Nghiên cứu tổ hợp than bùn – xơ dừa làm vật liệu hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
----- -----

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP THAN BÙN – XƠ
DỪA LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẤT MÀU
HỮU CƠ TRONG NƢỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA PHÂN TÍCH MÔI TRƢỜNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Nhung
Lớp

: 14CHP

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ LÀM KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN THỊ NHUNG
Lớp: 14 CHP
1. Tên đề tài: “ Nghiên cứu tổ hợp than bùn – xơ dừa làm vật liệu hấp phụ chất màu
hữu cơ trong nƣớc”
2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ
- Nguyên liệu: Than bùn đƣợc lấy ở hồ Bầu Sấu, Liên Chiểu, Đà Nẵng và xơ dừa
đƣợc mua tại Hòa Khánh Bắc, Liên Chiểu, Đà Nẵng.
- Hóa chất: NaOH, methylen xanh, HCl, nƣớc cất.
- Dụng cụ: Cân phân tích, máy đo pH, rây đƣờng kính 0.5mm, dụng cụ thủy tinh
(bình cầu 1000ml, bình tam giác 250ml, cốc thủy tinh,…), tủ sấy, lò nung, buret,
pipet,…
3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định thành phần cấu trúc than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ chất màu methylen
xanh bằng vật liệu than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa
4. Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
5. Ngày giao đề tài: 10/9/2017
6. Ngày hoàn thành đề tài: 23/4/2018

Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hƣớng dẫn

PGS.TS.Lê Tự Hải

TS.Trần Mạnh Lục


LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với
những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dừ trực tiếp hay gián tiếp
của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại
trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng đến nay, em đã nhận đƣợc rất
nhiều sựu quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở Khoa
Hóa Học đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt
vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập
tại trƣờng.
Em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Mạnh Lục, ngƣời đã hƣớng dẫn
tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu,
thực hiện và hoàn hành khóa luận.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 4 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Nhung


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

NGUYỄN THỊ NHUNG


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

b

Ái lực hấp phụ

IR

Phổ hồng ngoại

qmax

Ái trọng hấp phụ cực đại

TGA

Giản đồ phân tích nhiệt trọng lƣợng

SEM

Ảnh kính hiển vi điện tử quét

VLHP Vật liệu hấp phụ
KL

khối lƣợng

Tb

than bùn

Xd

xơ dừa


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................14
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................18
1.1.

Dừa và sợi xơ dừa ..........................................................................................18

1.1.1.

Đặc điểm và nguồn gốc ..........................................................................18

1.1.2.

Sợi tự nhiên .............................................................................................18

1.1.2.1.

Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên ..........................................................18

1.1.2.2.

Cấu trúc của sợi xơ dừa ......................................................................19

1.1.2.3.

Tính chất của sợi xơ dừa .....................................................................19
Xử lí sợi xơ dừa ......................................................................................20

1.1.3.
1.1.3.1.

Lý thuyết chúng về quá trình xử lí sợi.................................................20

1.1.3.2.

Ảnh hưởng của NaOH.........................................................................21

1.1.3.3.

Ảnh hưởng của dung dịch axit ............................................................21
Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính ...........22

1.1.4.
1.2.

Than bùn.........................................................................................................22

1.2.1.

Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn.....................................22

1.2.1.1.

Nguồn gốc than bùn ở Việt Nam .........................................................22

1.2.1.2.

Phân loại .............................................................................................23

1.2.1.3.

Tính chất .............................................................................................23

1.2.2.
1.3.
1.3.1.

Chất mùn trong than bùn ........................................................................24

Tổng quan về thuốc nhuộm............................................................................27
Sơ lƣợc về thuốc nhuộm .............................................................................27

1.3.2.1.

Thuốc nhuộm thiên nhiên ....................................................................27

1.3.2.2.
Thuốc nhuộm tổng hợp: đƣợc chia theo phân lớp kỉ thuật và theo cấu
tạo hóa học. ............................................................................................................28


1.3.3.

Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm...................30

1.3.4.

Các phƣơng pháp xử lí nƣớc thải dệt nhuộm .........................................30

1.4.

Giới thiệu về xanh methylen ..........................................................................31

1.4.1.

Cấu tạo, tính chất của xanh methylen .....................................................31

1.4.2.

Hiện trạng ô nhiễm xanh methylen trong nƣớc thải ...............................32

1.5.

Phƣơng pháp hấp thụ trong xử lí nƣớc thải ...................................................32

1.5.1.

Khái niệm và bản chất của quá trình hấp phụ ........................................32

1.5.2.
Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và phƣơng trình hấp phụ
đẳng nhiệt Freunlich ..............................................................................................33
1.5.2.1.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir ......................................33

1.5.2.2.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ....................................34

1.5.3.

Hiệu dung và hiệu suất hấp phụ..............................................................35

1.5.3.1.

Dung lượng hấp phụ cân bằng ...........................................................35

1.5.3.2.

Hiệu suất hấp phụ (H%) .....................................................................35

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................36
2.1.

Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất ......................................................................36

2.1.1.

Nguyên liệu .............................................................................................36

2.1.1.1.

Xơ dừa .................................................................................................36

2.1.1.2.

Than bùn .............................................................................................36

2.1.2.

Hóa chất ..................................................................................................37

2.1.3.

Dung cụ và thiết bị ..................................................................................37

2.1.4.

Pha dung dịch .........................................................................................37

2.1.4.1.

Pha dung dịch chuẩn xanh methylen 100ppm ....................................37

2.1.4.2.

Pha dung dịch NaOH 0.5N .................................................................38

2.2.

Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................39


2.2.1.

Thu gom và xử lí mẫu .............................................................................39

2.2.1.1.

Xơ dừa: Cách tiến hành ......................................................................39

2.2.1.2.

Than bùn: Cách tiến hành ..................................................................40

2.2.1.3.

Tổ hợp than bùn và xơ dừa: Cách tiến hành .......................................41

2.2.1.4.

Xác định độ ẩm ...................................................................................42

2.2.1.5.

Xác định hàm lượng tro ......................................................................42

2.2.1.6.

Xử lí vật liệu bằng NaOH ...................................................................43

2.2.2.
Khảo sát một số tính chất vật lí của xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa và
than bùn biến tính ..................................................................................................43

2.2.2.1.

Phổ hồng ngoại (IR) và phổ phân nhiệt trọng lượng TGA .................43

2.2.2.2.

Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) ..........................................43

2.2.3.

Các phƣơng pháp phân tích định lƣợng bằng phƣơng pháp trắc quang .43

2.2.4.
Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh methylen lên vật liệu hấp phụ than
bùn, xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa ..............................................................44
2.2.5.
Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu suất hấp phụ xanh methylen của
than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa ..........................................................45
2.2.5.1.

Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ...........................................46

2.2.5.2.

Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng .....................................................................46

2.2.5.3.

Khảo sát nồng độ của xanh methylen .................................................46

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................47
3.1.

Xác định đặc tính lí hóa của nguyên liệu ban đầu .........................................47

3.1.1.

Xác định độ ẩm .......................................................................................47

3.1.2.

Xác định hàm lƣợng tro ..........................................................................47

3.2. Khảo sát một số tính chất vật lí của than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ
dừa biến tính ..............................................................................................................48
3.2.1.

Phổ hồng ngoại .......................................................................................48


3.2.2.

Ảnh SEM ................................................................................................51

3.2.3.

Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng (DTA/TG) ...........................................52

3.3.

Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình hấp phụ xanh methylen .........................53

3.3.1.

Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ..............................................................53

3.3.2.

Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng ..........................................................................56

3.3.3.

Ảnh hƣởng của nồng độ xanh methylen .................................................59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................69
KẾT LUẬN ..............................................................................................................69
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa ...............................................................20
Bảng 1.2: So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác ................20
Bảng 2.1. Pha nồng độ dãy chuẩn xanh methylen ....................................................38
Bảng 2.2. Pha nồng độ xanh methylen dùng để khảo sát..........................................38
Bảng 2.3. Mật độ quang của các dung dịch chuẩn ....................................................45
Bảng 3.1. Độ ẩm của mẫu. ........................................................................................47
Bảng 3.2. Độ tro hóa của mẫu. ..................................................................................48
Bảng 3.3. Những dải phổ hồng ngoại chính của mẫu than bùn và tổ hợp than bùn +
xơ dừa. .......................................................................................................................50

Bảng 3.4. Những dải phổ hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ
dừa. ............................................................................................................................51
Bảng 3.5. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu than
bùn. ............................................................................................................................54
Bảng 3.6. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu xơ dừa.
...................................................................................................................................54
Bảng 3.7. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu tổ hợp
than bùn + xơ dừa......................................................................................................55
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ đến tải trọng hấp phụ. .55
Bảng 3.9. Khảo sát khối lƣợng của mẫu than bùn hấp phụ methylen xanh. .............57
Bảng 3.10. Khảo sát khối lƣợng của mẫu xơ dừa hấp phụ methylen xanh...............57
Bảng 3.11. Khảo sát khối lƣợng của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa hấp phụ
methylen xanh. ..........................................................................................................58
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát khối lƣợng vật liệu hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
methylen xanh. ..........................................................................................................58
Bảng 3.13. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đến hấp phụ methylen xanh của mẫu
than bùn. ....................................................................................................................60


Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ
dừa. ............................................................................................................................60
Bảng 3.15. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu tổ
hợp than bùn + xơ dừa. .............................................................................................60
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh đến tải
trọng hấp phụ.............................................................................................................61
Bảng 3.17. Điều kiên tối ƣu quá trình hấp phụ của VLHP .......................................62
Bảng 3.18. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lƣợng chất bị
hấp phụ methylen xanh của than bùn. .......................................................................63
Bảng 3.19. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lƣợng chất bị
hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ dừa. .................................................................64

Bảng 3.20. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lƣợng chất bị
hấp phụ methylen xanh của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa. ....................................66


DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ

Hình 1.1. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. ......................................................34
Hình 1.2. Đƣờng cong hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich .............................................35
Hình 2.1. Sợi xơ dừa .................................................................................................36
Hình 2.2. Than bùn ở hồ Bàu Sấu, Hòa Khánh, Đà Nẵng. .......................................37
Sơ đồ 2.1: Cách tiến hành xử lí xơ dừa .....................................................................39
Hình 2.3. Xơ dừa đã đƣợc hoạt hóa ..........................................................................39
Sơ đồ 2.2: Cách tiến hành xƣ lí than bùn ..................................................................40
Hình 2.4: Than bùn đã đƣợc hoạt hóa .......................................................................40
Sơ đồ 2.3: Cách tiến hành xử lí tổ hợp than bùn + xơ dừa .......................................41
Hình 2.5: Tổ hợp than bùn + xơ dừa đã đƣợc hoạt hóa ............................................41
Hình 2.6. Đƣờng chuẩn phân tích xanh methylen ....................................................45
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của than bùn biến tính .....................................................49
Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính. .........................49
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của xơ dừa biến tính .......................................................50
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính ..........................50
Hình 3.5. Ảnh SEM của than bùn biến tính ở các kích thƣớc khác nhau. ..............51
Hình 3.6. Ảnh SEM của xơ dừa biến tính ở các kích thƣớc khác nhau ..................52
Hình 3.7. Ảnh SEM của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính ở các kích thƣớc khác
nhau ...........................................................................................................................52
Hình 3.8. Phổ phân tích nhiệt TG/DTA của tổ hợp than bùn + xơ dừa ....................53
Hình 3.9. Ảnh hƣởng của thời gian khuấy đến tải trọng hấp phụ. ............................56
Hình 3.10. Ảnh hƣởng của tỉ lệ rắn – lỏng đến hiệu suất hấp phụ. ...........................59
Hình 3.11. Ảnh hƣởng của nồng độ đến tải trọng hấp phụ .......................................61

Hình 3.12. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với than bùn. .............63
Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu than bùn .....64
Hình 3.14. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với xơ dừa .................65
Hình 3.15. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu xơ dừa ........65
Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với tổ hợp than bùn +
xơ dừa ........................................................................................................................66
Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu tổ hợp than
bùn + xơ dừa.............................................................................................................67


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, phát triễn kinh tế gắn bó với bảo vệ môi trƣờng là
chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nƣớc trên thế giới. một trong những vấn đề
đặt ra cho các nƣớc đang phát triễn, trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trƣờng ô
nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình nhƣ các ngành công
nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc,
luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triễn mạnh mẽ và
chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam.
Công nghiệp dệt nhuộm ra đời và phát triễn không ngừng nhằm đáp ứng nhu
cầu may mặc ngày càng đa dạng của con ngƣời. Dệt may là một trong những ngành
sản xuất quan trọng trong chiến lƣợc phát triễn kinh tế xã hội của Việt Nam. Công
nghiệp dệt may góp phần tăng tỷ trọng xuất khẩu, giải quyết công ăn việc làm cho
một lƣợng lớn lao động hiện nay. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích kinh tế, một
vấn đề đang đƣợc quan tâm, đó là tình trạng ô nhiễm môi trƣờng do các nƣơc sthair
từ các nhà máy dệt nhuộm gây ra. Màu của nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng có cƣờng
độ lớn, nhiều màu sắc khác nhau. Do đó, khi đƣợc thải vào môi trƣờng, nƣớc thải
ảnh hƣởng xấu đến mỹ quan môi trƣờng, gây ô nhiễm đất và nƣớc, ảnh hƣởng đến
sức khỏe và cuộc sống của ngƣời dân xung quanh. Phẩm nhuộm là các hợp chất hữu

cơ có khối lƣợng phân tử khá lớn, chứa các vòng thơm và có màu. Chúng rất đa
dạng về màu sắc, chúng loại và có khả năng nhuộm màu, nghĩa là bắt màu hay gắn
màu cho các vật liệu khác. Chúng đƣợc sử dụng phổ biến trong công nghiệp dệt
nhuộm. Để nhuộm vải, ngƣời ta thƣờng sử dụng các loại phẩm nhuộm tổng hợp và
các chất phụ trợ để tạo sự bền màu. Phần thuốc dƣ không gắn vào vải sẽ đi vào
nƣớc thải. Điều này là một trong những nguyên nhân làm cho nƣớc thải dệt nhuộm
có màu.
Đã có nhiều phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xử lý ô nhiễm nƣớc, trong đó
phƣơng pháp hấp phụ đã thể hiện nhiều ƣu điểm riêng nhƣ: đi từ nguyên liệu rẻ
tiền, sẵn có, quy trình đơn giản, không đƣa thêm vào môi trƣờng những tác nhân

