NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ PHÒNG THÍ NGHIỆM
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.65 MB, 61 trang )
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2016-2017
TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI
TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO
TỪ BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM”
Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi trường
1
HÀ NỘI, THÁNG 4- NĂM 2017
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2016-2017
TÊN ĐỀ TÀI:
“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI
TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO
TỪ BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM”
Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi trường
Nhóm sinh viên thực hiện
Lớp
Giảng viên hướng dẫn
2
: Mai Thị Hoài Thư
Vũ Thị Thảo
Nguyễn Thị Thương
: ĐH4QM1
: ThS. Lê Thị Thoa
Nữ
Nữ
Nữ
HÀ NỘI, THÁNG 4- NĂM 2017
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu hấp
phụ chế tạo từ bã đậu nành ở quy mô phòng thí nghiệm”
Sinh viên thực hiện: Mai Thị Hoài Thư – ĐH4QM1
Vũ Thị Thảo – ĐH4QM1
Nguyễn Thị Thương – ĐH4QM1
Lớp: ĐH4QM1 Khoa: Môi trường
Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4 năm
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Thoa
2. Mục tiêu đề tài:
- Đánh giá được khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ
bã đậu nành
3. Tính mới và sáng tạo:
Xác định được thời gian cân bằng, hiệu quả hấp phụ, dung lượng hấp phụ
cực đại của vật liệu chế tạo từ bã đậu nành
4. Kết quả nghiên cứu:
- Đã chế tạo được VLHP từ bã đậu nành
- Đã xác định được thời gian hấp phụ tối ưu của 3 loại vật liệu
- Đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại của 3 loại vật liệu
- Đánh giá được khả năng xử lý amoni trong nước của từng loại vật liệu chế
tạo từ bã đậu nành
- Thử nghiệm đối với một số mẫu nước ngầm
Kết quả nghiên cứu của đề tài được đối chiếu với:
- QCVN 09: 2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước dưới đất
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
3
Cung cấp thông tin khoa học về khả năng xử lý của vật liệu chế tạo từ bã
đậu nành, nhằm ứng dụng sử dụng vật liệu từ bã đậu nanhftrong xử lý nước
ngầm, nước thải.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên
tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên
cứu (nếu có).
Ngày 26 tháng 04 năm 2017
Sinh viên chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên
thực hiện đề tài (phần này do người hướng dẫn ghi):
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Ngày 10 tháng 5 năm 2017
Xác nhận của trường đại học
(ký tên và đóng dấu)
4
Người hướng dẫn
(ký, họ và tên)
THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:
Ảnh 4x6
Họ và tên: Mai Thị Hoài Thư
Sinh ngày:
24
tháng 04
năm 1996
Nơi sinh: Trực Ninh, Nam Định
Lớp:
ĐH4QM1
Khoa:
Môi Trường
Khóa: 2014-2018
Địa chỉ liên hệ:
Điện thoại:
0966 334 653
Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến
năm đang học):
* Năm thứ 1:
Ngành học:
Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Khoa: Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Sơ lược thành tích: Đạt học bổng
* Năm thứ 2:
Ngành học: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Khoa: Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Sơ lược thành tích: Đạt học bổng
Ngày 10 tháng 5 năm 2017
Xác nhận của trường đại học
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
(ký tên và đóng dấu)
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)
5
MỤC LỤC
6
DANH MỤC HÌNH
7
DANH MỤC BẢNG
8
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
9
BTNMT
: Bộ Tài Nguyên và Môi Trường
BVTV
: Bảo vệ thực vật
KCN
: Khu công Nghiệp
KT – XH
: Kinh tế - Xã hội
PTN
: Phòng thí nghiệm
TNN
: Tài nguyên nước
TP
: Thành phố
VL
: Vật liệu
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người và các
loài sinh vật trên Trái Đất. Nước tham gia vào các hoạt động sống cũng như các hoạt
động sản xuất của con người.Tuy nhiên cùng với quá trình phát triển của xã hội, quá
trình đô thị hóa đã làm tăng nhu cầu sử dụng nước và xả thải vào môi trường một
lượng lớn các chất thải nguy hại. Hậu quả là các nguồn nước đang bị ô nhiễm nặng
bởi các chất hữu cơ, vô cơ… có trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp ….
