Nghiên cứu khả năng hấp phụ methylene blue của bã cà phê

TĨM TẮT LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP

Bài khóa luận này sẽ trình bày các kết quá đạt được về việc sử dụng bã cà phê đê làm vật
liệu hấp phụ Methylene Blue (MB) trong dung dịch nước. Anh hường cùa các yeu to như thời

gian khuấy, ánh hướng của pH, ánh hưởng của nồng độ đầu, và ảnh hưởng cùa nhiệt độ đến
khá năng hấp phụ cùa BCP đã được tiến hành thơng qua quả trình hap phụ theo mẻ; bên cạnh

đó, q trình giãi hấp phụ MB cũng được nghiên cứu. Quả trình hấp phụ MB trên vật liệu hấp
phụ bã cà phê được đánh giả là tuân theo phương trình Langmuir tot hơn phương trình
Freundlich. Dung lượng hấp phụ toi đa là 63.39 mg/g và quá trình hấp phụ MB đạt căn bảng

sau 150 phút.


MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................................ i
DANH MỤC TÙ VIẾT TẮT............................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG.............................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH............................................................................................................... V

MỞ ĐẦU...................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TĨNG QUAN VỀ NGHIÊN cúu........................................................... 3

1.1 Ơ nhiễm nguồn nước và các VLHP có nguồn gốc từ nông nghiệp................ 3
1.1.1 Nước thải từ các nhà mảy cơng nghiệp............................................................ 3

1.1.2 Các VLHP có nguồn gốc từ rác thải nông nghiệp.......................................... 4

1.1.3 Bã cà phê.............................................................................................................. 5

1.1.4 Đặc trưng cấu trúc VLHP-BCP........................................................................ 6

1.2 Nước thải dệt nhuộm................................................................................................ 7
1.3 Thành phần và các loại thuốcnhuộm.................................................................... 7
1.4 Thuốc nhuộm azo và Methylene Blue................................................................... 9
1.4.1 Thuốc nhuộm azo................................................................................................. 9

1.4.2 Methylene blue..................................................................................................... 9

1.5 Một số phương pháp loại bỏ phẩm nhuộm....................................................... 10
1.5.1 Phương pháp hấp phụ-giải hấp........................................................................10

1.5.2 Phương pháp trắc quang (UV-Vis)................................................................. 12
Chương 2.

TÓNG QUAN VỀ ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN cứu.............................. 14

2.1 Nguyên liệu................................................................................................................14
2.2 Dụng cụ - thiết bị - hóa chất................................................................................ 14
2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu....................................................................... 14

2.3.1 Thời gian nghiên cứu......................................................................................... 14
2.3.2 Địa điêm nghiên cứu.........................................................................................14
2.4 Phương pháp nghiên cứu...................................................................................... 15
1


2.5 Bố trí thí nghiệm...................................................................................................... 16

2.5.1 Anh hưởng của thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ MB của BCP........16

2.5.2 Anh hưởng của pH lên khả năng hấp phụ MB của BCP.............................. 16
2.5.3 Anh hưởng của nồng độ ban đầu của MB lên khả năng hap phụ cùa BCP. 17
2.5.4 Anh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ MB của BCP..................... 17
2.5.5 Nghiên cứu quả trình giải hap MB từ BCP.................................................... 17

Chương 3.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN..................................................................... 19

3.1 Ket quả ảnh hưởng của thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ MB của BCP
......................... . ................. ............................................ ......

19

3.2 Ket quả ảnh hưởng ciía pH lên khả năng hấp phụ MB ciía BCP................ 21
3.3 Ket quả ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của MB lên khả năng hấp phụ ciia

BCP.................................................................................................................................... 22
3.4 Ket quả ảnh hưởng cua nhiệt độ lên khả năng hấp phụ MB của BCP...... 24
3.5 Ket quả nghiên cứu quá trình giải hap MB từ BCP.......................................26
Chương 4.

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.........................................................27

4.1 Kết luận.....................................................................................................................27
4.2 Khuyến nghị............................................................................................................. 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT.......................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH........................................................................ 29

11


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BCP: Bã cà phê
Dd: dung dịch
DLHP: Dung lượng hấp phụ

GDP: Gross Domestic Product

MB: Methylene Blue
Ppm: Parts Per Million
PZC: Point of Zero Charge

Rpm: Revolutions Per Minute
SCG: Spent Coffee Ground
SEM: Scanning Electron Microscope

TNHH: Trách nhiệm hữu hạn

VLHP: Vật liệu hấp phụ

iii


DANH MỤC BANG

Bảng 1.1. Bảng thành phần hóa học của bã cà phê........................................................6
Bảng 3.1 So Sánh các VLHP từ rác thải nông nghiệp................................................. 24