14


độc hại cho con ngƣời và sinh vật, đơn giản, phổ cập, hiệu quả, … do có thể thu hồi
sản phẩm, tập trung chất thải để xử lý, hạn chế việc phát thải vào môi trƣờng, …
Hiện nay, có rất nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (nhƣ: vỏ dừa, than bùn,
mùn cƣa, bã mía, lõi ngô, rơm, bèo tây, chuối sợi, …) đƣợc sử dụng để loại bỏ các
chất gây độc hại trong môi trƣờng nƣớc. Nhiều loại vật liệu sinh học dùng xử lý
nƣớc thải, nhƣng không có loại nào đáp ứng tất cả các đặc tính cần thiết: xơ dừa
mặc dù có tính đàn hồi cao cho phép tạo lớp lọc có độ chặt phù hợp với loại nƣớc
thải cần xử lý và đặc tính dòng chảy, các hạt xơ dừa xốp, tính mao dẫn cao nên phù
hợp để xử lý dòng thải tự chảy nhƣng nhƣợc điểm của hạt xơ dừa là có thể không
kiềm chế đƣợc mức độ di chuyển của dòng nƣớc chảy; bên cạnh đó thì than bùn tuy
có tính đàn hồi thấp, tính ổn định kém và giới hạn sức chảy nhƣng lại kiềm chế
đƣợc mức độ di chuyển của dòng chảy. Để phù hợp với yêu cầu, hạt xơ dừa có thể
kết hợp với vật liệu lọc nhƣ than bùn để tăng thêm đặc tính xử lý của vật liệu. Quá
trình biến tính bằng NaOH cũng đƣợc áp dụng để xem xét hiệu quả của nó trên vật
liệu trên.
Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổ hợp than bùn – xơ dừa làm vật liệu

hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước” làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa, than bùn, tổ hợp than bùn – xơ dừa.
Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của
vật liệu hấp phụ chế tạo từ xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa – than bùn đối với chất
màu hữu cơ trong nƣớc.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
-

Than bùn.

-

Xơ dừa.

-

Dung dịch xanh methylen.

15


3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ chất màu xanh metylen
của than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa đã đƣợc biến tính.
- Khảo sát khả năng tái hấp phụ của vật liệu.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lí thuyết
- Thu nhập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.

- Xử lí các thông tin về lí thuyết để đƣa ra các vấn đề cần thực hiện trong quá
trình thực nghiệm.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp hóa lí:
- Nghiên cứu các đắc tính hóa lí của xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa – than
bùn: độ ẩm, hàm lƣợng tro.
- Các đặc trƣng hóa lí đƣợc khảo sát bằng phƣơng pháp ghi phổ hồng ngoại
(IR), phƣơng pháp nhiệt trọng lƣợng (DTA), ảnh SEM.
- Các thông số của quá trình hấp phụ đƣợc xác định bằng phƣơng pháp trọng
lƣợng.
Phương pháp toán học:
- Khả năng hấp phụ đƣợc xác định xử lí bằng phƣơng pháp hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir, Frendlich.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Cung cấp tƣ liệu về than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa.
- Phƣơng pháp biến tính than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa có khả
năng hấp phụ cao đối với các chất màu hữu cơ trong nƣớc.
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tìm ra điều kiện tối ƣu nhất cho quá trình biến
tính than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa và quá trình hấp phụ xanh methylen
bằng than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa đã biến tính bằng dung dịch
NaOH.

16


6. Sơ đồ nghiên cứu
Nguyên liệu

Than bùn

Xác định đặc tính hóa lí
SEM, IR, DTA

Xơ dừa

S

Biến tính

Vật liệu

Thời gian

Khối lƣợng

Nồng độ

7. Bố cục của luận văn
MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan (Từ trang đến trang )
Chương 2: Thực nghiệm (Từ trang đến trang)
Chương 3: Kết quả và thảo luận (Từ trang đến trang )
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

17


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Dừa và sợi xơ dừa
1.1.1. Đặc điểm và nguồn gốc
Dừa ( danh pháp khoa học: Cocos nicifera) thuộc giới thực vật, bộ Arecales,
họ Arecacee, phân họ Arecoideae, tông Cocoeae, chỉ Cocos, loài C, nucifera.
Về mặt thực vật học, dừa là loại quả khô đơn độc đƣợc biết đến nhƣ quả hạch
có xơ. Vỏ quả ngòai thƣờng cứng, nhẵn, nổi rõ ba gờ, lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ
gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong hay gáo dừa hoặc sọ dừa, lớp vỏ
quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm có thể nhìn thấy rất rõ từ phía mặt ngoài
khi bóc hết lớp vỏ ngoài và vỏ giữa ( gọi là các mắt dừa)
Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng
nhƣ nó ƣa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lƣợng mƣa bình thƣờng ( 7502.000 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cƣ bên các bờ biển
nhiệt đới một cách tƣơng đối dễ dàng.
Ở Việt Nam ta có rất nhiều loại dừa nhƣ: dừa ta, dừa sọc, dừa dứa, dừa sáp,
dừa giấy, dừa Tam Quan, dừa Xiêm, dừa lùn cao sản,…
Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa và đƣợc sử dụng
trong các sản phẩm nhƣ nệm, dây thừng, chão, thảm, bàn chải, khảm thuyền cũng
nhƣ vật liệu lèn; nó còn đƣợc sử dụng rộng rãi trong nghề làm vƣờn để làm chất độn
trong phân bón.
Vỏ và xơ dừa có thể làm nguồn nhiên liệu hay để sản xuất than củi. Một loại
dừa hiếm tại Nam bộ có xơ dừa tƣơi cho nƣớc khá ngọt khi nhai, trong khi các loài
khác có vị chát
1.1.2. Sợi tự nhiên
1.1.2.1. Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên
Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa và đƣợc sử dụng
trong các sản phẩm nhƣ thảm sàn, bàn chải, nệm, dây thừng,…Về mặt kỹ thuật xơ
dừa là vật liệu sợi đƣợc tìm thấy ngoài lớp vỏ cứng của trái dừa.

