Nghiên cứu điều chế, biến tính thân hoạt tính từ vỏ trấu ứng dụng trong xử lý nước thải kim loại nặng và nước thải dệt nhuộm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

MÃ THÁI HỊA

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ, BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH
TỪ VỎ TRẤU ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
KIM LOẠI NẶNG VÀ NƯỚC THẢI DỆT NHUỘM

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Lý Cẩm Hùng
PGS.TS. Hồ Thị Thanh Vân

Cán bộ chấm nhận xét 1 : .. ........................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2 : . .........................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
Tp. HCM ngày 16 tháng 01 năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Huỳnh Kỳ Phương - Chủ tịch
2. PGS.TS. Nguyễn Quang Long - Phản biện 1
3. TS. Nguyễn Quốc Thiết - Phản biện 2
4. TS. Nguyễn Khánh Sơn - Ủy viên
5. TS. Lê Minh Viễn - Ủy viên thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Mã Thái Hòa

MSHV: 13051177

Ngày, tháng, năm sinh: 08/11/1983

Nơi sinh: Vĩnh Long

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số: 60 52 03 01

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu điều chế, biến tính than hoạt tính từ vỏ trấu ứng dụng trong
xử lý nước thải kim loại nặng và nước thải dệt nhuộm.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nội dung 1: Khảo sát điều kiện than hóa.
Nội dung 2: Khảo sát điều kiện hoạt hóa.
Nội dung 3: Khảo sát điều kiện biến tính.
Nội dung 4: Đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp biến tính đến khả năng hấp phụ
MB, Ni2+ và Cd2+.
Nội dung 5: Khảo sát các điều kiện xử lý MB bằng RHAC được biến tính theo phương
pháp được chọn ở nội dung 4.
Nội dung 6: Khảo sát các điều kiện xử lý Ni2+ bằng RHAC được biến tính theo phương
pháp được chọn ở nội dung 4.
Nội dung 7: Khảo sát các điều kiện xử lý Cd2+ bằng RHAC được biến tính theo phương
pháp được chọn ở nội dung 4.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/01/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: (1) TS. Lý Cẩm Hùng; (2) PGS.TS. Hồ Thị Thanh Vân

Tp. HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2016.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1
(Họ tên và chữ ký)

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA

(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành tốt kết quả cơng trình nghiên cứu này, lời đầu tiên tôi xin chân

thành cám ơn Khoa kỹ thuật hóa học, Đại học Bách Khoa TP.HCM và Khoa hóa
học đại cương, trường Đại học tài nguyên môi trường TP.HCM đã tạo tạo điều
kiện thuận lợi về trang thiết bị và cơ sở vật chất giúp tôi thực hiện đề tài đúng tiến
độ.
Cám ơn quý thầy cơ Khoa Kỹ thuật hóa học đã truyền đạt những kinh
nghiệm quý báu trong thời gian qua, đặc biệt là thầy TS. Lý Cẩm Hùng, cô
PGS.TS. Hồ Thị Thanh Vân đã tận tình hướng dẫn và có những định hướng tốt
nhất giúp tôi giải quyết các vấn đề nghiên cứu một cách hiệu quả nhất. Bên cạnh
đó tơi cũng xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Phan Đình Tuấn và dự án thuộc
Bộ tài nguyên và môi trường (số 2015.04.19) đã hỗ trợ về kinh phí cho nghiên cứu
này.
Bên cạnh đó tơi cũng xin cảm ơn các em sinh viên trường Đại học bách khoa
và trường Đại học tài nguyên môi trường cùng tham gia cộng tác trong thời gian
thực hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và cơ quan cơng tác đã
tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi tham gia học tập, nghiên cứu và hoàn thành tốt bài
luận văn này.
Trân trọng cảm ơn!
TP.HCM, ngày 28 tháng 12 năm 2016
Học viên

