xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ - hấp phụ hơi etenol bằng than hoạt tính

1
Đại học Khoa học tự nhiên Họ và tên: Nguyễn An Thái
Khoa Môi trường Lớp: K49 công nghệ môi
trường




Báo cáo thực hành
(Môn :công nghệ môi trường)


I/ Xử lý khí bằng phương pháp hấp phụ - Hấp phụ hơi
etenol bằng than hoạt tính

1. Mục đích thí nghiệm.
Giúp sinh viên hiểu rõ được quá trình hấp phụ ,nguyên tắc sử dụng
chất hấp phụ ( than hoạt tính , silicagen ) và thiết bị hấp phụ để hấp phụ hơi
và khí độc.
đánh giá hiệu quả của phương pháp hấp phụ trong công nghệ xử lý khí
thải .

2. Nguyên lý phương pháp .
Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình phân tách khí
dựa trên ái lực của một số chất rấn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn
hợp khí nói chung và trong khí thải nói riêng.
Trong quấ trình hấp phụ các phần tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị
giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn (chất hấp phụ) . Chất khí bị giữ lại gọi là chất
bị hấp phụ.
Quá trình hấp phụ được sử dụng để khử ẩm trong không khí, khử khí
độc hại và mùi trong khí thải, thu hồi các loại hơi, khí có giá trị.

Có hai phương thức hấp phụ:
 Hấp phụ vật lý : Các phần tử khí bị giữ lại trên bề mặt
chất hấp phụ nhờ lực liên kết giữa các phần tử. Quá trình này có toả nhiệt, độ
nhiệt toả ra phụ thuộc vào cường độ lực liên kết phân tử.
 Hấp phụ hoá học : Khí bị hấp phụ do có phản ứng hóa học
với vật liệu hấp phụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn ở
hấp phụ vật lý. Do vậy lượng nhiệt toả ra lớn hơn, và cần năng lượng nhiều
hơn.
2
Các chất hấp phụ (vật liệu hấp phụ) : Thường là các loại vật liệu dạng
hạt có kích thước từ 6 – 10 mm có độ rỗ lớn. Vật liệu hấp phụ đảm bảo các
yêu cầu.
 Có khả năng hấp phụ cao.
 Phạm vi tác dụng rộng – tách được nhiều loại khí.


 Có độ bền cơ học cần thiết.
 Khả năng hoàn nguyên dễ dàng.
 Giá thành thấp.
Thiết bị hấp phụ : phải đảm bảo kích thước để chứa chất hấp phụ đủ
lớn, đảm bảo vận tốc khí trên toàn thiết diện ngang của thiết bị nằm trong
khoảng từ 0,1 – 0,5 m/s.
Giải hấp : Sự khử hấp phụ là giai đoạn quan trọng của chu trình hấp
phụ, khẳng định tính kinh tế của quá trình làm sạch khí thải. Quá trình này
nhằm khôi phục lại hoạt tính vốn có của chất hấp phụ và chính là quá trính
hấp phụ ngược.

3. Tiến hành thí nghiệm.
3.1 Dụng cụ, hoá chất.

 Dụng cụ : - Cột chứa dung dịch chất hữu cơ chia vạch.
ống chứa chất hấp phụ.
Giá đỡ ống chứa chất hấp phụ.
Máy sục khí có chỉnh lưu tốc
Bộ ống sinh hàn ngược và giá đỡ.
Bếp điện.
Bình tam giác 250 ml
Bình tia nước cất 1lit
Cồn kế (dải đo 0 -50
0
)
ống đong 50 – 100mm
Pipet 10mm.
 Hoá chất : Cồn tuyệt đối
Than hoạt tính
3.2 Thí nghiệm.

