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

Header Page 1 of 128.

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
Vũ Lực
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận văn ThS chuyên ngành: Khoa học môi trường; Mã số: 60 85 02
Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Hồng
Năm bảo vệ: 2012
Abstract: Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ bã sắn và bã dong riềng . Tận dụng chất
thải( bã thải sắn, dong) để chế tạo sản phẩm than hoạt tính có giá trị, góp phần cải thiện
môi trường và tăng hiệu quả kinh tế. Khảo sát đặc tính của than, khảo sát khả năng hấp
phụ màu (xanh metylen) trong nước, và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp
phụ của than điều chế được.
Keywords: Khoa học môi trường; Than hoạt tính; Chất thải; Xử lý môi trường

Content
1. MỞ ĐẦU
Một trong các loại vật liệu hấp phụ đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vự c khác nhau như quân
sự, y tế (làm vật liệu lọc độc trong các mặt nạ phòng độc ), công nghiê ̣p (như công nghiê ̣p miá
đường thì làm vâ ̣t liê ̣u xử lý màu )…hiê ̣n nay than hoa ̣t tiń h cũng được sử du ̣ng rấ t nhiề u trong
lĩnh vực xử l ý môi trường (hấ p phu ̣ hơi , khí độc trong xử lý khí ; hấ p phu ̣ các chấ t hữu cơ trong
làm sạch nguồn nước ) và đã cho những kết quả tốt . Chính vì vậy , viê ̣c nghiên cứu điề u chế , sản
xuấ t và ứng du ̣ng than hoa ̣t tính ngày càng được quan tâm . Ở Việt Nam cũng đã có khá nhiều
công triǹ h nghiên cứu điề u chế , sản xuất và sử dụng than hoạt tính cũng như nghiên cứu các
nguồ n nguyên liê ̣u dùng để sản xuấ t than hoa ̣t tiń h như : than antraxit, gáo dừa , bã mía, mùn cưa,
bụi bông,…[1, 2, 3, 4, 5].

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 1 of 128.

Header Page 2 of 128.
Trong nghiên cứu này đã tận dụng bã thải từ quá trình sản xuất tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng để
chế ta ̣o than hoạt tính ứng dụ ng trong xử lý xanh metylen trong nước với các nội dung: 1)
Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ bã sắn; 2) Khảo sát đặc tính của than; và 3) Khảo sát khả
năng hấp phụ xanh metylen trong nước của than chế tạo ; 4) Tính toán sơ bộ chi phí chế tạo than.
2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu, hóa chất, thiết bị
- Bã thải từ quá trình sản xuất tinh bột sắn (bã sắn lọc tinh), tinh bột dong riềng được tâ ̣n
dụng để chế tạo than hoạt tín h
- Mẫu nước chứa xanh metylen (mẫu tự pha từ dung dịch xanh metylen gốc) để có nồ ng đô ̣ xanh
metylen trong khoảng 20-100mg/L.
- Hóa chất: Axit H2SO4 đặc 98%; NaHCO3 2%;
- Thiết bị: Cân điện tử, cân kỹ thuật: PA213/PA213C. Ohaus – Mỹ; Máy lắc: Eđun Biiher GmbH;
Tủ sấy: UBNB42700. Memmert – Đức; Lò nung: Lenton PO Box 2031 Hope Valley S33 6BW
England; Máy trắc quang UV- VIS: DR/4000U, HACH - Mỹ.
- Phương pháp phân tích: Hàm lượng xanh metylen trong các mẫu nước được phân tích theo
phương pháp trắc quang (đường chuẩn) tại bước sóng 724nm.
2.2. Phƣơng pháp chế tạo than hoạt tính từ bã sắn, bã dong riềng bằng hóa nhiệt
Chế tạo than hoạt tính theo phương pháp hóa học (axit hóa), phương pháp vật lý (nhiệt), kết hợp
giữa phương pháp vật lý (nhiệt) và phương pháp hóa học (xem hình 1).
Bã sắ n, bã dong riềng để khô tự nhiên

Ngâm trong axit H2SO4 đặc 98% 1 giờ

Đốt trong 3 giờ ở 250oC

Trung hòa axit dư bằng dung dịch NaHCO3 2%

Rửa bằng nước cất đến pH = 7

Than sản phẩm

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 2 of 128.
Hình 1. Quy trình chế tạo than hoạt tính từ bã thải của quá triǹ h sản xuấ t tinh
bô ̣t sắ n, dong riềng


Header Page 3 of 128.