Mã Thái Hòa


TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, trấu được sử dụng như một tiền chất để sản xuất than hoạt
tính với việc sử dụng hơi nước như một tác nhân hoạt hóa vật lý. Hơi nước có thể dùng
để hoạt hóa cho gần như tất cả các nguyên liệu thô. Phương pháp hoạt hóa này được thực
hiện theo sau q trình than hóa ban đầu. Nghiên cứu cũng đã xác định ảnh hưởng của
các yếu tố vào khả năng hấp phụ iodine và methylene blue. Các yếu tố bao gồm nhiệt độ
và thời gian trong q trình than hóa và hoạt hóa. Q trình than hóa ban đầu được thực
hiện ở nhiệt độ lên đến 500 °C trong 60 phút. Việc tạo ra các lỗ xốp bên trong bề mặt
được thực hiện bằng q trình hoạt hóa hơi nước ở nhiệt độ 800 °C trong 30 phút, kết quả
BET (Brunauer, Emmett và Teller) đạt được lên đến 710,8 m2 / g. Bên cạnh đó, khả năng
hấp phụ của iodine và methylene lần lượt là 866.0  65 và 217.9  01.0 mg / g. Tồn bộ
quy trình tổng hợp thì đơn giản, thân thiện mơi trường và có hiệu quả kinh tế. Triển vọng
ứng dụng của than hoạt tính được chuẩn bị trong nghiên cứu này thì có nhiều hứa hẹn
hơn do khả năng hấp phụ cao của than hoạt tính.
Q trình thay đổi bề mặt của than hoạt tính từ trấu (ACRH) bằng HNO3 giúp làm
tăng nhóm chức, và cải thiện ái lực đối với chất gây ô nhiễm nhất định để tăng khả năng
hấp phụ Ni2+ và Cd2+ của ACRH. Hai yếu tố này đã được khảo sát như: nồng độ HNO3
(1, 3, 5 M), thời gian phản ứng (1, 2, 3, 4, 5 giờ). Kết quả cho thấy các điều kiện tối ưu
của q trình biến tính bề mặt tốt nhất ở nồng độ cân bằng của HNO3 = 3 M và thời gian
phản ứng = 4 giờ. Điều thú vị là, so với mẫu đối chứng (ACRH không được biến tính) thì
khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+ gia tăng ý nghĩa từ 10,0 - 17,2 mg / g và 10,4 - 29,6 mg /
g tương ứng.
Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng để biến tính ACRH có tác động đáng kể vào
khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+. Sử dụng HNO3 3 M cho 4 giờ đạt được khả năng hấp phụ
Ni2+ và Cd2+ cao nhất và có sự khác biệt ý nghĩa so với các phương pháp biến tính khác.
Bên cạnh đó, diện tích bề mặt BET đạt 710,8 m2 / g.
Từ các kết quả, ACRH đã được sử dụng để khảo sát các điều kiện xử lý cho nước

thải kim loại nặng và nước thải dệt nhuộm. Đối với xử lý Ni2+, các điều kiện tối ưu đã
được xác định tại pH = 6, hàm lượng ACRH = 1,4 g / l, thời gian phản ứng = 100 phút,
kết quả đạt được khả năng hấp phụ Ni2+ = 18,2  0,5 mg / g. Đối với xử lý Cd2+, các điều
kiện tối ưu đã được xác định ở pH = 6, hàm lượng ACRH = 1,0 g / l, thời gian phản ứng
= 60 phút, kết quả đạt được khả năng hấp phụ Cd2+ = 29,3  0.4 mg/g và đối với xử lý
nước thải dệt nhuộm, điều kiện tối ưu đã được xác định ở pH = 8, hàm lượng ACRH =
1,3 g / l, thời gian phản ứng = 20 phút, kết quả đạt được khả năng hấp phụ methylene
blue = 361,9  3.3 mg/g.
Từ khóa: trấu, than hoạt tính, biến tính bề mặt, Ni2+, Cd2+, methylene blue