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để
xử lý nước. Một trong các phương pháp được nhiều nhóm nghiên cứu hiện nay quan
tâm là việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp (như: bã mía, xơ dừa, vỏ lac, vỏ trấu,
vỏ sầu riêng…) để chế tạo vật liệu hấp phụ sử dụng trong xử lý nước. Phương pháp
này có ưu điểm hơn là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không đưa vào môi
trường các tác nhân độc hại.
Việt Nam là một trong những nước có nguồn phụ phẩm nông nghiệp lớn. Bã
đậu nành là nguồn nguyên liệu có chứa nhiều xenlulozo rất thích hợp cho chế tạo vật
liệu và nghiên cứu khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước. Tuy nhiên hiện nay trong
nước chưa có nghiên cứu đầy đủ về khả năng xử lý nước của vật liệu chế tạo từ bã dậu
nành.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu khả
năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậu nành ở quy mô
phòng thí nghiệm”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậu
nành
3. Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu từ bã đậu nành theo 3 cách: sấy biến tính ở nhiệt độ 200 0C,
cacbon hóa ở nhiệt độ 4000C, cacbon hóa biến tính ở nhiệt độ 4000C
- Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,
cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính
10
- Xác định hiệu suất xử lý amoni của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,
cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính
- Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu vật liệu bã đậu nành sấy
biến tính, cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính
- Thử nghiệm khả năng xử lý amoni của vật liệu vật liệu bã đậu nành sấy biến
tính, cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính đối với mẫu môi trường
11
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.
Tổng quan về bã đậu nành.
1.1.1. Sơ lược về bã đậu nành.
Bã đậu nành (BĐN) hay còn gọi tắt là bã đậu: là phần rắn còn lại sau khi lọc
trong quá trình sản xuất đậu phụ, sữa đậu lành và các sản phẩm từ sữa đậu nành
khác.
Trên thế giới từ thông dụng để chỉ bã đậu nành là “okara” thuật ngữ này xuất
phát từ Nhật Bản. Okara là thứ bã đậu nành màu trắng hoặc trắng ngà bao gồm các
thành phần không hòa tan của hạt đậu nành còn lại, khi hạt đậu nành xay nhuyễn được
lọc trong sản xuất sữa đậu nành và đậu phụ. Khi sấy khô bã đậu nành có màu vàng.
Okara là một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp chế biến sữa đậu nành và đậu phụ.
Nó chứa protein, chất xơ có giá trị và có thể được sử dụng tạo thành vật liệu hấp phụ
xử lý các thành phần hóa học có trong môi trường như: NH4 +, đồng, chì…Tuy nhiên
chúng phải được xử lý nhanh chóng để duy trì được các tính chất của nó.
1.1.2. Thành phần hóa học của bã đậu nành.
Okara là một sản phẩm phụ từ ngành công nghiệp sữa đậu nành. Okara thô
còn gọi là bột đậu nành là một vật liệu có màu vàng nhạt, gồm các chất không hòa
tan đậu nành còn lại trong túi lọc khi đậu nành xay nhuyễn được lọc cho các sản xuất
sữa đậu nành. Okara được làm giàu từ các polysaccharides ở thành tế bào của hạt đậu
nành. Đặc tính của sản phẩm phụ này là bao gồm cả protein, dầu, chất xơ,….
Bảng 1.1: Thành phần hóa hoạc của bã đậu nành
12
Thành phần
Giá trị đơn vị
Năng lượng
77 Kcal
Nước
81,6 g
Protein
3,2 g
Cacbohydrate
12,5 g
Chất xơ
4.,1 g
Canxi
80 g
Sắt
1,3 g
Thiamin(B1)
0,02 g
Riboflavin(B2)
0.02 g
Các giống đậu nành khác nhau cũng như quá trình sản xuất các sản phẩm từ
đậu nành khác nhau sẽ cho ra BĐN với mức chất dinh dưỡng có thành phần khác
nhau. BĐN giàu chất xơ và protein, nó cũng chứa isoflavone. Do các thành phần đặc
biệt này mà bã đậu nành được sử dụng như một sản phẩm thực phẩm được dùng
trong ngành công nghiệp chăn nuôi. Tuy nhiên ngoài ra với các thành phần hóa học
của BĐN mà nó còn có tiềm năng lớn cho việc sản xuất ra các vật liệu hấp phụ có
khả năng hấp thụ các chât ôi nhiễm trong môi trường.