IV


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Nước thải cơng nghiệp ra ngồi mơi trường................................................. 3
Hình 1.2. Bản đồ trồng cà phê trên tồn thế giới........................................................... 5
Hình 1.3 Ảnh SEM của bề mặt BCP..................................................................................6
Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo ciia Methylene Blue.......................................................... 9
Hình 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.......................................................... 11
Hình 1.6 Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich....................................................................... 12
Hình 1.7. Các hiện tượng xảy ra khi tia sáng chiếu qua cell thủy tinh (cuvette)... 13
Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm............................................................................................... 15
Hình 3.1. Ảnh hưởng ciia thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ của bã cà phê ờ
nồng độ 50ppm................................................................................................... 19

Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ của bã cà phê ờ
nồng độ lOOppm........................................................................................................... 19

Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ của bã cà phê ờ
nồng độ 200ppm..................................................................................................20

Hình 3.4. Ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp phụ MB của bã cà phê.................21
Hình 3.5 Biểu đồ điểm của điện tích bang khơng (PZC)............................................21
Hình 3.6. Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir...................................................... 22

Hình 3.7. Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich..................................................... 23
Hình 3.8. Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa nồng độ cân bang và dung lượng
hấp phụ................................................................................................................. 23

Hình 3.9. Phần trăm hấp phụ MB lên bã cà phê ở 4 nhiệt độ khác nhau............... 24
Hình 3.10. Dung lượng hấp phụ MB lên bã cà phê ở 4 nhiệt độ khác nhau........... 25
Hình 3.11 Phần trăm giải hấp phụ...................................................................................26

V


MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Cà phê được du nhập vào Việt Nam bởi người Pháp từ giữa thế kỷ XVIII, đen đầu

thế kỷ XIX các giống loại cà phê bắp được trồng ở Việt Nam. Sản xuất cà phê là ngành

cơng nghiệp đóng góp GDP đáng kể cho ngành công nghiệp tại Việt Nam khoảng 3%
GDP cả nước (tapchicongthuong.vn 2020).
Sử dụng cà phê đang là thói quen hằng ngày của một số người dân Việt Nam, một

ly cà phê buổi sáng giúp người uống cảm thấy thoải mái, tỉnh táo hơn khi làm việc.Với
tần xuất sử dụng lớn, việc các phế phẩm hay gọi là bã cà phê được thải ra ngoài một so

lượng khơng nhỏ. Bà cà phê có rất nhiều tác dụng, nó có thể giúp làm đẹp da, tẩy tế bào
chết, khử mùi hơi trong tủ lạnh, làm phân bón cho cây... Bên cạnh đó, nhận thức được
sự hữu hạn của các nguồn tài nguyên thiên nhiên và sự dần suy thối chất lượng mơi

trường bởi các hoạt động sống của con người, các quốc gia trên Thế Giới - đặc biệt các
nước Âu Mỳ đã và đang đẩy mạnh nền kinh tế xoay vịng (circular economy) với hai

định hướng chính: (i) kéo dài tuổi thọ và thời gian sử dụng cùa các sản phẩm và (ii) tái
chế các vật liệu từ những sản phẩm cũ. Các loại phế phẩm, rác thải nông nghiệp đang

thu hút nhiều quan tâm nhờ khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm trong môi trường như
vở chấu, vỏ cam, vỏ chuối, bã cà phê.. .hay biochar, hydrochar, than hoạt tính được tổng

hợp từ rác thải nơng nghiệp.
Sự phát trien nhanh chóng của con người kèm theo đó là nhu cầu khơng ngừng gia

tăng mang theo hệ lụy là môi trường đang gặp vấn đề lớn đặc biệt là về nguồn nước

chưa xử lý do các nhà máy phẩm nhuộm đã cho thải ra ngồi mơi trường, điều đó sẽ làm
cho nguồn nước bị ơ nhiễm gây ra các hậu quả như thủy sinh sẽ bị tàn phá, cây cối, động

vật sè phát trien yếu kém hơn có và có nguy cơ bị tiêu hủy nếu ở tình trạng diễn ra theo
thời gian dài.

Do đó, mục đích của đề tài“ Nghiên cứu khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB)
của bà cà phê” hướng đến việc nghiên cứu và phát triển một giải pháp xử lý các phẩm

nhuộm chi phí rẻ, hiệu quả và thân thiện với môi trường.

1


2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB) của bã cà phê.
3. Nội dung thực hiện

-

Ảnh hưởng cùa thời gian khuấy lên lên khả năng hấp phụ MB cùa bã cà phê;

-

Ảnh hưởng của pH lên khả năng hấp phụ MB của bã cà phê;

-

Ánh hưởng của nồng độ ban đầu của MB lên khả năng hấp phụ của bà cà phê;

-

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ MB của bã cà phê;

-

Nghiên cứu quá trình giải hap MB từ bã cà phê.

4. Phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu hấp phụ bã cà phê

Thời gian nghiên cứu: từ ngày 08/05/2020 đến ngày 30/09/2020.