ABSTRACT
In this study, rice husk was used as a precursor to prepare activated carbon using
steam as a physical activation agent. Steam can be used to activate for almost all raw
materials. This activation method was followed the initial carbonization step. The study
also investigated the effects of preparation parameters on the adsorption capacity of
iodine and methylene blue. These parameters include the range of temperature and time
in the carbonization and activation. The initial carbonization, done at temperatures up to
500 °C in 60 min., is a highly exothermic process where the temperature is strictly
controlled. The creation of the internal surface is done during the activation step with
steam at temperatures 800 °C in 30 min., for which the BET (Brunauer, Emmett and
Teller) specific surface area is up to 710.8 m2/g. Besides, the iodine and methylene blue
adsorption capacity of the activated carbon are the best that reach 866.06.5 and
217.91.0 mg/g, respectively. The entire synthetic procedure was simple, environmentalfriendly and economical-effectively. The application prospect of the activated carbon
prepared in this work was much more promising due to its high adsorptive capacity.
The surface modification process of activated carbon from rice husk (ACRH) using
HNO3 increase the functional group, and improve affinity towards certain contaminants
of ACRH for increasing the adsorption capacity of Ni2+ and Cd2+. Two factors were taken
into account as: the concentration of HNO3 (1, 3, and 5 M), reaction time (1, 2, 3, 4 and 5
hours). The results showed that the optimal condition of the surface modification process

was derived at the equilibrium concentration of HNO3 = 3 M and the equilibrium reaction
time = 4 hour. Interestingly, in comparison with the control sample (ACRH not
modified), the adsorption capacity of Ni2+ and Cd2+ increased from 10.0 to 17.2 mg/g and
10.4 to 29.6 mg/g, respectively. This adsorption capacity of modified ACRH shows the
increase significantly.
The effect of the methods using for modifying surface of ACRH effect significantly
to the Ni2+ and Cd2+ adsorption capacity. The modification method for ACRH using
HNO3 of 3M for 4 hours achieved the highest Ni2+ and Cd2+ adsorption capacity and
there is significant difference in comparison with another modification methods. Besides,
surface area by BET is 710.8 m2/g.
From the results, ACRH was used to survey the conditions of the treatments
for heavy metals wastewater and textile wastewater. For the treatment of Ni2+, the
optimal condition was determined at pH = 6, ACRH content = 1.4 g/l, reaction time =
100 minutes, resulting of the Ni2+ adsorption capacity = 18.2  0.5 mg/g. For the
treatment of Cd2+, the optimal condition was determined at pH = 6, ACRH content = 1.0
g/l, reaction time = 60 minutes, resulting of the Cd2+ adsorption capacity = 29.3  0.4
mg/g and for the treatment of textile wastewater, the optimal condition was determined at
pH = 8, ACRH content = 1.3 g/l, reaction time = 20 minutes, resulting of the methylene
blue adsorption capacity = 361.9  3.3 mg/g.
Keywords: rice husk, activated carbon, surface modification, Ni2+, Cd2+, methylene blue


Mục lục
DANH SÁCH BẢNG .........................................................................................................iii
DANH SÁCH HÌNH ..........................................................................................................iii
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 1
1.3 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 2
1.4 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................. 2

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ............................................................................................... 3
2.1 Tổng quan về AC ....................................................................................................... 3
2.2Tình hình nghiên cứu trong nƣớc................................................................................ 5
2.3 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc .............................................................................. 5
CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 9
3.1 Nguyên vật liệu .......................................................................................................... 9
3.1.1 Nguyên liệu ......................................................................................................... 9
3.1.4 Hóa chất .............................................................................................................. 9
3.2 Dụng cụ và thiết bị ..................................................................................................... 9
3.2.1 Dụng cụ ............................................................................................................... 9
3.2.2 Thiết bị ................................................................................................................ 9
3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................... 10
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu .............................................................................................. 10
3.3.2 Quy trình thực hiện ........................................................................................... 11
3.3.3 Nội dung 1: Khảo sát điều kiện than hóa .......................................................... 14
3.3.4 Nội dung 2: Khảo sát điều kiện hoạt hóa .......................................................... 15
3.3.5 Nội dung 3: Khảo sát điều kiện biến tính ......................................................... 15
3.3.6 Nội dung 4: Đánh giá ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến khả năng
hấp phụ MB, Ni2+ và Cd2+ ......................................................................................... 16
3.3.7 Nội dung 5: Khảo sát các điều kiện xử lý MB bằng RHAC đƣợc biến tính theo
phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 5. ................................................................... 17
3.3.8 Nội dung 6: Khảo sát các điều kiện xử lý Ni2+bằng RHAC đƣợc biến tính theo
phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 5. ................................................................... 18
3.3.9 Nội dung 7: Khảo sát các điều kiện xử lý Cd2+ bằng RHAC đƣợc biến tính theo
phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 5. ................................................................... 19
3.3.10 Phƣơng pháp xử lý số liệu .............................................................................. 20
3.3.11 Các phƣơng pháp phân tích ............................................................................ 20
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................................... 21
4.1 Kết quả khảo sát điều kiện than hóa ........................................................................ 21
4.1.1 Kết quả thí nghiệm 1: Xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ than hóa vào khả năng