Hấp phụ : Dùng ống đong lấy 100 ml dung dịch cồn, đo độ cồn trước
khi lấy bằng cồn kế .Cho vào binh chứa chất bị hấp phụ . Kiểm tra hệ thống
3
kín theo thứ tự : máy sục khí , ống hcứa chất bị hấp phụ (etanol) , ống chứa
chất hấp phụ (than hoạt tính )
Sục khí khoảng 30 phút cho cồnn bay hơi .Sau 30 phút dừng máy
sục khí và đo V
cồn
còn lại .
Sơ đồ thí nghiệm ( hình 1 )

Hình 1 : Sơ đồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm


Giải hấp : Không tiến hành do dụng cụ thí nghiệm .
4. Kết quả thí nghiệm .
Giả thiết coi quá trình hấp phụ đạt 100%. Thể tích cồn còn lại sẽ
là V = 96ml. từ đó ta có thể tích cồn bay hơi bị hấp phụ là V
1
= 100 – 96 = 4
ml
Thể tích cồn thu được sau khi giả hấp là V
2
= 24 ml
Độ cồn đo được là 10
o

Ta có dung lượng hấp phụ còn là : 4 x 96 /100 = 3,84 (ml)
Lượng cồn được thu hồi là : 24 x 10/100 = 2,4 ml

(1)
4
Vậy, hiệu suất thu hồi là :
H = 2,4 x 100/3,84 = 62,5 %
* Nhận xét:
Hiệu suất thu hồi không đạt 100 % là do;

- Thời gian giả hấp chưa đủ
- Do trang thiết bị chưa thực sự chính xác
- Lượng cồn bay hơi do thất thoát, do thao tác không
đúng kĩ thuật trong cả công đoạn hấp phụ và giải
hấp


II/ Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ CO
2
bằng dung
dịch kiềm (NaOH)
1. Mục đích thí nghiệm.
Giúp sinh viên hiểu được quá trình hấp thụ , nguyên tắc lựa chọn chất
hấp thụ ,hiểu đượcđối tượng môi trường nào có thể sử dụng quá trình hấp phụ
để xử lý ‘
Đánh giá hiệu quả của quá trình hấp thụ trong coong nghệ xử lý môi
trường nói chung và xử lý khí nói riêng .
2. Nguyên lý phương pháp .
- Xử lý khí bằng phương pháp hấp thụ là quá trình thu hút chọn lọc
một hoặc một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chát hút thu hay chất hấp
thụ .
- Có hai phương thức hấp thụ trong xử lý khí :
 Hấp thụ vật lý : sự hấp thụ dựa trên chênh lệch áp suất riêng
phần của khí thành phần trong hỗn hợp khí vói áp suất cân bằng trên bề mặt
dịch hấp thụ .Những phần tử bị hấp thụ không đi vào phần tử hấp thụ hay
không xảy ra phản ứng hoá học giữa hai thành phần này .
 Hấp thụ hoá học : các phần tử chất hấp thụ tác động tương hỗ
hoá học với các phần tử hoạt tính của chất hấp thụ tạo thành nhưng hợp chất
hoá học mới .Do đó làm giảm áp lực cân bằng của khí thành phần và nó có
khả năng tách ra khỏi dòng khí thải .

- Chất hấp thụ : Là dịch lỏng ,thường là những hoá chất mà có thể giữ
được thành phần cần tách ra khỏi dòng khí .
Yêu cầu đối với chất hấp thụ :
 Có khả năng hấp thụ cao .
 Có tính chất chọn lọc với thành phần cần tách .
 Có thể có tính bay hơi nhỏ .
 Có tính chất động học tốt .
5
 Có khả năng hoàn nguyên tốt .
 Có tính ổn định nhiệt hoá học,không có tác động ăn
mòn thiết bị .
 Có giá thành rẻ và dễ kiếm .
Một số dung dịch hấp thụ : dung dịch kiềm , H
2
O .
- Thiết bị hấp thụ : Gồm thiết bị rỗng tốc độ cao , thiết bị khí phối hợp
phun – lớp đệm , thiết bị rửa khí có lớp đệm , thiết bị hấp phụ tốc độ cao .