Tỉ lệ axit/bã (theo khối lượng) thay đổi 1:1; 1,2:1 và 1,5:1 tương ứng với các mẫu than CAS100,
CAS120 và CAS150, CAD100, CAD120, CAD150.Than sau khi được tráng rửa bằng nước cất đến
pH= 7 đem sấy khô ở nhiê ̣t đô ̣ 60 – 65oC.
2.3. Phƣơng pháp khảo sát đặc tính than chế ta ̣o
Nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc bề mặt vật liệu sau biến tính bằng phương pháp kính hiển vi điện
tử quét SEM (phòng thí nghiệm khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN).
Chùm điện tử sơ cấp được gia tốc bằng điện thế từ 1 – 50 kV giữa anot và catot rồi đi qua thấu kính
hội tụ quét lên bề mặt mẫu đặt trong buồng chân không. Chùm điện tử có đường kính từ 1 – 10nm
mang dòng điện từ 10-10 – 10-12A đến bề mặt mẫu. Do tương tác của chùm điện tử với các nguyên
tử trên bề mặt mẫu, các điện tử thứ cấp phát ra được thu và chuyển thành ảnh biểu thị bề mặt vật liệu.
Xác định diện tích bề mặt theo phương pháp BET tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
2.4. Phƣơng pháp khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen
Nghiên cứu khả năng hấp phụ được tiến hành theo mẻ với lượng than CAS150 (kích thước 0,2 và
2mm) 0,1 và 0,2g/200 ml dung dịch xanh metylen (nồ ng đô ̣ trong khoảng 20-100mg/L). Hỗn hợp
được cho vào bình tam giác 250 ml, lắc với tốc độ 150 vòng/phút ở nhiệt độ phòng.
Sau các khoảng thời gian 0; 10; 25; 55; 70; 85 và 115 phút, lấy một phần dung dịch đem lọc qua
giấy lọc, đem phân tích xác định hàm lượng xanh metylen còn lại trong dung dịch.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả chế tạo than hoạt tính tƣ̀ bã sắ n

Kết quả chế tạo than thu được và hiệu suất đạt lớn nhất khoảng 57% đối với tỉ lệ axit:bã 1,5:1
theo khối lượng. So sánh với vật liệu chế tạo từ than tre ở nhiệt độ nung 900oC hiệu suất đạt
49,5% thì hiệu suất chế tạo than hoạt tính từ bã sắn đạt được là khá cao [4, 5].

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 3 of 128.


Header Page 4 of 128.
3.2. Kết quả khảo sát đặc tính của than chế tạo
Than thu được đem nghiền mịn với các kích thước 2 và 0,2mm (hình 2) và phân tích đặc tính
than (chụp SEM và phân tích BET).

Hình 2. Than chế ta ̣o từ bã sắ n (a – than chế tạo; b- than kích thước 2mm; c- than kích thước 0,2mm)

a

b

a

c

b
Hình 3. Hình ảnh SEM của (a) bã sắn ban đầu và (b) mẫu than chế ta ̣o CAS150

Kế t quả chụp SEM (hình 3) cho thấ y bề mă ̣t than chế ta ̣ o được có rấ t nhiề u vùng ghồ ghề và
các mảnh vụn vỡ , quan sát thấ y các ha ̣t không chỉ khác nhau về hình da ̣ng mà còn cả kích thước

,

quan sát cũng thấ y có rấ t nhiề u lỗ rỗng và kích thư ớc không đồng đều. So sánh kết quả chụp
SEM của mẫu than CAS150 cho thấy kích thước lỗ của các mẫu than chế tạo từ bã sắn trong
khoảng 0,01÷5μm. Diện tích bề mặt riêng đạt được khá lớn 428 và 254m/g tương ứng với than
kích thước 0,2 và 2mm. So với các cacbon hoạt hoá từ các vật liệu khác thì cacbon hoạt hoá từ
bã sắn có diện tích bề mặt riêng khá cao, ví dụ than chế tạo từ bụi bông có diện tích bề mặt là
562 và 380m/g tương ứng với kích thước hạt 0,25 và 1,0mm; từ thân cọ có diện tích bề mặt là
188m2/g, cây đậu phộng là 208m/g, cây sắn là 207m/g.
3.3. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen của than chế tạo
Tiến hành theo mẻ với 0,1g than hoạt tính CAS150 kích thước 2mm và 200 ml dung dịch xanh
metylen nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L (xem hình 4).