1.1.3. Ứng dụng của bã đậu nành
Hăng năm, một lượng rất lớn bã đậu nành được tạo ra trên thế giới. Tại Nhật
Bản khoảng 800.000 tấn, ở Hàn Quốc là 310.000 tấn, Trung Quốc là 2.800.000 tấn
và ở Việt Nam là 150.000 tấn được tạo ra từ ngành công nghiệp sản xuất hũ đậu nành
mỗi năm. Với một lượng lớn BĐN được tạo ra mỗi năm như trên thì việc ứng dụng
nó vào trong sản xuất là điều rất cần thiết nhằm hạn chể tối đa việc thải ra ngoài môi
trường gây ô nhiễm môi trường. Đây có thể coi là một trong những nguồn nguyên
liệu dồi dào, giá rẻ cho cả ngành công nghiệp chăn nuôi và ngành hóa thực phẩm.
Một số ứng dụng của bã đậu nành:
-
Làm thức ăn chăn nuôi: hầu hết bã đậu nành được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi
cho các hộ chăn nuôi ở gần cơ sở sản xuất đồ uống từ đậu nành. Vì bã đậu nành cung
cấp nhiều chất dinh dưỡng cho quá trình chăn nuôi, sử dụng bã đậu nành nhằm làm
-
giảm chi phí thưc ăn và tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ.
Làm chất nền cho quá trình nên men: tiềm năng sử dụng bã đậu nành như một cơ
chất cho quá trình lên men ethanol hoặc sản xuất metan đã được xem xét và có tính
-
khả thi.
Làm phân bón: trong trường hợp nhu cầu chăn nuôi là không đủ lớn để sản xuất,
-
BĐN có thể chuyển hướng để xử lý các chất dinh dưỡng cho cây trồng và đất.
Chế tạo vật liệu hấp phụ: các phế phụ phẩm nông nghiệp ngoài BĐN như: vỏ dừa, vỏ
trấu, lõi ngô… đều được nghiển cứu có khả năng xử lý các thành phần hóa học.
Chính vị vậy với sản lượng lớn BĐN tạo ra hàng năm thì việc nghiên cứu chế tạo
BĐN thành vật liệu hấp phụ các thành phần hóa học là một hướng đi mới hứu hẹn
nhiều tiềm năng.
13
1.2.
Tổng quan về phương pháp hấp phụ
1.2.1. Cơ chế của phương pháp
- Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách giữa các pha (khí- rắn,
lỏng- rắn, khí- lỏng, lỏng- lỏng).
- Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử
của các pha khác nhau nằm tiếp xúc với nó.
- Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề mặt
chất hấp phụ.
Thông thường quá trình hấp phụ là một quá trình tỏa nhiệt.
1.2.2. Cơ chế của quá trình hấp phụ
Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ,
người ta chia ra hai loại hấp phụ:
- Hấp phụ vật lý gây ra bởi lực Vander Waals giữa phần tử chất bị hấp phụ và
bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ.
Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất bị hấp phụ
và phần tử chất bị hấp phụ, liên kết này bền, khó bị phá vỡ.
Trong thực tế, sự phân biệt giữa hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là
tương đối vì ranh giới giũa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại cả hấp phụ
vật lý và hấp phụ hóa học. Ở vùng nhiệt độ thấp xảy ra quá trình hấp phụ vật lý, khi
tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.
- Giải hấp phụ: là quá trình chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt chất hấp phụ. Giải
hấp phụ dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp phụ.
Giải hấp phụ là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ để có thể tiếp tục sử dụng lại
nó nên nó mang đặc trưng về hiệu quả kinh tế.
-Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ: phương pháp nhiệt, phương
pháp hóa lý, phương pháp vi sinh.