3. Tiến hành thí nghiệm .
3.1 Dụng cụ , hoá chất .
 Dụng cụ : Bình kíp 1lít :1bộ .
Bình chặn sol (làm sạch và khô khí ):1 chiếc .
Bình tam giác 100-250ml : 4 chiếc
Buret : 1 chiếc
Cốc 250ml : 1 chiếc
Bình chứa chất hấp phụ(250ml ):1 chiếc
Pipet 10ml : 2 chiếc
ống đong 100ml :1 chiếc
bình định mức 250ml: 1 chiếc

dây ống nối : 2đoạn(1 đoạn từ bình kíp sang bình chặn sol, 1 từ bình
chặn sol sang bình chứa chất hầp thụ)
phểu :1 chiếc
 Hoá chất : đá vôi dạng viên
Axit HCl đặc
Dung dịch NaOH 0,2N :100ml
Dung dịch H
2
SO
4
0,1N: 100ml
chỉ thị phenolphtalein.
chỉ thị metyl dacam.
Nước cất .
3.2 Các bước tiến hành .
Tạo CO
2
: Nạp đá vôi vào bình kíp , rót axit HCl vào bình sao cho
lượng axit gần ngập đá vôi . Trong bình xảy ra phản ứng :
CaCO
3
+HCl =CaCl
2
+H
2
O +CO
2

Dùng ống đong lấy chính xác 100 ml dung dịch NaOH 0,2N cho vào
bình chứa chất hấp thụ . Mở van từ bình kíp và bình chặn sol để khí từ bình

kíp qua hệ thống chặn sol tới bình chứa chát hấp thụ . Tiến hành thí nghiệm
trong 20 phút . Phương trình hấp thụ :
CO
2
+2NaOH = Na
2
CO
3
+H
2
O (1)
6
Na
2
CO
3
+CO
2
=NaHCO
3
(khi CO
2
dư ) (2)
Chuẩn độ CO
2
hấp thụ bằng axit H
2
SO
4
0,1N .

Khi kết thúc quá trình hấp thụ chuyển toàn bộ lượng NaOH trong bình
hấp phụ vào bình đinh mức 250ml .Định mức bằng nước cất đến vạch lắc đều
.Tiến hành xác định lượng xút dư , Na
2
CO
3
hoặc NaHCO
3
( nếu có )bằng
phương pháp chuẩn độ .


 Dùng pipet lấy 20ml dung dịch đã tạo ở bình đinh mức 250ml
cho vào bình tam giác .Thêm 2 giọt phenolphthalein và chuẩn độ bằng dung
dịch H
2
SO
4
0,1N đến khi mất màu hồng ( ghi V
1
)
 Thêm tiếp vào bình tam giác 2 giọt metyl dacam và tiếp tục
chuẩn độ bằng dung dịch H
2
SO
4
0,1N đến khi dung dịch chuyển từ vàng sang
đỏ ( ghi V
2
) .

Phương trình chuẩn độ :
--Tại điểm tương đương 1(dung dịch mất màu hồng ) ,pH=8,24 hết V
1

ml H
2
SO
4
0,1N .
NaOH + H
+
= Na
+
+H
2
O (3)
CO
3
2-
+ H
+
= HCO
3
-
(4)
--Tại điểm tương đương 2 (dung dịch chuyển từ vàng sang đỏ ),
pH=5,5 hết V
2
ml H
2

SO
4
0,1N .
HCO
3
-
+H
+
= H
2
CO
3
(5)
4. Kết quả ,đánh giá.
Kết quả thu được: V
1
= 4,6 ml
V
2
= 4,6 ml
Từ các phương trình chuẩn độ 3,4,5 ta they:
- Nếu V
1
> V
2
 Trong dung dịch còn NaOH dư 
như vậy sau hấp thụ dung dịch có Na
2
CO
3

và
NaOH dư
- Nếu V
2
> V
1
 CO
2
dư sau hấp thụ  sau quá
trình hấp thụ, dung dịch chỉ gồm NaHCO
3
, ngoài
ra còn có CO
2
dư
- Nếu V
1
= V
2
 Sau hấp thụ, phản ứng xảy ra tạo
thành dung dịch Na
2
CO
3
 dung dịch NaOH phản
ứng hết với CO
2
tạo thành
Vậy ta có phương trình phản ứng hấp thụ:
2 NaOH + CO