hấp phụ MB và Iodine................................................................................................ 21
4.1.2 Kết quả thí nghiệm 2: Xác định ảnh hƣởng của thời gian than hóa vào khả năng
hấp phụ MB và Iodine................................................................................................ 22
4.2 Kết quả điều kiện hoạt hóa....................................................................................... 23
4.2.1 Kết quả thí nghiệm 3: Xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ hoạt hóa vào khả năng
hấp phụ MB và Iodine................................................................................................ 23
4.2.2 Kết quả thí nghiệm 4: Xác định ảnh hƣởng của thời gian hoạt hóa vào khả năng
hấp phụ MB và Iodine................................................................................................ 25
i


4.3 Kết quả các điều kiện biến tính ................................................................................ 28
4.3.1 Kết quả thí nghiệm 5: Xác định ảnh hƣởng tƣơng tác của nồng độ HNO3 và
thời gian biến tính vào khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+ ............................................. 28
4.3.2 Kết quả thí nghiệm 6: Đánh giá ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến
khả năng hấp phụ MB, Ni2+ và Cd2+ .......................................................................... 32
4.4 Kết quả nội dung 5: Khảo sát các điều kiện xử lý MB bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc chọn ......................................................................................... 38
4.4.1 Kết quả thí nghiệm 7: Xác định ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ MB.
.................................................................................................................................... 38
4.4.2 Kết quả thí nghiệm 8: Xác định ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả
năng hấp phụ MB. ...................................................................................................... 39
4.4.3 Kết quả thí nghiệm 9: Xác định ảnh hƣởng của thời gian phản ứng vào khả
năng hấp phụ MB ....................................................................................................... 40
4.4 Kết quả nội dung 6: Khảo sát các điều kiện xử lý Ni2+ bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc chọn ......................................................................................... 41
4.4.1 Kết quả thí nghiệm 10: Xác định ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ
Ni2+. ............................................................................................................................ 41
4.4.2 Kết quả thí nghiệm 11: Xác định ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả
năng hấp phụ Ni2+. ..................................................................................................... 42

4.4.3 Kết quả thí nghiệm 12: Xác định ảnh hƣởng của thời gian phản ứng vào khả
năng hấp phụ Ni2+ ...................................................................................................... 43
4.5 Kết quả nội dung 7: Khảo sát các điều kiện xử lý Cd2+ bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc.................................................................................................. 44
4.5.1 Kết quả thí nghiệm 13: Xác định ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ
Cd2+. ........................................................................................................................... 44
4.5.2 Kết quả thí nghiệm 14: Xác định ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả
năng hấp phụ Cd2+. .................................................................................................... 45
4.5.3 Kết quả thí nghiệm 15: Xác định ảnh hƣởng của thời gian phản ứng vào khả
năng hấp phụ Cd2+ ..................................................................................................... 46
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN và ĐỀ XUẤT .......................................................................... 47
5.1 Kết luận .................................................................................................................... 47
5.2 Quy trình đề xuất: .................................................................................................... 48
Tài liệu tham khảo ......................................................................................................... 49
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 53
Phụ lục A:Các kết quả phân tích .................................................................................... 53
Phụ lục B: Các bảng thống kê ........................................................................................ 65

ii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1 Thiết kế thí nghiệm ảnh hƣởng tƣơng tác giữa điều kiện nồng độ HNO3 và thời
gian biến tính của RHAC và khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+............................................ 16
Bảng 4. 1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ và thời gian hoạt hóa vào hiệu suất thu hồi AC ......... 25
Bảng 4.2 Ảnh hƣởng tƣơng tác giữa nồng độ HNO3 và thời gian biến tính vào khả năng
hấp phụ của Ni2+. ............................................................................................................... 28
Bảng 4.3 Ảnh hƣởng tƣơng tác giữa nồng độ HNO3 và thời gian biến tính vào khả năng
hấp phụ của Cd2+. ............................................................................................................... 30
Bảng 4.4 Diện tích bề mặt và thể tích lỗ xốp của RHAC đƣợc biến tính bằng các phƣơng

pháp khác nhau .................................................................................................................. 36