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 4 of 128.


Header Page 5 of 128.

Nồng độ xanh
metylen còn lại sau
hấp phụ (mg/L)

120

100
80

20 (mg/L)

60

40 (mg/L)

40

80 (mg/L)

20

0
0

50 hấp
Thời gian

100 (mg/L) Hình 4. Kết quả khảo sát khả
năng hấp phụ màu của mẫu than
CAS150 theo thời gian và nồng độ
xanh metylen (0,1g/200ml dung
100 (phút) 150
dịch xanh metylen)
phụ

Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ tăng theo thời gian, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là
khoảng 85 phút. Kết quả hiệu suất hấp phụ xanh metylen tại thời điểm cân bằng hấp phụ tương
ứng với các nồ ng đô ̣ 20; 40; 80; và 100 mg/L lầ n lượt là : 86,9; 84,9; 80 và 73,9%. So với các
nghiên cứu trước hiệu quả có thấp hơn nhưng không nhiều [6, 7, 8, 9].
3.4. Kế t quả xác định dung lƣợng hấp p hụ cực đại và động học quá trình hấp phụ
Động học quá trình hấp phụ xanh metylen theo phương trình sau:
(𝐶𝑜 − 𝐶)𝑉
𝑚𝑡
q- Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)

𝑞=

Trong đó:

C0 – nồng độ xanh metylen ban đầu (mg/L)
C – nồng độ xanh metylen còn lại trong nước (mg/L)
V – thể tích dung dịch hấp phụ (L)
mt – khối lượng than sử dụng hấp phụ (g)
Kết quả thu được đối với quá trình hấp phụ của than CAS150 đưa ra ở bảng 1.
Bảng 1. Thông số động học quá trình hấp phụ xanh metylen của mẫu than CAS150

Co (mg/L)

Ce (mg/L)

qe (mg/g)

20

2,6

34

40

6,0

67

80

16,2

128

100

26,0

148

Từ kết quả bảng 1 xây dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hình 5).

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 5 of 128.


Header Page 6 of 128.

2

1.4
1.2

1.5
Ce/qe

1
0.8

lgqe

1

0.6

y = 0.042x + 0.626
R² = 0.995

0.5

y = 0.639x + 0.300
R² = 0.983

0.4
0.2

0
0

10
Ce(mg/L)

20

30

0
0

0.5

lgCe

1

1.5

Hình 5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (a) và Freundlich (b) của mẫu than CAS150 (lượng
than 0,1g/200ml dung dịch xanh metylen)
Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở trên, tính toán dung
lượng hấp phụ cực đại và các hệ số của phương trình Langmuir và Freundlich (xem bảng 2). Kết
quả trên cho thấy hệ số tương quan R 2 là rất cao, chứng tỏ cả hai mô hình đều phù hợp với kết
quả thực nghiệm. Theo mô hình Langmuir thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại là khá cao
(234,7mg/g) so với dung lượng hấ p phu ̣ đơn lớp của than chế ta ̣o từ bu ̣i bông ch
160,3mg/g[5].

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 6 of 128.