2
 Na
2
CO
3
+ H
2
O
Ta có V
H2SO4.
N
H2SO4
= V
NaOH
+ N
NaOH

Với kết quả thu được, ta có N
NaOH
: 4,6 x 0,1/20
7
Do khi chuẩn độ , ta đã pha loãng dung dịch NaOH ban đầu.

8
III/ Xử lý chất ô nhiễm trong nước thải bằng phương
pháp keo tụ tủa bông
1. Mục đích thí nghiệm.
Giúp sinh viên nắm được nguyên tắc của phương pháp xử lý
nước thải bằng biện pháp hoá lý, biết vận dung và liên hệ với thực tiễn
Rèn luyện kĩ năng thao tácthực hành trong phòng thí nghiệm .

Biết phân tích và tính toán kết quả thựcnghiệm .
2. Nguyên lý phương pháp .
 Phương pháp keo tụ – tủa bông là hiện tượng làm mất sự ổn định
của các huyền phù dạng keo ổn định để cuối cùng tao ra các cụm hạt lớn khi
có sự tiếp xúc giữa các hạt keo .
Keo tụ : Là hiện tượng phá vỡ trạng thái ổn định của các hạt keo huyền
phù để tạo ra các cụm hạt khi có sự tiếp xúc giữa các hạt keo. Để thực hiên
keo tụ cần : tăng lực ion , thay đổi pH .
Tủa bông : Là sự tổ hợp các hạt keo đã bị keo tụ .Để tủa bông tốt cần
có một sự keo tụ tốt , nồng độ keo càng cao càng tốt .
 Các chất keo tụ- tủa bông : Chất keo tụ được sử dụng phổ biến
là các muối nhôm như Al
2
(SO
4
)
3
, PAC, muối sắt FeCl
3
.Chất tủa bông là các
polime tự nhiên(amindin, oxit silic) và một số chất đa điện ly(anion ,cation ).
 Biện pháp keo tụ hoá học được thực hiện thôngqua các quá trình
- Tăng lực ion : tăng nồng độ chất điện ly trung tính dẫn
đến giảm độ dày của lớp điện kép ,do đó làm giảm lực
đẩy giữa các hạt .
- Thay đổi pH : làm mất điện tích sơ cấp ,làm giảm hoặc
vô hiệu lực đẩy .
- Dựa vào muối kim loại hoá trị III : làm tăng nhẹ lực ion
,giảm lớp điện tích kép đồng thời làm biếc đổi pH do
xảy ra sự axit hoá môi trường . Sự thuỷ phân các muối

có thể dẫn tới sự ết tủa các oxo-hyđroxyt kim loại .
- Dựa vào một polỉm tự nhiên hoặc tổng hợp : làm trung
hoà điện tích các hạt keo .
3. Tiến hành thí nghiệm .
3.1 Dụng cụ hoá chất .
 Dụng cụ : Máy so màu . Tủ sấy .
Cân điện tử . Máy khuấy .
Máy đo pH . ống đong.
Đũa thuỷ tinh . cốc thuỷ tinh : 4cái.
Pipet 10ml . phễu lọc : 4 cái .
Bình tia . bình tam giác : 4 cái
9
Nước thải chứa chất rắn lơ lửng . HCl 10%: 50ml.
Chỉ thị vạn năng. NaOH 5% : 50 ml .
giấy lọc. Nước cất .
3.2 Tiến hành .
Cho vào 4 cốc thuỷ tinh , mỗi cốc 200 ml nước thải .
Đánh số
thứ tự từ 1-4.
Dùng pipet hút dung dịch phèn nhôm cho vào mỗi cốc thuỷ tinh lần
lượt là :5,10,15,20 ml .
Khuấy các cốc bằng máy khuấy với vận tốc 150vòng / phút trong thời
gian 15 phút .
Để lắng 20 phút , rồi gạn dần phần dịch trong ở trên vào các bình tam
giác qua phễu lọc và giấy lọc.
Khi lọc xong đem sấy khô phần giấy lọc và cân lượng chất rắn lơ lửng
lọc được.
4. Kết quả ,đánh giá .
Khối lượng giấy lọc trước khi lọc:
 M