1.2.3. Cân bằng hấp phụ
- Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Các phần tử chất bị hấp phụ
khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang
(hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ
trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang
càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì
quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
14
- Dung lượng hấp phụ cân bằng (tải trọng hấp phụ): là khối lượng chất bị hấp
phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng và ở điều kiện xác
định về nồng độ và nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
qi (mg/g)=
(1.1)
Trong đó:
qi: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
: Nồng độ dung dịch đầu (mg/l)
: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ trên một
đơn vị diện tích bề mặt chất hấp phụ.
qi (mg/g)=
(1.2)
S: Diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ.
-
Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch
ban đầu
H(%) = . 100
(1.3)
H : hiệu suất hấp phụ (%).
1.2.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường
đẳng nhiệt hấp phụ là đường biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một
thời điểm vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó
ở một nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một
lượng xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết
của chất bị hấp phụ.
Với chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt
hấp phụ được mô tả qua phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir mô tả quá trình hấp phụ một lớp
đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình Langmuir được thiết lập với các giả
thiết sau:
15
- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (tiểu
phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại mỗi trung tâm xác định).
- Sự hấp phụ là chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân).
- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau.
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng, tức sự hấp phụ xảy ra
trên bất kì chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi. Hay trên bề mặt
chất hấp phụ không có những trung tâm hoạt động.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:
qe =.
(1.8)
Trong đó:
qe : Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
: Tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
b : Hằng số, chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ
-
Khi b.<<1 thì qe= b. mô tả vùng hấp phụ tuyến tính
-
Khi b.>>1 thì qe= mô tả vùng hấp phụ bão hòa
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu
diễn là một đường cong.
Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể
sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về phương trình đường
thẳng:
= +
16
(1.9)
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của /q e vào sẽ xác định các hằng số trong
phương trình Langmuir.
0
Hình 1.1: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir
/qe
tgα
N
0
Hình 1.2: Sự phụ thuộc của /qe vào tgα = ; ON=
1.3.
Tổng quan về tài liệu nghiên cứu có liên quan
Trong những năm gần đây ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về xử
lý nước thải bằng vật liệu chế tạo từ các phụ phẩm nông nghiệp bởi tính khả thi, tính
kinh tế cao và góp phần bảo vệ môi trường mà phương pháp này mang lại.
Đề tài “ Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nước thải của xơ
dừa hoạt hóa” của nhóm nghiên cứu Đỗ Thu Hà, Nguyễn Thanh Hòa, Phan Hữu
Thành, Hà Mạnh Thắng, Nguyễn Thị Thơm đã cho thấy: Trong môi trường ô nhiễm
đơn lẻ các kim loại Pb, Cu, Zn, Cd và As ở nồng độ 5 mg/lít và lượng xơ dừa hoạt
hóa đưa vào xử lí là 5g/lít nước thải thì xơ dừa hoạt hóa có khả năng hấp thu khá tốt
Pb, Cu, Zn và Cd, khả năng hấp thu của xơ dừa đạt 99,46% đối với Pb; 80,06%
lượng Cu; 77,82% đối với Cd và 61,22% đối với Zn, xơ dừa hấp thu kém As
17
(11,40%).;đồng thời pH môi trường nước thải tăng gần 3 đơn vị. Khi tăng nồng độ ô
nhiễm lên 50 mg/lít hiệu suất hấp thu Pb, Cu, Zn và Cd của xơ dừa giảm mạnh; pH
môi trường ít có sự thay đổi.
ThS. Phạm Thị Minh Thúy đã tiến hành nghiên cứu “ Chế tạo than hoạt tính
từ vỏ trấu và ứng dụng xử lý Mangan trong nước thải” thu được kết quả: Giá trị pH
tối ưu cho sự hấp phụ Mangan của than hoạt tính là ở pH = 7; thời gian đạt cân bằng
hấp phụ Mangan của than hoạt tính là 60 phút; khối lượng vật liệu hấp phụ tối ưu là
1,5g và đã xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính là 12,66mg/g.