2

CHƯƠNG 1. TĨNG QUAN VỀ NGHIÊN cứu
1.1 Ơ nhiễm nguồn nước và các VLHP có nguồn gốc từ' nơng nghiệp
1.1.1 Nước thải từ các nhà máy công nghiệp

Hiện nay, do sự gia tăng dân số đáng kể, đơ thị hóa, kế hoạch hóa, cơng nghiệp
hóa nhanh chóng, việc sử dụng các nguồn tài nguyên thiên nhiên đe giúp con người có

cuộc sống tốt hơn, tiện ích hơn là điều tất yếu. Bên cạnh đó, việc sử dụng, khai thác các

nguồn tài nguyên thiên nhiên quá mức có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh
thái tự nhiên vốn có ban đầu của nó. Đặc biệt là nguồn nước, nước là nguồn tài nguyên

thiên nhiên tuy không đắt đỏ nhưng giá trị và tầm quan trọng của chúng thì rất lớn. Được

xem là dịng máu xanh cho tồn cầu, mồi sinh vật, thực vật trên mặt đất đều phải sừ

dụng nước. Tuy nhiên, nhu cầu xà hội không ngừng tăng đã dần đến việc ô nhiễm nguồn
nước ngày càng phức tạp và nghiêm trọng. Thơng thường, những nhà máy có quy mô

lớn sẽ được trang bị các khu xử lý nước thải trước khi chúng được thải ra môi trường,
nhưng những nhà máy công nghiệp với quy mô nhỏ, việc thải ra môi trường một cách

trực tiếp là cách đe tiết kiệm chi phí góp phần gia tăng lợi nhuận. Trong những năm gần
đây các loại độc tố, hóa chất được phát hiện có trong nguồn nước như các sản phẩm
chăm sóc cá nhân, chất vi lượng, thuốc trừ sâu,... được phát hiện nhiều hơn trong những

nguồn nước mà có con người và sinh vật sinh sống ở đó (Bhatnagar, Sillanpăẳ, and
Witek-Krowiak 2015).

Hình 1.1. Nước thải cơng nghiệp ra ngồi môi trường

3


1.1.2 Các VLHP có nguồn gốc từ rác thải nơng nghiệp

Có nhiều nghiên cứu, nhiều cách đế xử lý đuợc nguồn nước gây ơ nhiễm nhưng

với chi phí khá cao điều này khơng khả thi đe các nhà máy có quy mơ nhỏ có the ứng

dụng hoặc khơng hiệu quả về mặt kinh tế đối với các nhà máy lớn. Một giải pháp có the
thay thế được những vẫn đề về chi phí đó là phương pháp hấp phụ, có thế xem là một
trong những phương pháp tốt nhất vì thiết kế đơn giản, dề vận hành, tiện lợi. Than hoạt

tính được xem là chất có khả năng hấp phụ tốt nhất, tuy nhiên thì việc sử dụng than hoạt
tính đe làm chất hấp phụ diện rộng bị nhiều hạn chế nhất định vì giá thành khá cao, khả

năng tái sử dụng bị hạn chế và mất khả năng hấp phụ khơng cịn được như cũ. Do đó,
việc sừ dụng các vật liệu hấp phụ từ rác thải nông nghiệp được xem là một giải pháp về
kinh tế và thực tế giúp ta có thể loại bỏ được các chất ô nhiễm như kim loại nặng và

thuốc nhuộm. Đã có nhiều nghiên cứu de tìm kiếm những vật liệu hấp phụ có giá thành
rẻ và có sằn để giúp loại bỏ các chất gây ô nhiễm như vật liệu hấp phụ sinh học, vật liệu
hấp phụ tự nhiên, vật liệu hấp phụ có nguồn gốc cơng nghiệp và nơng nghiệp. Một số

vật liệu hấp phụ đă được nghiên cứu như là: đất sét (betonit, kaolinit) zeolit, vật liệu
silic (các hạt silica, anlumina). Vật liệu hấp phụ từ rác thải nông nghiệp như bà mía, lõi
ngơ, trấu, vỏ dừa. Vật liệu hấp phụ có nguồn gốc từ cơng nghiệp như bùn thải carbon,

kim loại bùn hydroxit. Vật liệu hấp phụ sinh học (tảo, vi khuân...). Một số loại vật liệu
hấp phụ khác như tinh bột, cyclodextrin, bông (Kyzas, Lazaridis, and Mitropoulos 2012).

Vỏ trái cây và các loại rau quả hầu hết sau khi sử dụng được mọi người thải bỏ
dưới dạng rác hoặc được làm đồ ăn cho gia súc, làm phân bón. Các nhà máy xử lý cơng

nghiệp cũng thải ra một lượng lớn các phế phấm từ thực phấm sau khi chế biến, nếu
chúng tiếp tục được sử dụng rất có tiềm năng vì chúng có khá nhiều các thành phần hoạt
tính có lợi cho sức khỏe và kinh tế, một số ví dụ về lợi ích mà rác thải nơng nghiệp có

the làm như sản xuất tinh dầu, các hợp chat polyphenolic, dầu ăn, chất tạo màu, phụ gia,

hợp chất chống ung thư, thực phấm sợi, phụ gia thực phẩm, enzym, etanol sinh học,
nhựa sinh học phân thủy và các sản phẩm tế bào. Chất thải nông nghiệp là vỏ trái cây
rất thân thiện với môi trường, kinh tế là nguồn chất hấp phụ, có thể được sử dụng để làm

giảm thiếu sự ô nhiễm nguồn nước, đây là một trong những tài nguyên đầy hứa hẹn cho
công nghệ môi trường (Bhatnagar, Sillanpăă, and Witek-Krowiak 2015).