ỉ đạt là


Header Page 7 of 128.
Bảng 2. Các thông số động học trong phương trình Langmuir và Freundlich của mẫu than
CAS150
Langmuir

Freundlich
2

Q0 (mg/g)

b

R

234,7

0,068

0,9953

n

kf

R2

1,562

1,9952

0,9873

Phương trình Freundlich có giá trị n là 1,562 chứng tỏ quá triǹ h hấ p phụ cũng tương đối hiệu
quả vì theo Sandro Altenor và nnk (2009) cũng như một số nghiên cứu khác chỉ ra rằng giá trị n
nằm trong khoảng 2 đến 10 thì đặc trưng cho quá trình hấp phụ tốt [7, 9, 10].
3.5. Kế t quả khảo sát khả năng hấ p phu ̣ xanh metylen theo khố i lƣơ ̣ng

và kích thƣớc than

Nghiên cứu khả năng hấp phụ được tiến hành theo mẻ với 0,1 và 0,2g mẫu than CAS 150 kích
thước 2mm và 200 ml dung dịch xanh metylen nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L (xem bảng 3).
Với khố i lượng than tăng gấ p đôi (0,2g/200ml dung dịch xanh metylen ) hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu
tăng lên rõ rệt, với nồ ng đô ̣ xanh metylen 20 và 40 mg/L hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu đ ạt tới 100%
tương ứng sau 85 và 115 phút.
Bảng 3. Khả năng hấp phụ xanh metylen theo khối lượng than mẫu than CAS150
Thời gian hấ p phu ̣
(phút)
Nồ ng đô ̣
xanh
metylen
(mg/L)

0,1g
than

0,2g
than

0

10

25

55

70

85

115

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

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

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 7 of 128.


Header Page 8 of 128.
Bảng 4. Kế t quả khảo sát khả năng hấ p phụ màu( xanh metylen) theo kích thước than mẫu than

CAS150 (lượng than/thể tích dung di ̣ch là 1g/200ml)
0
10
25
55
70
85
115
Thời gian hấ p phu ̣ (phút)
Nồ ng đô ̣ xanh metylen
còn lại (mg/L)
2mm

Nồ ng đô ̣ xanh metylen
còn lại (mg/L)

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

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

0,2mm

Kế t quả khảo sát khả năng hấ p phu ̣ xanh metylen theo kić h thước than v

ới thí nghiệm tiến

hành theo mẻ với lượng than CAS150 là 0,1gam, kích thước 2mm và 0,2mm trong 200ml dung
dịch xanh metylen nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L. Kế t quả cho th ấy kích thước của than ảnh
hưởng rấ t rõ r ệt đế n khả năng và tố c đô ̣ hấ p phu ̣ . Với than kích thước 0,2 mm, tố c đô ̣ hấ p phu ̣
màu xảy ra nhanh và hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ của than là rấ t lớn gầ n như đa ̣t

100% chỉ sau 55 phút,

trong khi than 2mm có thời gian đạt cân bằng khoảng sau 85 phút ở cùng điều kiện thí nghiệm.
3.6. Than chế ta ̣o tƣ̀ bã dong riề ng
Kế t quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian
Tiến hành thí nghiệm hấp phụ theo mẻ với 2g than hoạt tính và 200 ml dung dịch xanh metylen
nồng độ tương ứng 20; 40; 80 và 100 mg/L, khuấy từ ở nhiệt độ phòng với tốc độ 150 vòng/phút,
sau các khoảng thời gian 0; 5; 15; 30; 45; 60 và 90 phút lấy giấy dịch lọc qua giấy lọc. Kết quả
khảo sát được thể hiện ở bảng 10.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 8 of 128.

Header Page 9 of 128.
Bảng 5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian của than chế tạo
từ bã dong riề ng
Nồng độ dung dịch xanh metylen còn lại (mg/L)
Thời gian (phút)
0

15

30

45

60

90

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

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

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

Mẫu than(2g)

CAD100

CAD120

CAD150

Từ kết quả ở bảng 5 dựng đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ màu (xanh metylen) còn lại trong
dung dịch theo thời gian hấp phụ ở các nồng độ ban đầu khác nhau được thể hiện ở các hình dưới
đây:

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 9 of 128.


Header Page 10 of 128.