18

1.1.2.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa
Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi cá nhân đƣợc thu hẹp và rỗng, với những bức
tƣờng dày đƣợc làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chƣa trƣởng thành nhƣng
sau đó trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin đƣợc lắng đọng trên các
xenlulozo. Mỗi tế bào dài khoảng 1mm (0.04 in) và đƣờng kính thƣờng từ 10 đến
20 micromet ( 0.0004 đến 0.0008 in). Sợi xơ dừa có chiều dài thƣờng là từ 10 đến
30 cm. Có hai loại xơ dừa. Xơ dừa nâu đƣợc thu hoạch từ dừa chín hoàn toàn.
Chúng dày, chắc và có khả năng chống mài mòn cao. Chúng thƣờng đƣợc sử dụng
trong chiếu, bàn chải…Sợi xơ dừa nâu trƣởng thành có chứa lignin và xenlulozo ít
hơn so với những sợi khác nhƣ lanh, bông và vì nó mạnh mẽ nhƣng ít linh hoạt hơn.
Sợi xơ dừa trắng đƣợc tu hoạch từ các quả dừa trƣớc khi chín. Những sợi này có
màu trắng hoặc ánh sáng màu nâu và mƣợt mà và mịn hơn, nhứng cũng yếu hơn.
Chúng thƣờng đƣợc quay thành sợi để sử dụng trong chiếu thảm chùi chân hoặc dây
thừng.
Các sợi xơ dừa tƣơng đối không thấm nƣớc và là một trong những loại sợi tự
nhiên có khả năng chịu đƣợc sự phá hủy của nƣớc muối. Nƣớc ngọt đƣợc xử dụng
để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nƣớc biển và nƣớc ngọt đều đƣợc sử dụng để xử lí xơ
dừa trắng [11], [12].
1.1.2.3. Tính chất của sợi xơ dừa
Xơ dừa đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa. Chiều dài sợi khác nhau, từ 10-30cm. Sợi
xơ dừa mạnh, đàn hồi, có một độ bền màu thấp và độ bền cao ( vì thành phần
xenlulozo 35-45%, 40-45% lignin và pectin 2,7-4% và hemixenlulozo 0,15-0,25%
Xơ dừa, cũng nhƣ các sợi thiên nhiên khác, số lƣợng đáng kể của đƣờng kính
đi kèm với chiều dài riêng biệt của các sợi. Chất lƣợng sợi đƣợc tính dựa trên nhiều
nhân tố khác nhau nhƣ kích cỡ, cƣờng độ trƣởng thành và tất nhiên là còn tùy vào
các loại cây dừa khác nhau cũng nhƣ là các quá trình, phƣơng pháp nuôi dƣỡng.
Những nghiên cƣu về độ mạnh của sợi xơ dừa đƣợc lấy từ những vùng khác
nhau ơ Kerala đã đƣợc đƣa ra bởi Mathai.

19

Prabhu đã nghiên cứu những tính chất cơ học của sợi xơ dừa nhƣ mô đun
Young độ bền kéo, độ giãn dài, độ dẫn điện…và so sánh với các loại sơi tự nhiên
khác nhau nhƣ dứa, chuối, đay,…[12], [13].
Các kết quả đƣợc đƣa ra dƣới các bảng 1.1 và 1.2
Bảng 1.1: Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa [5]
Giá trị

Đơn vị

Mô đun Young

4000-5000

Mpa

Độ bền kéo

140-150

Mpa

15-17,3

%

Độ dẫn điện

0,047

W/mK

Tỷ trọng

1,15-1,33

g/cm3

Độ thấm nƣớc

10

%

Độ giãn dài

Bảng 1.2: So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác [5]
Dừa

Chuối

Dừa

Đay

Đƣờng kính

100-460

80-250

20-80

-

Tỷ trọng

1,15

1,35

1,44

1,45

Suất điện trở riêng tại

9-14

6,5-7

0,7-0,8

-

Góc hình sợi

30-49

11

14-18

8,1

Tỷ lệ xenlulozo/lignin

43/45

65/5

81/12

63/12

Mô đun đàn hồi

4-6

8-20

34-81

20-22

Độ bền

131-175

529-759

413-1627

533

Độ giãn

15-40

1,0-3,5

0,8-1,6

1-1,2

100V

1.1.3.