DANH SÁCH HÌNH
Sơ đồ 3.1 Sơ đồ nghiên cứu ............................................................................................... 10
Sơ đồ 3.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu ......................................................................... 11
Hình 3.1 Quy trình thiết bị sản xuất AC ............................................................................ 13
Hình 4.1 Đƣờng chuẩn MB................................................................................................ 21
Hình 4.2 Đƣờng chuẩn Iodine............................................................................................ 21
Hình 4.3 Ảnh hƣởng của nhiệt độ than hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB. ........... 22
Hình 4.4 Ảnh hƣởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB. .......... 23
Hình 4.5 Ảnh hƣởng của nhiệt độ hoạt hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB. ........... 24
Hình 4.6 Ảnh hƣởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp phụ Iodine và MB. .......... 25
Hình 4.7 Ảnh chụp SEM của mẫu than sau giai đoạn than hóa (hình (a) : 500 oC/60 phút)
và mẫu RHAC sau giai đoạn hoạt hóa (hình (b) : 800 oC/30 phút) .................................. 26
Hình 4.8 Đƣờng kính và thể tích lỗ xốp của mẫu than trấu ............................................... 27
Hình 4.9 Đƣờng kính và thể tích lỗ xốp của mẫu than hoạt tính từ trấu ........................... 27
Hình 4.10 Đƣờng chuẩn Ni2+ ............................................................................................. 28
Hình 4.11 Đƣờng chuẩn Cd2+ ............................................................................................ 28
Hình 4.12 Ảnh hƣởng của nồng độ HNO3 và thời gian biến tính vào khả năng hấp phụ
Ni2+. .................................................................................................................................... 29
Hình 4.13 Ảnh hƣởng của nồng độ HNO3 và thời gian biến tính vào khả năng hấp phụ
Cd2+. ................................................................................................................................... 31
Hình 4.14 Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến khả năng hấp phụ Ni2+ .......... 33
Hình 4.15 Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến khả năng hấp phụ Cd2+ .......... 33
Hình 4.16 Ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến khả năng hấp phụ MB. .......... 34
Hình 4.17 Đƣờng kính và thể tích lỗ xốp của mẫu AC-HNO3 .......................................... 34
Hình 4.18 Đƣờng kính và thể tích lỗ xốp của mẫu AC-HNO3-dithizone .......................... 34
Hình 4.19 Đƣờng kính và thể tích lỗ xốp của mẫu AC-dithizone ..................................... 35
Hình 4.20 Bề mặt của RHAC đƣợc biến tính bằng các phƣơng pháp khác nhau .............. 35
Hình 4. 21 Phổ FTIR của AC và các phƣơng pháp biến tính khác .................................... 37

Hình 4.22 Ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ MB................................................. 38
Hình 4.23 Hình Ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả năng hấp phụ MB. .............. 39
Hình 4.24 Ảnh hƣởng của thời gian vào khả năng hấp phụ MB ....................................... 40
Hình 4.25 Ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ Ni2+ ................................................ 41
Hình 4.26 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả năng hấp phụ Ni2+ ....................... 42
iii


Hình 4.27 Ảnh hƣởng của thời gian vào khả năng hấp phụ Ni2+....................................... 43
Hình 4.28 Ảnh hƣởng của pH vào khả năng hấp phụ Cd2+ ............................................... 44
Hình 4.29 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng RHAC vào khả năng hấp phụ Cd2+ ....................... 45
Hình 4.30 Ảnh hƣởng của thời gian vào khả năng hấp phụ Ni2+....................................... 46
Sơ đồ 5.1 Sơ đồ quy trình sản xuất RHAC ……………………………………………...48