Nồng độ xanh metylen
còn lại sau hấp phụ
(mg/L)

120
100
80

20 (mg/L)

60

40 (mg/L)

40

80 (mg/L)

20

100 (mg/L)

0
0

20

40

60

80

100

Thời gian hấp phụ (phút)

Nồng độ xanh metylen
còn lại sau hấp phụ
(mg/L)

a)
120
100
80
60

20 (mg/L)

40

40 (mg/L)

20

80 (mg/L)
100 (mg/L)

0
0

20

40

60

80

100

Thời gian hấp phụ (phút)

Nồng độ xanh metylen
còn lại sau hấp phụ
(mg/L)

b)
120
100
80

60

20 (mg/L)

40

40 (mg/L)

20

80 (mg/L)

0

100 (mg/L)
0

20

40

60

80

100

Thời gian hấp phụ (phút)
c)
Hình 5. Kế t quả khảo sát khả năng hấ p phụ màu ( xanh metylen) theo thời gian của các mẫu
than chế tạo từ bã dong riề ng:

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 10 of 128.


Header Page 11 of 128.
a) Mẫu than CAD100

b) Mẫu than CAD120
c) Mẫu than CAD150

Kết quả của bảng 10 và các hình 14 cho thấy rằng: khả năng hấp phụ màu (xanh metylen)
tăng theo thời gian hấp phụ (nồng độ xanh metylen giảm theo thời gian hấp phụ), thời gian đạt
cân bằng hấp phụ là khoảng 60 phút. Và hiệu suất hấp phụ của các mẫu than đạt được là khá cao,
trên 75%.
Kết quả hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen), tính theo công thức tại thời điểm cân bằng hấp
phụ, được thể hiện ở bảng 5.
Bảng 6. Kết quả hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen) tại thời điểm cân
bằng hấp phụ của than chế tạo từ bã dong riề ng
Hhp %
Co (mg/L)
20

40

80

100

CAD100

79

80,5

77,3

75,3

CAD120

93,5

86,7

82,2

77,5

CAD150

96,5

89,0

85,5

82,0

Loại than

Ta có thể thấ y hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ màu tăng lên khi tỷ lê ̣ axit / bã dong riề ng tăng , với mẫu than
CAD120 và CAD 150 hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ cao đố i với nồ ng đô ̣ là 20 mg/L và giảm dầ n khi nồ ng đô ̣
xanh metylen tăng dầ n nhưng đố i với mẫu than CAD

100

thì hiệu suất hấp phụ cao nhất với nồng

đô ̣ là 40 mg/L.
Kết quả xác định dung lượng hấp phụ cực đại và động học quá trình hấp phụ theo
phương trình đẳ ng nhiê ̣t hấ p phụ Langmuir và Freundlich
Từ kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu (xanh metylen) theo thời gian hấp phụ thể hiê ̣n
trong bảng ở trên tính được dung lượng hấp phụ màu (xanh metylen) tại thời điểm cân bằng hấp
phụ theo công thức và kết quả được thể hiện ở bảng 6.
Bảng 7. Các thông số động học Ce và qe tại thời điểm cân bằng của than chế tạo từ bã dong
riề ng
CAD100

CAD120

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 11 of 128.

CAD150


Header Page 12 of 128.

Co

Ce (mg/L)

qe (mg/g)

20

4,2

1,58

40

7,8

80
100

(mg/L)

Ce

qe (mg/g)

Ce (mg/L)

qe (mg/g)

1,3

1,87

0,7

1,93

3,22

5,3

3,47

4,4

3,56

18,2

6,18

14,2

6,58

11,6

6,84

24,7

7,53

22,5

7,75

18,8

8.12

(mg/L)

Ce/qe

Từ kết quả bảng 7 ở trên dựng được đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir:

y = 0.059x + 1.798
R² = 0.945

qe

Ce/qe

a) Mẫu than CAD 100

y = 0.097x + 0.769
R² = 0.961

qe
b) Mẫu than CAD 120

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 12 of 128.


Ce/qe

Header Page 13 of 128.

y = 0.097x + 0.509

R² = 0.930

qe
c) Mẫu than CAD 150
Hình 6. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các mẫu than chế tạo từ bã dong riềng
Kết quả đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than CAD100; CAD120 ;
CAD150 theo thực nghiệm:

lgqe

y = 0.867x - 0.310
R² = 0.988

y = 0.867x - 0.310
R² = 0.988

lgCe
a) Mẫu than CAD 100

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 13 of 128.