Xử lí sợi xơ dừa

1.1.3.1. Lý thuyết chúng về quá trình xử lí sợi
Thành phần của sợi thực vật gồm: xenlulozo, hemixenlulozo, lignin, và các
chất khác. Thực chất của quá trình xử lí sợi là dùng hóa chất để tách những thành
phần không cần thiết có trong sợi thực vật nhƣ: lignin, pectin, chất trích ly,…đó là

20

những thành phần vô định hình, kém ổn định, làm giảm tính chất cơ lý, hóa lý của
sợi thực vật. Để phản ứng xảy ra, hóa chất cần xâm nhập vào hình thái cấu trúc này.
Để tăng cƣờng khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng, xenlulozo cần đƣợc gây
trƣơng và loai bỏ hemixenlulozo, lignin. Một số tác nhân gây trƣơng thƣờng đƣợc
sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2…[10].
1.1.3.2. Ảnh hưởng của NaOH
Dung dịch NaOH có nồng độ 5÷30% có khả năng hòa tan các chất vô định
hình. Khi ngâm sợ thực vật trong dung dịch NaOH thì có hai quá trình đồng thời
xảy ra đó là quá trình tách lignin, các phần vô định hình và quá trình NaOH tƣơng
tác với các đại phân tử holoxenlulozo, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời
gian xử ly. Khi nồng độ dung dịch NaOH thì nó hòa tan phần vô định hình, còn
xenlulozo chỉ bị tác động nhẹ. Khi tăng nồng độ NaOH và tăng thời gian xử lý thì
quá trình tách phần vô định hình tăng không đáng kể vì hàm lƣợng của chúng có
trong sợi là giơi hạn, trong khi đó quá trình tƣơng tác giữa NaOH và các mạch đại
phân tử holoxenlulozo lại tăng [13].
1.1.3.3. Ảnh hưởng của dung dịch axit
Xenlulozo bị trƣơng nở trong dung dịch axit loãng. Trong môi trƣờng axit đậm
đặc nhƣ H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,…xenlulozo sẽ bị hòa tan
Dƣới tác dụng của axit, mối liên kết glucozit sẽ bị thủy phân làm cho mạch
xenlulozo bị đứt. Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào độ mạnh yếu của
axit. Ngoài ra, tốc độ thủy phân xenlulozo phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng.
Đối với việc khảo sát ảnh hƣờng của dung dịch axit trong xử lý sợi xenlulozo
thì thông thƣờng ngƣời ta khảo sát xử lý hai giai đoạn: giai đoạn 1 là giai đoạn xử lý
với axit, giai đoạn 2 là giai đoạn xử lý với kiềm.
Khi thời gian ngâm trong dung dịch axit tăng thì hàm lƣợng tạp chất bị loại
khỏi sợi cũng tăng. Dung dịch kiềm không chỉ có tác dụng hòa tan các chất sáp, vô
cơ và các hemixenlulozo, lignin có độ trùng hợp thấp. Kiềm còn có tác dụng làm
trƣơng nở mạch xenlulozo, tuy nhiên không phá hủy xenlulozo mà chỉ gây ra những
biến đổi về hóa lý trong cấu trúc. Trong khi đó, axit có tác dụng làm đứt các liên kết
axetal giữa nhóm chức lignin với nhóm hydroxyl của xenlulozo. Các sản phẩm

21


lignin bị tách ra tuy chƣa hòa tan trong dung dịch này nhƣng ở giai đoạn xử lý kiềm
chúng sẽ dê dàng tham gia vào các phản ứng hóa học và tạo nên các sản phẩm dễ
tan trong dung dịch kiềm, thậm chí tan trong nƣớc. Trong môi trƣờng axit,
hemixenlulozo dễ bị thủy phân và tăng khả năng phân tán trong nƣớc [15].
1.1.4. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính
Khi sử dụng xenlulozo tự nhiên nhƣ: đay, tre, bột gỗ mềm, bột vỏ trấu, hạt
bông…làm vật liệu nền thì trong hầu hết các trƣờng hợp, thống số ghép phụ thuộc
vào hàm lƣợng lignin có mặt trong chát nền. Nói chung hàm lƣợng lignin càng cao
thì hiệu suất tổ hợp càng thấp. Điều đó là do lignin hoạt động nhƣ một chất bắt gốc
tốt, làm hạn chế quá trình tổ hợp. Chẳng hạn ta nhận thấy có sự giảm cƣờng độ tín
hiệu của phổ ESR (phổ cộng hƣởng spin điện tử) liên quan đến việc tăng hàm lƣợng
lignin của xenlulozo đƣợc chiếu xạ quang học
Nhƣ đã nói ở trên, mặc dù lignin là một chất làm chậm quá trình tổ hợp, nhƣng
đôi khi ở một số phƣơng pháp lại cho kết quả ngƣợc lại.
Kết quả nghiên cứu thu đƣợc khi tổ hợp xơ dừa và than bùn cho hiệu suất cao.
Kết quả cho thấy một lƣợng lớn lignin có mặt trong bột có thể tạo thuân lơi cho việc
tổ hơp.
1.2. Than bùn
1.2.1. Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn
1.2.1.1. Nguồn gốc than bùn ở Việt Nam
Nƣớc ta rất giàu mỏ than bùn. Đây là nguồn tài nguyên lớn cho đất nƣớc, đặc
biệt có lợi cho nông nghiệp và công nghiệp.
Than bùn đƣợc hình thành do sự tích lũy lâu đời của các xác thực vật phân giải
trong điều kiện thừa ẩm, thiếu không khí. Kết quả của sự phân giải này là các xác
thực vật không đƣợc phân giải hoàn toàn mà hình thành một chất lớp hữu cơ gồm
những phần còn lại của thực vật đang bị dở dang, mùn mục và chất khoáng. Lớp