4


Một số nghiên cứu về khả năng hấp phụ của vỏ trái cây như vỏ cam, vỏ bưởi, vỏ
mít, vỏ lựu, vỏ tỏi. Vỏ cam có chửa các thành phần như xenlulo, pectin, hemi-xenlulo,

lignin, diệp lục chất màu và các hydro-cacbon loại bỏ các kim loại như Zn, Ni (Ajmal
et al. 2000). Vở bưởi được sử dụng làm vật liệu hấp phụ sinh học để kiểm tra khả năng

loại bỏ Pb2+ từ nước thải (Liu JingYong., Huang GuiHon., 2012). Vở tỏi để loại bỏ Pb2+,
Cu2" và Ni (Liang, Guo, and Tian 2013). Điều đó cho thấy tiềm năng về việc sử dụng

nguyên liệu xanh đe cải thiện được các vấn đề về bảo vệ mơi trường.
1.1.3 Bã cà phê

Hình 1.2. Bản đồ trồng cà phê trên toàn thế giới
Cà phê được trong ở khoảng 80 quốc gia khác nhau, là loại thực phẩm đồ uống
được sử dụng khá phổ biến trên thế giới. Sản lượng cà phê toàn cầu tăng đáng kể 24%

từ năm 2000 - 2012. Sau khi sử dụng cà phê một lượng lớn bà cà phê được phát sinh
cần phải được xử lý. Nestle một công ty thực phẩm lớn đã cam kết giảm rác thải ở Châu

Âu vào năm 2020 bằng cách sử dụng nguồn bã cà phê đà qua sử dụng làm nguồn năng

lượng tái tạo tại hơn 20 nhà máy của Nescafe. Các chất thải bã cà phê sau khi được sừ

dụng đế làm cà phê hòa tan được tận dụng đe chế tạo phân bón, làm vườn, sản xuất năng
lượng sinh học, trồng nấm (Campos-Vega et al. 2015).

5


Bảng 1.1. Bảng thành phần hóa học của bã cà phê
Components

Dry weight (g/100 g)

Minerals

(mg/kg)

Cellulose (glucan)

Hemicellulose
Arabinan
Galactan
Mannan
Proteins (N X 6.25)
Acetyl groups
Ashes

8.6
36.7
1.7
13.8
21.2
13.6
2.2
1.6

Potassium
Phosphorus
Magnesium
Calcium
Aluminum
Iron
Manganese
Copper

3549
1475.1
1293.3
777.4

279.3
118.7
40.1
32.3

Zinc

15.1

Một số nghiên cứu cho thấy bã cà phê có khả năng hấp phụ được các ion chì ra
khỏi nước bằng khả năng tương tác với các thành phần như protein, chất béo, cafein. Có
the sừ dụng bã cà phê đe loại bở các ion độc hại và các phẩm màu có trong nguồn nước
bị ô nhiễm chưa qua xử lý (Tokimoto et al. 2005). Khả năng loại bỏ các ion chì không

phụ thuộc vào loại cà phê, hay bã cà phê đã qua sử dụng. Trong bã cà phê sau khi sử

dụng có chứa một lượng protein nhất định, các hợp chat protein này trực tiếp ảnh hưởng
đến khả năng khả năng hấp phụ loại bỏ các ion chì (Tokimoto et al. 2005).
1.1.4 Đặc trưng cấu trúc VLHP-BCP

------

JEOL

5KU

1 Hm
X7 >080

F 1

8mm

JEOL

5KU

-------1 pm
X10>000

F 1
8mm

Hình 1.3 Ảnh SEM của bề mặt BCP

Hình ảnh cùa BCP được chụp bằng kính hiến vi điện tử quét (SEM) cho thấy bề
mặt hạt cà phê có nhiều lỗ xốp tương đối đong nhất

6


1.2 Nước thải dệt nhuộm
Nhiều ngành công nghiệp như ngành dệt may đã sử dụng thuốc nhuộm đe tạo

màu cho sản phâm từ đó nước thải ra ngồi có chứa nhiều hợp chất màu hữu cơ. Trong
quá trình nhuộm tỷ lệ thuốc nhuộm bị mất đi là khoảng 50% vì mức độ ổn định của

thuốc nhuộm thấp. Những hợp chất nhuộm được thải ra mơi trường có the gây ảnh
hưởng đến thủy sinh thực vật bằng cách giảm khả năng quang hợp ánh nắng mặt trời
qua nước. Một số loài thủy sinh thực vật có thế gây đột biến, ung thư, gây ra những hậu
quả nghiêm trọng cho con người như rối loạn các chức năng của thân, hệ thống sinh sản,

gan, não và hệ thần kinh...