Mặc dù nhiều phụ phẩm nông nghiệp đã được nghiên cứu về khả năng xử lý
các thông số: kim loại nặng (mangan, niken...), chất hữu cơ trong nước, nhưng bã
đậu nành hiện chỉ có nghiên cứu về khả năng hấp phụ ion ,. Luận văn thạc sĩ“Nghiên
cứu khả năng hấp phụ ion ,trên vật vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành” của
Trần Thị Ngọc Ngà cho thấy điều kiện tối ưu để hấp phụ ion lên bã đậu nành: thời
gian khuấy tối ưu là 60 phút; pH tối ưu là 5,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 2 gam VLHP/
100ml dung dịch , khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên hiệu suất hấp phụ là
98,43 (%). Tải trọng hấp phụ cực đại của bã đậu nành biến tính trong hấp phụ bể là
qmax = 1,467 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 10,828. Còn đối với khả năng hấp phụ
ion : thời gian khuấy tối ưu là 60 phút; pH tối ưu là 5,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 0,8
gamVLHP/100ml dung dịch 20mg/l, khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên hiệu
suất hấp phụ là 99,38 (%). Tải trọng hấp phụ cực đại của bã đậu nành biến tính trong
hấp phụ bể là qmax = 6,178 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 23,143.
18
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.
Đối tượng và địa điểm nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch amoni pha từ NH4Cl
Bã đậu nành
- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường- Trường Đại Học
Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội
2.2.
Hóa chất, dụng cụ, thiết bị
Bảng 2.1: Danh mục các dụng cụ, thiết bị, hóa chất cần thiết cho quá trình
nghiên cứu
19
S
T
T
Dụng cụ, thiết bị
Mục đích
1
Tủ sấy
Sấy vật liệu
2
Máy lắc
Xác định thời gian tối ưu
3
Máy đo quang
Xác định nồng độ NH4+
4
Lò nung cacbon hóa
Nung vật liệu cacbon hóa
5
Cân
Cân nguyên liệu, hóa chất
6
Dụng cụ thủy tinh phổ biến trong
phòng thí nghiệm
Tiến hành các thí nghiệm phụ
trợ
1
Axit Citric
Biến tính vật liệu hấp phụ
2
NaOH
Điều chỉnh pH
3
NaClO
Xác định nồng độ amoni trong
dung dịch
4
Natri Citrat
Xác định nồng độ amoni trong
dung dịch
5
Natri Nitroprusit
Xác định nồng độ amoni trong
dung dịch
6
Phenol
Xác định nồng độ amoni trong
dung dịch
20
2.3.
Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài như sau:
+ Các công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước
+ Các nghiên cứu về chế tạo vật liệu xử lý nước từ phụ phẩm nông nghiệp
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
2.3.2.1.
Phương pháp chế tạo vật liệu sấy biến tính từ bã đậu nành
Để tạo ra vật liệu sấy biến tính bã đậu nành được ngâm qua axit và rửa sạch
bằng bazo đến trung tính trước khi đưa và tủ sấy. Quá trình chế tạo này có thể được
thể hiện cụ thể ở sơ đồ sau:
Bã đậu nành
- Rửa sạch, phơi khô
Bã sạch
- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính
VL đã qua hoạt hóa
- Sấy ở 600C trong 24h
- Tăng lên 1200C trong 90 phút
Sản phẩm
- Giã
- Rây qua rây 0,5mm
VLHP sấy biến tính
Hình 2.1:Sơ đồ chế tạo VLHP sấy biến tính
21
2.3.2.2.
Phương pháp chế tạo VL cacbon hóa từ bã đậu nành
Đối với quá trình các chế tạo vật liệu cacbon hóa, bã đậu nành cũng đươc
xử lý sơ bộ bao gồm rửa sạch, phơi khô trước khi đưa và tủ sấy để tạo thành vật
liệu cacbon hóa. Quá trình chế tạo được thể hiện cụ thể ở sơ đồ sau:
Bã đậu nành
- Rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Phơi khô
Bã sạch
- Sấy ở 600C trong 24h
Sản phẩm sau sấy
- chuyển vào cốc nung
- Đem nung ở 4000C trong 2h
VL sau nung
- Giã
- Rây qua rây 0,5mm
VLHP cacbon hóa
Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa
2.3.2.3.