chất hữu cơ đó gọi là ”than bùn”.
Do điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc điểm thực vật khác nhau của
từng vùng, các mỏ than bùn ở nƣớc ta có những đặc điểm khác nhau [5].

22


1.2.1.2. Phân loại
Có ba loại: than bùn nông, than bùn sâu, than bùn chuyển tiếp.
Than bùn nông: đƣợc hình thành do sự tích tụ xác, bã các loại cây có ít dinh
dƣỡng nhƣ: lau, sậy, lăn, lác,… ở những nơi địa hình tƣơng.
Than bùn sâu: trong điều kiện địa hình thấp, có đầm lầy nƣớc đọng và nhiều
chất dinh dƣỡng, các loại cây đƣợc phát triễn tốt hơn nhƣ: cỏ lông lợn, cỏ sâu
róm,rêu, lăn, lác, lau, sậy và các loại cây nhỏ. Xác bã loại cây này tích tụ dần thành
than bùn sâu. Đặc điểm than bùn sâu là chứa nhiều chất dinh dƣỡng và ít chua.
Than bùn chuyển tiếp: ở giữa hai loại than bùn trên. Đặc điểm của than bùn
nông và than bùn chuyển tiếp là ít dinh dƣỡng, mức độ chuyển hóa thấp và chua [4].
1.2.1.3. Tính chất
 Tính chất vật lí
Nói chung, nguồn gốc các mỏ than ở nƣớc ta hình thành từ rừng cây thảo mộc
hoặc từ cây cỏ, rong, rêu… đều có đặc điểm ngoại hình giống nhau, màu sắc của nó
thƣờng là màu nâu đến màu đen.
Than bùn ở nƣớc ta có độ phân giải khá cao ( từ 30 – 80%). Khả năng giữ
nƣớc là 25 – 75%, sức hút giữ đạm amon (NH4+) từ 150-250 milidlg/100 gam than
bùn khô (tức là vào khoảng 2,7 – 4,5%).
Bề dày của mỏ than nƣớc ta thƣờng vào khoảng 0,5 – 3,6m thƣờng năm ở lớp
đất mặt ( từ 0,2m – 3,5m), có khi nằm độ thiên.
Nhƣ vậy, than bùn ở nƣớc ta có tính chất vật lí tƣơng đối tốt, khả năng hút
nƣớc, giữ nƣớc, giữ đạm amon cao nên có thể sử dụng nó vào mục đích làm phân
độn chuồng tốt [5].

 Tính chất hóa học
Các tính chất hóa học của than bùn quan trọng có liên quan với việc sử dụng
nó vào các mục đích nông nghiệp là thành phần và hàm lƣợng chất hữu cơ, hàm
lƣợng các khoáng dinh dƣỡng chủ yếu, độ chua, dung tích trao đổi cation…
Ta lần lƣợt xét các tính chất này đối với các mỏ than bùn ở nƣớc ta:
a. Thành phần và hàm lượng chất hữu cơ