Vấn đề loại bỏ thuốc nhuộm ra khỏi nước thải là quan trọng đối với môi trường
ngay cả khi hàm lượng nhỏ trong nước chúng ta cũng có the dề dàng nhìn thấy. Do đó,

việc loại bỏ thuốc nhuộm khởi nước thải được xem là thách thức về môi trường và luật
pháp nếu như luật pháp yêu cầu nước thải từ việc phẩm nhuộm phải xử lý, do đó cần có

một quy trình hiệu quả đế có thế loại bỏ được các chất phàm nhuộm này.

1.3 Thành phần và các loại thuốc nhuộm
Trong thuốc nhuộm có 2 thành phần quan trọng đó là: chromophores - nhóm

chức tạo màu và auxochrome - nhóm trợ màu hồ trợ các phân tử hòa tan vào nước và
tăng ái lực liên kết với sợi vải (Gupta and Suhas 2009). Thuốc nhuộm được phân chia

dựa trên khả năng hòa tan và đặc tính liên kết. Thuốc nhuộm được phân loại thành thuốc
nhuộm cation, anion và không ion (Salleh et al. 2011).
Thuốc nhuộm cation được sử dụng trong việc nhuộm các vật liệu acrylic, len,

nylon, lụa nhuộm. Thuốc nhuộm này có các cấu trúc hóa học khác nhau dựa vào nhóm

thơm thay thế, chúng được xem là thuốc nhuộm độc hại vì có thể gây ra các tác dụng
gây hại, các triệu chứng biếu hiện như dị ứng, viêm da, kích ứng da và khả năng gây
ung thư. Thuốc nhuộm cation tồn tại dưới dạng cation trong nước và thường được dùng
trong môi trường bazơ (phẩm nhuộm bazơ).

Thuốc nhuộm anion tồn tại dưới dạng anion trong môi trường nước, chứa các
nhóm mang màu có cấu trúc azoic, anthraquinon, triphenylmethan, thuốc nhuộm nitro

và các nhóm chức có tính acid như -SO3H, -COOH. Thuốc nhuộm anion cũng bao gồm
thuốc nhuộm trực tiếp, nhóm anion azo cũng bao gồm một tỷ lệ lớn các thuốc nhuộm

7


hoạt tính, các nhóm thuốc nhuộm phản ứng và tương tác với các vật liệu nhu bông, len
đe tạo thành liên kết cộng hóa trị.

Một số loại thuốc nhuộm thơng dụng và ứng dụng cùa chúng:
•

Thuốc nhuộm axit: thành phần chính trong các loại thuốc nhuộm này là azo

anthraquinone, triphenylmethane, azine, xanthene, nitro và nitroso. Được sừ

dụng cho nylon, len, lụa, acrylic biến tính các loại khác như giấy, da, in phun
mực, thực phẩm và mỹ phẩm.

•

Thuốc nhuộm trực tiếp: là loại thuốc nhuộm có chứa các hợp chat polyazo,

một so stilbenes, phthalocyanines và oxazines. Được sử dụng để nhuộm bơng,

tơ tằm, giấy, da.

•

Thuốc nhuộm hoạt tính: thường được sử dụng cho bông và các chất xenlulo

khác, nhưng cũng được sử dụng ở một mức độ nhỏ trên len và nylon. Những

thuốc nhuộm này tạo liên kết cộng hóa trị với sợi và chứa các nhóm sắc tố
như

azo,

anthraquinone,

triarylmethane,

phthalocyanine,

formazan,

oxazine,...
•

Thuốc nhuộm dung môi: được sử dụng cho nhựa, xăng, chất bôi trơn, dầu và

sáp. Những thuốc nhuộm này hòa tan trong dung môi (không tan trong nước)

và thường không phân cực hoặc ít phân cực, tức là thiếu các nhóm hịa tan
phân cực như axit sulfonic, axit cacboxylic hoặc amoni bậc bốn. Các lóp hóa
học chính chủ yếu là azo và anthraquinon, nhưng phthalocyanin và

triarylmethane cũng được sử dụng.
•

Thuốc nhuộm lưu huỳnh: được sử dụng cho bông và tơ tằm và được sử dụng

hạn chế với sợi polyamit, lụa, da, giấy và gồ. Chúng có cấu trúc trung gian

và mặc dù chúng tạo thành một nhóm thuốc nhuộm tương đối nhỏ nhưng chi
phí thấp và đặc tính bền giặt tot làm cho loại này trở nên quan trọng theo

quan điểm kinh tế.
•

Thuốc nhuộm VAT: được sử dụng chủ yếu cho bông đến xơ xenlulo dưới

dạng muối leuco hòa tan và cho cả sợi tơ tằm và len. Nhừng loại thuốc nhuộm
không tan trong nước này có lớp hóa học chính chứa anthraquinon (bao gồm

cả quinon đa vịng) và chàm. Bên cạnh đó, có một số lớp khác cũng giống
như azoic có các nhóm azo được sừ dụng cho bơng và các vật liệu xenlulo
8


khác, chất làm sáng huỳnh quang có stilbene, pyrazole, coumarin và

naphthalimide được sử dụng cho xà phòng và chất tẩy rửa, sợi, dầu, sơn và
nhựa và chất kết dính có azo và anthraquinone được sử dụng cho len, da, sợi

tự nhiên sau khi xử lý trước với kim loại và nhôm anod (Gupta and Suhas

2009).

