ng nhit hp ph Freundlich ca các mu than CAD
100
; CAD
120
;
CAD
150
theo thc nghim:
a)
100
y = 0.097x + 0.509
R² = 0.930
Ce/qe
qe
y = 0.867x - 0.310
R² = 0.988
y = 0.867x - 0.310
R² = 0.988
lgqe
lgCe
b)
120
c)
150
7.
T ng nhit hp ph Langmuir và Freundlich trên, tính toán dung
ng hp ph ci và các h s ch Langmuir và Freundlich. ng kt
qu
Bng 8. Kt qu tính toán các h s
Langmuir
Freundlich
y = 0.514x + 0.199
R² = 0.992
y = 0.514x + 0.199
R² = 0.992
lgqe
lgCe
y = 0.450x + 0.329
R² = 0.974
y = 0.450x + 0.329
R² = 0.974
lgqe
lgCe
Các hệ số
Mẫu than
Q
o
(mg/g)
b
R
2
n
K
f
R
2
CAD
100
168,6
0,033
0,9457
1,15
2,065
0,9883
CAD
120
103
0,126
0,9613
1,943
1,58
0,9922
CAD
150
102,9
0,19
0,9306
2,22
2,13
0,974
Bng kt qu trên cho thy h s
2
là rt cao, chng t c u phù
hp vi kt qu thc nghim.Tuy nhiên mô hình Freundlich là phù h
2
> 0,93). Theo
mô hình Langmuir ta thng hp ph p ci là khá cao và theo mô hình này
ng hp ph p ci ca mu than CAD
100
là ln nht (168,6
theo mô hình Freundlich các h s a mu CAD
150
là ln nht n = 2,22; K
f
= 2,13.
u này chng t quá trình hp ph màu (xanh metylen) ca mu CAD
150
là khá tt. Theo
Trayball (1980), giá tr n nm trong khop ph là tt
[13]
2
150
; CAD
150
2
20; 40; 80 100 mg/L.
8 10
14.
9.
(xanh metylen)
150
150
(
/
2g/200ml)
CAS
150
Thơ
̀
i gian hâ
́
p phu
̣
(pht)
0
10
25
55
70
85
115
Nô
̀
ng đô
̣
xanh metylen
cn lại (mg/L)
20
10,3
6,7
2,4
0,4
-
-
40
17,1
12,5
5,6
2,1
0,9
-
80
45,8
39,6
10,7
8,5
2,2
0,8
100
63,2
57,4
19,6
13,5
5,4
1,8
CAD
150
Thơ
̀
i gian hâ
́
p phu
̣
(pht)
0
15
30
45
60
90
Nô
̀
ng đô
̣
xanh metylen
cn lại (mg/L)
20
17,2
9,3
5,7
0,7
0,4
40
25,7
19,7
15,4
4,4
6,9
80
35,2
24,8
19,6
11,6
11,1
100
51,6
36,3
24,8
18,8
18,2
9
S
150
150
,
, ,
(xanh metylen )
150
150
,
t
150
56,8%
150
74,6%
3.7. Tính toán sơ bộ chi phí chế tạo than
3.7.1.
150
1,8.
2
SO
4
/
150
=> 1
2
SO
4
1,8
2
SO
4
3
2%.
2
SO
4
3
3
2%
3
17/2012/TT-
150
là: 9.000
3.7.2.
120
64,57% => 11,6kg bã dong
.
2
SO
4
/bã d
120
=> 1kg
2
SO
4
1,6
2
SO
4
3
2%.
2
SO
4
giá 8.000
3
khan giá 30.000
3
16g NaHCO
3
kha-BCT
là 5
120
ng 23.000
ln thì chi phí sn
xut s gim và lc cho xã hi s v mt kinh t ng.
KẾT LUẬN
- C : 41,2; 54,4 56,8%
CAS100; CAS120; CAS150
-
5
- ; 40; 80 1
sau 85 phút.
u than CAD100,
CAD120, CAD150, CAS150 75,3; 77,5; 82 74%
metylen 100mg/L.
- K xanh
metylen CAS150 là 234,7 mg/g.
- K u (xanh metylen )
150
(xanh metylen )
2mm.
- K (xanh metylen )
than CAS
150
2
.
- 1
19.265,
20.385
Khuyê
́
n nghị:
- T các kt qu c và mt s u kin v thi gian và không gian tin hành thí
nghii hn ca lu
t s kin ngh
-
-
VOC
S
.
References
1. Alexandre T. Paulino, Marcos R. Guilherme, Adriano V. Reis, Gilsinei M. Campese, Edvani
C. Muniz and Jorge Nozaki. Removal of methylene blue dye from an aqueous media using
superabsorbent hydrogel supported on modified polysaccharide, Journal of Colloid and
Interface Science. 301 (2006). 55-62.
2. Batzias F. A. and Sidiras D.K Simulation of methylene blue adsorption by salts-treated
beech sawdust in batch and fixed-bed systems. Journal of Hazardous Materials, 149 (2007), 8-
16.
3. Hameed B.H and Hakimi H peel as low cost
39 (2008), 2347- 2356
4.
-37
5.
-
-22.
6. Souvik Banerjee and M.G. Dastidar. Use of jute processing wastes for treatment of wastewater
contaminated with dye and other organics, Bioresource Technology , 96 (2005), 1919-1926.
7. Sandro Altenor, Betty Carene, Evens Emmanuel, Jacques Lambert, Jean-Jacques Ehrhardt,
ournal of Hazardous Materials, 165 (2009), 1029-
1039.
8. Gupta V. K., Alok Mittal, Lisha Krishnan and Jyoti Mittal. Adsorption treatment and recovery
of the hazardous dye, Brilliant Blue FCF, over bottom ash and de-oiled soya, Journal of
Colloid and Interface Science, 293 (2006), 16-22.
9.
ous Materials, 180, (2010), 656- 661.
10. Elizalde-González M.P. and Hernández-Montoa V Characterization of mango pit as raw
material in the preparation of activated carbon for wastewater treatment, Biochemical
Engineering Journal, 36 (2007), 230-238