Header Page 14 of 128.

lgqe

y = 0.514x + 0.199
R² = 0.992

y = 0.514x + 0.199

R² = 0.992

lgCe
b) Mẫu than CAD 120

lgqe

y = 0.450x + 0.329
R² = 0.974

y = 0.450x + 0.329
R² = 0.974

lgCe
c) Mẫu than CAD 150
Hình7. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich của các mẫu than chế tạo
từ bã dong riề ng
Từ các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich ở trên, tính toán dung
lượng hấp phụ cực đại và các hệ số của phương trình Langmuir và Freundlich. Được b ảng kết
quả dưới đây:
Bảng 8. Kết quả tính toán các hệ số Langmuir và Freundlich của các mẫu than chế tạo từ bã
dong riề ng
Langmuir

Freundlich

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 14 of 128.


Header Page 15 of 128.

Các hệ số
Qo (mg/g)

b

R2

n

Kf

R2

CAD100

168,6

0,033

0,9457

1,15

2,065

0,9883

CAD120

103

0,126

0,9613

1,943

1,58

0,9922

CAD150

102,9

0,19

0,9306

2,22

2,13

0,974

Mẫu than

Bảng kết quả trên cho thấy hệ số tương quan R2 là rất cao, chứng tỏ cả hai mô hình đều phù
hợp với kết quả thực nghiệm.Tuy nhiên mô hình Freundlich là phù hợp hơn (R2 > 0,93). Theo

mô hình Langmuir ta thấy dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại là khá cao và theo mô hình này
thì dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại của mẫu than CAD 100 là lớn nhất (168,6 mg/g). Nhưng
theo mô hình Freundlich các hệ số đặc trưng của mẫu CAD150 là lớn nhất n = 2,22; Kf = 2,13.
Điều này chứng tỏ quá trình hấp phụ màu (xanh metylen) của mẫu CAD150 là khá tốt. Theo
Trayball (1980), giá trị n nằm trong khoảng 2 đến 10 thì đặc trưng cho quá trình hấp phụ là tốt
[13]
So sánh khả năng hấ p phụ của than chế taọ từ bã sắ n và bã dong riềng
Thí nghiệm với 2g mẫu than CAS 150 ; CAD150 kích thước 2mm với dung dich
̣ xanh metylen
nồ ng đô ̣ 20; 40; 80 và 100 mg/L. Kế t quả lấ y từ bảng 8 và bảng 10 được thể hiê ̣n ở bảng 14.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 15 of 128.


Header Page 16 of 128.
Bảng 9. Kế t quả so sánh khả năng hấ p phụ màu (xanh metylen) của than CAS150 và CAD 150 (khố i
lượng/thể tích dung di ̣ch lá 2g/200ml)
CAS150

Thời gian hấ p phu ̣

0

10

25

55

70

85

115

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

(phút)

Nồ ng đô ̣ xanh metylen
còn lại (mg/L)

CAD150
Thời gian hấ p phu ̣ (phút)

0

15

30

45

60

90

Nồ ng đô ̣ xanh metylen

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

còn lại (mg/L)

Từ kế t quả bảng 9 ta thấ y với hai mẫu than CA S150 và CAD 150 cùng khối lượng , cùng tỷ lệ
axit hoa ̣t hóa , các điều kiện tiến hành thí nghiệm tương đương nhau , thấ y khả năng hấ p phu ̣ màu
(xanh metylen ) của mẫu than CAS 150 cao hơn nhiề u so với mẫu than CAD

150,

tuy nhiên hiê ̣u suấ t

chế ta ̣o than CAS 150 là 56,8% thấ p hơn so với hiê ̣u suấ t chế ta ̣o của than CAD

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 16 of 128.