1.4 Thuốc nhuộm azo và Methylene Blue

1.4.1 Thuốc nhuộm azo

Thuốc nhuộm azo được sử dụng rộng rãi và chiếm khoảng 65% - 70% tổng số

các thuốc nhuộm được sản xuất. Thuốc nhuộm azo là họp chất hữu cơ có chứa nhóm (-

N= N-) được phân chia làm 2 loại azo - axit và azo - bazơ tùy thuộc vào cấu trúc nhóm

trợ màu. Thuốc nhuộm axit chứa các nhóm chức có tính axit -OH, -COOH,-SOsH, hịa
tan trong nước tạo thành anion và thường được sử dụng trong môi trường pH thấp.
Ngược lại, thuốc nhuộm bazơ chứa các nhóm trợ màu có các nhóm đẩy electron mạnh

như -NH2, NR2, hòa tan trong nước tạo thành cation và thường được sử dụng trong môi
trường pH cao (Tú 2010).

1.4.2 Methylene blue
Methylene Blue được xem là một loại thuốc và thuốc nhuộm (thiazine), trong y
học thường được sử dụng đe điều trị bệnh methemoglibinemia, làm thuốc giải độc
cyanid, nitroprusiat, dung dịch sát khuẩn ngoài da như Herpes simplex (Clifton and

Leikin 2003).
Cơng thức phân tử: C16H18CIN3S
Cơng thức cấu tạo:

Hình 1.4. Cơng thức cấu tạo của Methylene Blue

9


1.5 Một số phương pháp loại bỏ phẩm nhuộm

Một số phương pháp đã được đưa ra để giải quyết tàn dư thuốc nhuộm trong nước
thải như: phương pháp đông tụ, phương pháp oxy quang hóa xúc tác, phương pháp chiếu

xạ, phương pháp hấp phụ, trong đó phương pháp hấp phụ là một trong nhừng phương

pháp xử lý hiệu quả với chi phí thấp và khả năng giảm thiểu rác thải thứ cấp (dung môi,

bùn thải...).
1.5.1 Phương pháp hấp phụ-giải hấp

Hấp phụ là một q trình phân tách trong đó các phân tử có xu hướng tập trung
trên bề mặt cùa chất hấp phụ và tương tác với các vị trí hoạt tính trên bề mặt chất hấp
phụ. Bản chất tương tác giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ tùy thuộc vào cấu trúc của

chúng.

•

Hấp phụ vật lý: Là loại hấp phụ mà trong q trình hấp phụ khơng có bất kỳ liên
kết hóa học nào được hình thành. Khả năng hấp phụ của một họp chất tăng lên
khi: khối lượng phân tử tăng, số lượng nhóm chức như liên kết đôi hoặc họp chất

halogen, ngày càng tăng khả năng phân cực của các phân tử. Lực hấp phụ là tống
của tất cả các lực tương tác giừa tất cả các ngun tử;
•

Hấp phụ hóa học: là loại hấp phụ mà thường các electron sè được trao đối với
nhau, có hình thành các liên kết hóa học (Liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên
kết cộng hóa trị cho nhận, liên kết hiđrơ);

•

Cân bằng hấp phụ (Adsorption equilibrium): quá trình hấp phụ với những điều
kiện nhất định sè tiến đến cân bằng khi mà tốc độ hấp phụ và giải hấp bằng nhau
và thường được mô tả bằng các mơ hình hấp phụ đăng nhiệt bán thực nghiệm.
Giải hấp là quá trình ngược lại của quá trình hấp phụ. Có the sử dụng phương

pháp oxy hóa khử hay thay đối mơi trường.
o

Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

10


Trong đó Ce là nồng độ cân bằng (mg/L), qe là dung lượng hấp phụ cực đại tại

cân bằng (mg/g), Qo và K là các hằng so Langmuir liên quan đến khả năng hấp phụ và

năng lượng của sự hấp phụ.

Hình 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir dựa trên các giả thuyết sau:

-

Số lượng tâm hấp phụ trên bề mặt vật liệu hấp phụ hừu hạn đồng nhất về năng

lượng hấp phụ;

-

Quá trình hấp phụ là một quá trình thuận nghịch;

-

Mồi tâm hấp phụ chỉ có khả năng hấp phụ duy nhất một chất bị hấp phụ và

lóp chất bị hấp phụ là đon lớp;

o

Không ton tại tương tác giữa các chất bị hấp phụ trên bề mặt vật liệu hấp phụ.

Mơ hình hấp phụ đăng nhiệt Freundlich

q'.= kfc’

Trong đó qe là dung lượng hấp phụ cực đại tại cân bằng (mg/g), Ce là nồng độ
cân bằng của ion kim loại trong dung dịch (mg/L), kfvà n là hằng số mơ hình Freundlich.