Phương pháp chế tạo VL cacbon hóa biến tính từ bã đậu nành
Bã đậu nành được đem rửa sạch, phơi khô để làm giảm thành phần dinh dưỡng
có trong bã đậu nành. Sau đó bã đậu nành sẽ được ngâm với axit và rửa sạch bằng
bazo đến trung tính để đưa vào lò lung tạo thành vật liệu cacbon hóa biến tính. Quá
trình chế tạo được thể hiện ở sơ đồ dưới đây:
22
Bã đậu nành
- Rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Phơi khô
Bã sạch
- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính
VL đã qua hoạt hóa
- Sấy ở 600C trong 24h
Sản phẩm sau sấy
- chuyển vào cốc nung
- Đem nung ở 4000C trong 2h
VL sau nung
- Giã
- Rây qua rây 0,5mm
VLHP cacbon hóa biến tính
Hình 2.3: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa biến tính
23
2.3.2.4.
Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu
Để nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni của bã đậu nành, , nhóm chúng tôi đẫ
tiến hành xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ amoni của vật
liệu với các nồng độ khác nhau từ 1ppm đến 100ppm và xác định dung lượng hấp
phụ cực đại.
Quy trình thực nghiệm thể hiện trên sơ đồ sau:
Chuẩn bị bình- tam
giác
Đánh
số 100ml
thứ tự
+ 0,5g VLHP vào mỗi bình
+ 100ml dung dịch NH4+
đã xác
Hấp phụ trong máy
lắc định nồng độ
Lọc
Xác định nồng độ NH4+ còn lại sau khi lắc
Xác định khả năng hấp phụ
Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chung nghiên cứu khả năng hấp phụ NH4+ của vật liệu
Khảo sát thời gian cân bằng: đầu tiên ta tiến hành chuẩn bị bình tam giác có
thể tích là 100ml đánh số thứ tự từng bình và cân lần lượt 0.5g đối với từng loại than.
Sau đó đổ 100ml dung dich NH4+ đã xác định nồng độ vào các bình tam giác rồi
mang đi hấp phụ bằng máy lắc ở các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 90
phút. Sau đó mang bình chứa than đã được lắc với thời gian tương ứng đem đi lọc
24
bằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc xác định nồng độ amoni còn lại, từ đó xác định
được khoảng thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ
Xác định hiệu suất hấp phụ: hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu với các
nồng độ khác nhau từ 1ppm đến 100ppm: để xác định được hiệu suất hấp phụ của
các loại vật liệu tại các các nồng độ khác nhau ta tiến hành chuẩn bị các bình tam
giác có thể tích là 100ml rồi cân 0.5 g vật liệu hấp phụ. Sau đó đổ 100ml dunh dịch
NH4+ đã xác đinh nồng độ riêng vào các bình tam giác rồi mang đi hấp phụ bằng máy
lắc trong khoảng thời gian cân bằng đã được xác định. Sau đó mang dung dịch amoni
chứa vật liệu hấp phụ mang đi lọc bằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc đi xác định
nồng độ amoni còn lại. Từ đó ta xác định được hiệu suất hấp phụ tương ứng của vật
liệu hấp phụ.
Xác định dung lượng hấp phụ cực đại: từ quá trình xác định hiệu suất hấp
phụ của vật liệu tại các nồng độ khác nhau từ xác định được dung lượng hấp phụ cực
đại của từng loại vật liệu trong khoảng nồng độ khảo sát từ 1ppm-100ppm.
Công thức tính toán:
Dung lượng hấp phụ cân bằng được biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng
độ và nhiệt độ cho trước.
Dung lượng (q) được xác định theo công thức:
Trong đó:
V: thể tích dung dịch (l)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
Ci: Nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch ban đầu (mg/l)
Cf: Nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch cân bằng (mg/l).
2.4.
Phương pháp phân tích
Phương pháp này nhằm xác định nồng độ amoni trong nước; được thực hiện
bằng phương pháp Phenat(theo SMEWW 4500 NH3.F:2012)
a, Nguyên tắc
Ion amoni được xác định bằng phương pháp phenat( Standard Methads 1995),
dựa trên việc đo màu ở bước sóng 640nm của hợp chất màu xanh do sử dụng thuốc
thử phenol, được tạo thành giữa amoni, hypoclorit và phenol có xúc tác natri
25