150

là 74,6%

Header Page 17 of 128.
3.7. Tính toán sơ bộ chi phí chế tạo than
3.7.1. Chi phí chế taọ than từ bã sắ n
Hiệu suất chế tạo than CAS150 đạt được là 56,8% => sản xuất 1kg than cần 1,8kg bã sắ n .
Tỷ lệ axit H2 SO4 /bã sắ n để điều chế than CAS150 là 100% về khối lượng => xử lý 1kg bã sắ n
cần 500 ml dung dịch axit H 2SO4 đặc 98%.
Vậy xử lý 1,8kg bã sắ n củ cần : 900 ml dung dịch axit H2SO4 đặc 98%.
900 ml dung dịch NaHCO3 2%.
Nhiệt lượng cung cấp trong 3 giờ ước lượng là 5 kWh
Chi phí hóa chất và điện năng là: Axit H 2SO4 đặc công nghiệp giá 10.000 vnđ/lit, vậy 900ml
giá 9.000vnđ. Muối NaHCO 3 khan giá 30.000vnđ/500g, suy ra 900 ml dung dịch NaHCO3 2%
cần 18g NaHCO3 khan tương đương giá thành là 1080vnđ. Giá điện theo Thông tư số
17/2012/TT-BCT thì giá bán điện kinh doanh sản xuất vào giờ bình thường là 2.061 vnđ/kWh,
vậy chi phí cho điện năng là 5 kWh*2.061vnđ/kWh = 10.305vnđ.
Vậy chi phí cần để thu được 1kg than CAS 150 là: 9.000đ + 1080đ + 10.305đ = 20.385đ.
3.7.2. Chi phí chế taọ than từ bã dong riềng
Hiệu suất chế tạo than CAD120 đạt được là 64,57% => sản xuất 1kg than cần 1,6kg bã dong
riề ng.
Tỷ lệ axit H2 SO4/bã dong riề ng để điều chế than CAD

120

là 100% về khối lượng => xử lý 1kg

bã dong riề ng cần 500 ml dung dịch axit H2 SO4 đặc 98%.
Vậy xử lý 1,6kg bã dong riề ng cần: 800 ml dung dịch axit H2SO4 đặc 98%.
800 ml dung dịch NaHCO3 2%.
Nhiệt lượng cung cấp trong 3 giờ ước lượng là 5 kWh
Chi phí hóa chất và điện năng là: Axit H 2SO4 đặc công nghiệp giá 10.000 vnđ/lit, vậy 800ml
giá 8.000đ. Muối NaHCO3 khan giá 30.000đ/500g, suy ra 800 ml dung dịch NaHCO 3 2% cần

16g NaHCO3 khan tương đương giá thành là 960đ. Giá điện theo Thông tư số 05/2011/TT-BCT
thì giá bán điện sản xuất cao nhất 2.061 vnđ/kWh, vậy chi phí cho điện năng là 5
kWh*2.061đ/kWh = 10.305đ.
Vậy chi phí cần để thu được 1kg than CAD 120 là: 8.000đ + 960đ + 10.305đ = 19.265đ.
Nếu sản xuất trên quy mô công nghiệp (tính toán đến cả chi phí nhân công) ta có thể bán than
với giá khoảng 23.000đ/kg. Trong khi đó so sánh với giá bán than từ vỏ dừa Trà Bắc bán trên thị

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 17 of 128.


Header Page 18 of 128.
trường là 25.000đ/kg, thì đây là một giá bán vẫn có tiń h ca ̣nh tranh trên thi trươ
̣
̀ ng . Đồng thời
nguồn bã thải từ quá triǹ h sản xuấ t tinh bô ̣t sắ n và dong riề ng là rất sẵn có tại các làng nghề chế
biế n nông sản như làng nghề xã Dương Liễu ; vì vậy nếu sản xuất ở quy mô lớn thì chi phí sản
xuất sẽ giảm và lợi ích thu được cho xã hội sẽ càng tăng cả về mặt kinh tế cũng như môi trường.
KẾT LUẬN
Từ các kết quả nghiên cứu có thể đưa ra một số kết luận sau:
- Chế tạo than từ bã sắn đạt được tương ứng là : 41,2; 54,4 và 56,8% đố i với các mẫu than
CAS100; CAS120; CAS150, cao nhất với tỉ lệ axit:bã là 1,5:1 theo khối lượng.
- Hình thái bề mặt quan sát qua kết quả chụp SEM cho thấy bề mặt than rất xù xì, các hạt
có kích thước cũng như hình dạng khác nhau, có nhiều lỗ rỗng với các kích thước khác nhau;
điều đó có thể nhận xét rằng than rất xốp và có diện tích bề mặt lớn. Đối với mẫu than CAS150
kích thước lỗ rỗng đạt 5μm, diện tích bề mặt riêng khá cao đạt 428 và 254m2/g tương ứng với
kích thước hạt 0,2 và 2mm của than CAS150.
- Khảo sát khả năng hấp phụ xanh với nồng độ 20; 40; 80 và 100 mg/L cho thấy cân bằng
hấp phụ đạt sau 85 phút. Hiệu suất hấp phụ tại thời điể m cân bằ ng của các mẫu than CAD100,
CAD120, CAD150, CAS150 khá cao tương ứng 75,3; 77,5; 82 và 74% với nồ ng đô ̣ xanh
metylen 100mg/L.