23


Than bùn ở nƣớc ta thƣờng chiếm từ 48 – 65.9% chất hữu cơ và rất nhiều
A.H. Các mỏ than bùn Liên Hà, Lộc Hà, Dân Chủ ( Hà Nội), Văn Quán (Vĩnh Phú)
có lƣợng chất hữu cơ và axit humic không kém các mỏ than bùn ở vùng ôn đới.
Những mỏ than bùn nhƣ vậy không những có thể làm phân bón rất tốt mà còn làm
nguyên kiệu cái tạo đất, sản xuất kích thích tố, mà còn có thể sử dụng nó vào mục
đích công nghiệp khác nữa.
Riêng mùn, phạm vi biến động vào khoảng từ 14.23 – 45%, nhƣ vậy so với
cách phân loại của Liên Xô thì than bùn ở nƣớc ta có mức độ phân giải thấp, trung
bình và cao.
b. Thành phần và chất dinh dưỡng chính
Nói chung các mỏ than bùn ở nƣớc ta đều giàu đạm. mỏ nghèo nhất cũng từ
0,15-0,5%, trung bình 0.8-1% và có mỏ cao đến 1.75-1.82%. Đặc biệt lƣợng amon
tự do trong than bùn ở nƣớc ta tƣơng đối nhiều (60-70mg/100g), nhƣng cũng có
những màu nghèo (5-6mg/100g). Phần lớn đạm trong than bùn ở dƣới dạng khó
tiêu. Trái lại, lƣợng P2O5 và K2O trong than bùn ở nƣớc ta rất nghèo. Muốn sử dụng
than bùn làm phân bón, ngƣời ta phải hoạt hóa đạm khó tiêu vaf bổ sung vaò đó
nguồn P2O5 .
1.2.2. Chất mùn trong than bùn
Mùn là hợp chất cao phân tử phức tạp, có thành phàn không ổn định, đƣợc
hình thành khi phân hủy và mùn hóa các chất hữu cơ. Hàm lƣợng mùn trong đất do

đặc điểm và điều kiện quá trình hình thành đất quyết định. Trong than bùn tổng
lƣợng mùn có thể đạt tới vài chục phần trăm.
Ngƣời ta chia mùn ra hai nhóm hợp chất:
-

Nhóm thứ nhất: bao gồm các sản phẩm phân giải xác hữu cơ và những sản

phẩm sống (trao đổi và tổng hợp) của vi sinh vật. Những chất hữu cơ nãy chƣa bị
mùn hóa và có trong thành phần chất hữu cơ. Vì vậy, ngƣời ta gọi nhóm thứ nhất
này là nhóm mùn không đặc trƣng. Trong than bùn hàm lƣợng của nhóm này mới
chỉ đạt tới 50-70%. Vì ở đây, quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ rất chậm. Tính
chấtđặc trƣng của nhóm hữu cơ chƣa bị mùn hóa là tính chất biến động dó quá trình
phân hủy và mùn hóa những hợp chất này luôn luôn xảy ra trong đất.Trong thành

24


phần của nhóm mùn đặc trƣng bao gồm các hợp chất nhƣ: hydrat cacbon, hợp chất
chứa nito, linhin, lipit, nhựa, chất chát, andehit.
-

Nhóm thứ hai: bao gồm các hợp chất hữu cơ phức tạp đã bị mùn hóa.

Chứng không có trong thành phần xác hữu cơ mà chỉ đƣợc hình thành trong quá
trình mùn hóa, chúng đƣợc gọi là nhóm mùn đặc trƣng. Nhóm này chiếm khoảng:
80-90% tổng số mùn chất.
Nhóm mùn đặc trƣng hay thƣờng gọi là chất mùn là một hệ thống của các hợp
chất hữu cơ cao phân tử, chứa nito, có cấu trúc vòng và có tính axit. Do nhóm chất
mùn có tính axit và thực chất nhóm này bao gồm các axit mùn và những dẫn xuất
của nó nên còn có thể gọi là nhóm axit mùn. Nhờ có tính axit mà chúng có thể tác

dụng với những chất vô cơ tạo những hợp chất hòa tan hoặc không hòa tan. Những
hợp chất không hòa tan sẽ đƣợc tích tụ trong đất làm cho đất mùn không bị rửa trôi.
Trên cơ sở những nghiên cứu của I.V.Chiurin, M.M.Cônônôva, Đrahunôp,
L.H.Alêchxanđôp và những nhà nghiên cứu khác, ngƣời ta chia chất mùn đặc trƣng
ra thành 2 nhóm cơ bản của axit mùn: [6], [9].
- Nhóm axit humic: bao gồm axit humic ( axits màu xám- theo thuật ngữ các
nhà thổ dƣỡng Đức). và axit fulmic ( axit màu nâu- theo thuật ngữ các nhà thổ
dƣỡng Đức). Ngoài ra nhóm này còn có axit hematomelanic- đó là một phần của
axit humic hòa tan trong rƣợu.
Axit humic là những axit hữu cơ cao phân tử, chứa nitơ và có cấu trúc vòng.
Chúng hòa tan tốt trong dung dịch loãng của hydroxit kiềm và cacbon
kiềm,…Trong dung dịch hòa tan chúng có màu nâu đến đen. Axit humic thực tế
không hòa tan trong nƣớc và các axit vô cơ.
Axit humic có thành phần nguyên tố chủ yếu là cacbon, hydro, oxy và nitơ.
Hàm lƣợng mỗi nguyên tố trong axit humic thay đổi phụ thuộc vào loại đất, thành
phần hóa học xác hữu cơ, điều kiện mùn hóa và phƣơng pháp tách chúng ra. Hàm
lƣợng các nguyên tố hóa học trong axit humic thay đổi trong phạm vi nhƣ sau:
C: 50-60%
H: 2,8-6.6%

O: 31-40%
N: 2-6%

25