Phương trình có thể được chuyển đổi thành phương trinh logarit:

logqe = logkf+ n logCe

11

Đồ thị của logqe theo logCe là một đường thắng tuyến tính có thể được áp dụng

để xác định các hằng số kf và n (“Adsorption Chater 4 June 2014 .Pdf,” n.d.).

-

lnCe

0

Hình 1.6 Mơ hình đẳng nhiệt Freundlich

Mơ hình hấp phụ đắng nhiệt Freundlich dựa trên các giả thuyết sau:

-

Be mặt vật liệu hấp phụ không đồng nhất và các tâm hấp phụ có năng lượng hấp

phụ khác nhau;
-

Q trình hấp phụ không tiến đến giá trị cực đại (bất bão hịa);

-

Các chất bị hấp phụ hình thành đa lớp trên bề mặt vật liệu hấp phụ.

1.5.2 Phương pháp trắc quang (UV-Vỉs)

Phương pháp đo quang dựa trên mật độ quang (Adsorbance) của dung dịch tỷ lệ

với nồng độ của chất đó theo định luật Beer. Tia sáng sáng đơn sắc được chiếu qua dung

dịch và bị mất mát (do phản xạ, tán xạ và hấp thu), phần tia sáng còn lại được hệ thống
detector và chuyến đổi tín hiệu xử lý và chuyển thành tín hiệu đo.
Trong phương pháp định lượng đo quang, kỳ thuật xét nghiệm tương ứng cần

chuyển chất cần xác định X khơng có màu thành hợp chất có màu RX bằng thuốc thử R

để thích hợp.

12


Hình 1.7. Các hiện tượng xảy ra khi tia sáng chiếu qua cell thủy tinh (cuvette)

Định luật Beer:
Io
A = log~Y = sbc

Trong đó A là độ hấp thu, lo là cường độ tia sáng tới, I là cường độ tia sáng sau
khi đi qua cell thủy tinh, e là hệ số tắt mol, b là chiều dài quang lộ (cuvette), và c là

nồng độ chất phân tích (mol/L).
Trong phương pháp UV-Vis, dung dịch đo phải là dung dịch trong suốt. Nong độ
chất phân tích được xác định bằng phương pháp đường chuẩn (“Sách Các Phương Pháp

Đo Quang” n.d.).

13

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ ĐÓI TƯỢNG NGHIÊN cứu
2.1 Nguyên liệu
Nguyên liệu chính được sử dụng: Bã cà phê đã qua xử lý (the rắn - bột) và
Methylene Blue (the ran - bột). Cùng với đó là các chat HC1 (dd) - China, NaOH (rắn)

- China dùng đe điều chỉnh pH các lần thực nghiệm.
2.2 Dụng cụ - thiết bị - hóa chất

-

Dụng cụ: Becher 250ml, becher 100ml, thìa múc hóa chat, Cuvette thủy tinh G4.

-

Thiết bị: Máy khuấy đũa, máy Quang Phổ UV-Vis Shimadzu UV-1800 (Japan),

cân phân tích Ohaus (Mỹ), tủ sấy đối lưu cảm ứng.
-

Hóa chất: Methylene Blue, NaCl (China), NaOH (China), HC1 (China).

2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

2.3.1 Thời gian nghiên cứu
Ngày nhận đề tài khóa luận là ngày 08/05/2020 được thực hiện liên tục tới ngày

30/9/2020.
2.3.2 Địa điểm nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu : Khu B Lầu 4, số 331 Quốc Lộ 1A, Phường An Phú Đơng,

Quận 12, TP Hồ Chí Minh.

14


2.4 Phương pháp nghiên cứu

Tốc độ: 250 tpm
Gia nhiệt: 30°C, 45°c,55°c 65°c.
Thời gian: 30 phút, 60 phút
120 phút, 150 phút, 180 phút
240 phút, 480 phút.

Tốc độ: 4000rpm
Thời gian: 5 Phút

Bước sóng: 664nm

Số liệu thơ

Xử lý số liệu

Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm

15


2.5 Bố trí thí nghiệm

2.5.1 Anh hưởng cùa thời gian khuấy lên khả năng hấp phụ MB của BCP
Mô tả thí nghiệm:

Dung dịch MB đà được pha sẵn ở nồng độ ban đầu là 1000 ppm, từ đó các dung

dịch 50, 100, 200 và 200 ppm được chuẩn bị từ dung dịch này. Các thời gian được chia
làm các giai đoạn: 30 phút, 60 phút, 120 phút, 180 phút, 240 phút, 480 phút mồi thí
nghiệm. Mồi thí nghiệm được thực hiện lặp lại 3 lần.
Tiến hành thí nghiệm:
Rót 100 ml MB vào becher 250 mL có nồng độ 50 ppm, 100 ppm, và 200 ppm.