- Kết quả khảo sát đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir thu được dung lượng hấp phụ xanh
metylen đơn lớp tối đa của mẫu than CAS150 là 234,7 mg/g.
- Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ mà
cho thấ y với mẫu than CAS

150

u (xanh metylen ) phụ thuộc vào kích thước than

ta thấ y tố c đô ̣ v à hiệu suất hấp phụ màu (xanh metylen ) của than

kích thước 0,2mm cao hơn so với than có kić h thước 2mm.
- Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ màu

(xanh metylen ) theo khố i lượng than với mẫu

than CAS150 kích thước 2mm thấ y hiê ̣u suấ t hấ p phu ̣ than tăng khi tăng khố i lượng than .
- Chi phí tính toán sơ bộ cho thấy giá sản xuất

1kg than hoạt tính từ bã dong riềng là

19.265đ, từ bã sắn củ là 20.385đ điều này cho thấy việc tận dụng bã thải từ quá trình sản xuấ t
tinh bô ̣t để đ iều chế than hoạt tính vừa đem lại lợi ích kinh tế vừa đem lại lợi ích về mặt môi
trường, mặt khác giá thành than thành phẩm bán ra nói chung là giẻ hơn giá thành một số loại
than hoạt tính được chế tạo từ các nguồn vật liệu như là vỏ dừa, tre, vỏ quả sầu riêng…

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 18 of 128.


Header Page 19 of 128.

Khuyế n nghị:
- Từ các kết quả đạt được và một số điều kiện về thời gian và không gian tiến hành thí
nghiệm, cũng như giới hạn của luận văn có thể đưa ra một số kiến nghị như sau:
- Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ bã sắ n và bã dong riề ng bằng các phương pháp điều
chế than hoạt tính khác nhau, có thể áp dụng các quy trình điều chế than của các nguồn nguyên
liệu đã có trước đây, đặc biệt lưu ý tới các phương pháp vật lý điều chế than
- Khảo sát khả năng hấp phụ của than điều chế được với nhiều đối tượng khác như các
VOC S để thấy khả năng ứng dụng của nó trong xử lý môi trường.
Khảo sát khả năng hấp phụ màu trong nước thải thực tế tại các nhà máy nước thải dệt nhuộm

.

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), 816.
3. Hameed B.H and Hakimi H, “Utilization of durian (Durio zibethinus murray) peel as low cost
sorbent for the removal of acid dye from aqueous solution”, Biochemical Engineering joural,
39 (2008), 2347- 2356
4. Nguyễn Thị Hà, Lê Huy Du, Phạm Thị Hà Phương. Điều chế và nghiên cứu khả năng hấp phụ
của than tre hoạt tính. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Kỷ niệm 50 năm thành lập Khoa Hoá học,
Nhà xuất bản Đại học Quốc, Hanoi. (2006) pp. 32-37..
5. Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hoà. Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD trong nước thải nhuồm
bằng cacbon hoạt hoá chế tạo từ bụi bông. Tạp chí Khoa học - Khoa học Tự nhiên và Công
nghệ,, ĐHQG Hà Nội,. Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 24 (1) (2008), 16-22.
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,
Sarra Gaspard, “Adsorption studies of methylene blue and phenol onto vetiver roots activated
carbon prepared by chemical activation”, Journal of Hazardous Materials, 165 (2009), 10291039.

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 19 of 128.


Header Page 20 of 128.
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. José María Ramos Rodríguez Arana, René Reyes Mazzoco “Adsorption studies of methylene
blue and phenol onto black stone cherries prepared by chemical activation”, Journal of Hazard
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

luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 20 of 128.