1
= 1,53 g * M
4
= 1,5 g
 M
2
= 1,54g * M
5
= 1,48g
 M
3
= 1,5 g * M
6
= 1,5 g
Khối lượng giấy lọc sau lọc là:


 M
1
= 1,53 g * M
4
= 1,5 g
 M
2
= 1,54g * M
5
= 1,48g
 M
3
= 1,5 g * M

6
= 1,5 g
Tổng khối lượng chất rắn còn lại trong côc :
Cốc 1= 1,5426 -1,53 = 0,116 (g)_
Cốc 2 1,5428 – 1,54 = 0,0028 (g)
Cốc 3 = 1,5305 – 1,46 = 0,0705 (g)
Cốc 4 = 1,5594 - 1,5 = 0, 094(g)
Cốc 5 = 1, 5286 -1,48 = 0,0486 (g)
Nguyên nhân sai số
- pH của nước thải chưa nằm trong khoảng pH tối ưu
của thiết bị
- Sai số về lấy mẫu
- Giấy lọc chất lượng kém, gây thất thoát khi lọc …
10
IV/ Phương pháp xác định nhiệt độ, DO, pH và tính dẫn
điện.

1. Đo pH:
1.1Mục đích:
- Làm quen với các máy đo thông số hiện trường
- Tỡm hiểu mỏy đo pH
- Thực tập cách đo.

1.2 Nguyờn tắc:
- Chỉ tiêu pH của nước mặt, nước thải, nước ngầm thường được xác
định tại hiện trường bằng máy đo vỡ do quỏ trỡnh sinh học và quỏ
trỡnh hoỏ học xảy ra trong nước làm cho một số khí hoà tan (O2,CO2)
cũng như các chỉ tiêu khác của nước thay đổI như Fe
2+
, Fe

3+
,NH4+…
- pH= -log 10 [H
+
]
- Nguyờn lý đo của các máy đo pH là dựa vào sự chênh lệch điện hoá .
- pH được đo bởi 2 điện cực: điện cực chỉ thị và điện cực chính. Hai điện
cực này tạo thành một điện cực kết hợp. Khi hai điện cực được nhúng vào
chất lỏng, một tế bào điện nhỏ sẽ được tạo thành. Điện thế phụ thuộc vào cả
hai điện cực. Điều kiện để xác định điện thế là điện thế của điện cực chỉ thị
thay đổi theo sự thay đổi của pH cũn điện cực chính có điện thế cố định. Điện
thế cũn cũn thuộc vào cõn bằng Nernst:
E= E
ind
- E
ref
= E’
T
+ R
*
T/ F
*
ln [H
+
]
Trong đó: E: Điện thế cần xác định (mV)
E
ind
: Điện thế của điện cực chỉ thị (mV)
E

ref
: Điện thế của điện cực chính (mV)
E’
T
: Điện thế ở nhệt độ chuẩn (mV)
R: Hằng số khớ ( 8,3144 J/K)
T: Nhiệt độ (K)
F: Hằng số Faraday
pH tại nhiệt độ T được xác định:
E
pH
T
= pH
T
o
-
R’
*
S
*
T
Trong đó: R’: Hằng số (0,1984 mV/K)
S: Độ nhạy ( phải hiệu chỉnh thiết bị trước khi đo do giá trị điện
cực