Sau đó, cân chính xác khoảng 1 gram bã cà phê được thêm vào dung dịch MB và tiến

hành quá trình khuấy tại tốc độ 250 rpm. Khuấy trong thời gian được trình bày ở mục
mơ tả thí nghiệm. Ket thúc khuấy trộn, hồn hợp được ly tâm trong 5 phút với tốc độ

4000 rpm. Nồng độ MB được xác định bằng thiết bị ƯV-Vis tại bước sóng 664 nm.
2.5.2 Anh hướng của pH lên khả năng hấp phụ MB cùa BCP
Mơ tả thí nghiệm:

Nồng độ dung dịch MB được cố định ở nong độ 100 ppm, pH của dung dịch MB
được điều chỉnh bằng NaOH 0.1 M và HC1 0.1M đến các chỉ số pH 2, 3,4, 5, 6, 7, 8, 9,

10, 11. Mồi thí nghiệm được thực hiện lặp lại 3 lần.
Tiến hành thí nghiệm:
Rót 100ml MB vào becher 250 mL có nồng độ cố định 100 ppm với pH dung

dịch lần lượt là 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Sau đó, cân chính xác khoảng 1 gram bã cà
phê được thêm vào dung dịch MB và tiến hành quá trình khuấy tại tốc độ 250 rpm.

Khuấy trong thời gian cố định là 150 phút (đây là thời gian khuấy tối ưu từ kết quả khảo

sát thời gian khuấy trộn). Ket thúc khuấy trộn, hồn hợp được ly tâm trong 5 phút với tốc
độ 4000 rpm. Nồng độ MB được xác định bằng thiết bị ƯV-Vis tại bước sóng 664 nm.

16


2.5.3 Anh hưởng của nồng độ ban đầu của MB lên khá năng hấp phụ của BCP
Mơ tả thí nghiệm:
Ảnh hưởng của nồng độ đầu của dung dịch MB được tiến hành bằng việc thay

đổi nồng độ ban đầu từ 25 - 2000 ppm (cụ thể 25ppm, 50ppm, lOOppm, 150ppm,

200ppm, 300ppm, 500ppm, lOOOppm, 1500ppm, 2000ppm. Mồi thí nghiệm được thực
hiện lặp lại 3 lần.
Tiến hành thí nghiệm:

Rót 100 mL MB vào becher 250ml có nồng độ được thay đổi theo mơ tả thí
nghiệm. Sau đó, cân chính xác khoảng 1 gram bà cà phê được thêm vào dung dịch MB

và tiến hành quá trình khuấy tại tốc độ 250 rpm. Khuấy trong thời gian cố định là 150

phút (đây là thời gian khuấy tối ưu từ kết quả khảo sát thời gian khuấy trộn). Ket thúc
khuấy trộn, hồn hợp được ly tâm trong 5 phút với tốc độ 4000 rpm. Nồng độ MB được
xác định bằng thiết bị UV-Vis tại bước sóng 664 nm.

2.5.4 Anh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ MB của BCP
Mơ tả thí nghiệm:
Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch lên quá trình hấp phụ được tiến hành tại các

nhiệt độ 30°C, 45°c, 55°c, 60°C, trong đó nồng độ đầu của MB được thay đoi khác nhau
từ25ppm, 50ppm, lOOppm, 150ppm, 200ppm, 300ppm, 500ppm, lOOOppm, 1500ppm,

2000ppm. Mồi thí nghiệm thực hiện lặp lại 2 lần ở mồi điều kiện nhiệt độ và nồng độ.

Tiến hành thí nghiệm: được tiến hành tương tự như mục 3.5.4

2.5.5 Nghiên cứu quả trình giải hap MB từ BCP
Mơ tả thí nghiệm:

Q trình giải hấp MB được tiến hành bằng cách thay đổi pH của dung dịch. Cụ
the, mầu bã cà phê đã hấp phụ MB được chuẩn bị bằng việc tiến hành làm nhiều thí
nghiệm hấp phụ tại nồng độ 500ppm, tốc độ khuấy 250rpm, thời gian khuấy là 150 phút.

Sau khi hấp phụ, hồn hợp dung dịch được lọc chân không và phần bã cà phê được sấy
tại nhiệt độ 105°C trong 4 giờ. Thí nghiệm giải hấp được tiến hành trên mầu bã cà phê
trong dung dịch nước cất có pH thay đổi trong khoảng 2-12.

17


Tiến hành thí nghiệm:

Sử dụng becher 250ml rót 100ml nước cất được điều chỉnh chỉ so pH từ

( 2,4,6,8,10,12). Cân 1 gram bã cà phê đã hấp phụ đổ vào becher dùng máy khuấy đũa
tốc độ cố định 250rpm. Thời gian cố định 150 phút. Thời gian hấp phụ kết thúc sử dụng
ống ly tâm, 1 thí nghiệm sử dụng 2 ống ly tâm, cho các dung dịch vào ong ly tâm bằng

nhau khoảng 10ml. Tiến hành ly tâm ở thời gian cố định 5 phút tốc độ 4000rpm. Sau
khi kết thúc thời gian ly tâm, đem mẫu dung dịch đi đo quang. Sử dụng cuvette thủy
tinh G4 đe đo quang và ghi nhận kết quả.

18