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

STT

VIẾT TẮT

VIẾT ĐẦY ĐỦ

1

AC

Than hoạt tính

2

RH

Trấu

3

LSD

Least Significance Difference – Sự khác biệt ý nghĩa

4

ANOVA

Analysis of variance - Phân tích phƣơng sai

5

ISO

International Organization for Standardization

6

MB

Methylene blue

iv

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Gạo là một thực phẩm chủ yếu quan trọng cho 3,5 tỷ ngƣời trên thế giới. Theo Tổ
chức Nông Lƣơng của Liên hợp quốc (FAO), sản lƣợng lúa năm 2015 đạt 749.1
triệu tấn và nó sẽ có xu hƣớng tăng trong những năm tiếp theo. Theo thống kê trấu,
một sản phẩm phụ từ quá trình xay xát, chiếm khoảng 20% trọng lƣợng của lúa.
Nhƣ vậy, hàng năm trên thế giới tạo ra một lƣợng RH khoảng 150 triệu tấn. Ở Việt
Nam, thải ra khoảng 8.94 triệu tấn trấu trên năm, tƣơng đƣơng 5,96% của thế giới.
Hiện nay, lƣợng trấu vẫn chƣa đƣợc tận dụng một cách hợp lý đặc biệt là ở các
nƣớc đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Nó ít có tính kinh tế vì hàm lƣợng
SiO2 cao trong RH khơng có nhiều lợi ích cho vật ni cũng nhƣ ảnh hƣởng đến
sức khỏe của con ngƣời [1]. Do đó mà nguồn nguyên liệu này có giá rất thấp
khoảng 3000 đồng/kg. Hầu hết RH đƣợc đốt hoặc đổ trực tiếp ra kênh rạch gây ơ
nhiễm mơi trƣờng. Vì lý do này, việc chuyển đổi các chất thải sinh khối giá rẻ để
sản xuất AC giúp gia tăng trong chuỗi giá trị trong nơng nghiệp. Điều đó khơng
chỉ mở ra một con đƣờng cho sản xuất AC với chi phí thấp mà cịn cung cấp một
cách hiệu quả để giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng gây ra bằng cách xử lý chất thải
nơng nghiệp và cơng nghiệp [2].
Chính vì vậy, việc triển khai đề tài ―Nghiên cứu điều chế, biến tính than hoạt
tính từ vỏ trấuứng dụng trong xử lý kim loại nặng và nƣớc thải dệt nhuộm‖ nhằm
mục đích tận dụng nguồn liệu rẻ tiền, dễ tìm và bảo vệ môi trƣờng. Đồng thời nâng
cao giá trị kinh tế của trấu (RH) là hết sức cần thiết. Đây là nghiên cứu hứa hẹn sẽ
tận dụng từ nông nghiệp để sản xuất sản phẩm than hoạt tính (AC) sử dụng cho xử
lý môi trƣờng một cách hiệu quả nhất.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Xác địnhđiều kiện thích hợp của nhiệt độ và thời gian của q trình than hóa
và hoạt hóa để sản xuất AC từ RH với xử lý RH bằng kiềm.

1

Xác định các điều kiện và phƣơng pháp biến tính thích hợp và đánh giá hiệu
quả của chúng đối với một số tác nhân gây ô nhiễm cụ thể nhƣ nƣớc thải dệt
nhuộm, Ni2+ và Cd2+.
Xác định một số điều kiện ứng dụng RHAC đã sản xuất cho xử lý Ni2+, Cd2+
và methylene blue (MB) trong nƣớc thải dệt nhuộm.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tiến hành trong phạm vi phịng thí nghiệm.
Nguồn RH đƣợc lấy tại nhà máy xay xát của huyện Cầu Ngang – Tỉnh Trà
Vinh.
1.4 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Khảo sát điều kiện than hóa.
Nội dung 2: Khảo sát điều kiện hoạt hóa.
Nội dung 3: Khảo sát điều kiện biến tính.
Nội dung 4: Đánh giá ảnh hƣởng của các phƣơng pháp biến tính đến khả
năng hấp phụMB, Ni2+ và Cd2+.
Nội dung 5: Khảo sát các điều kiện xử lý MB bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 4.
Nội dung 6: Khảo sát các điều kiện xử lý Ni2+ bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 4.
Nội dung 7: Khảo sát các điều kiện xử lý Cd2+ bằng RHAC đƣợc biến tính
theo phƣơng pháp đƣợc chọn ở thí nghiệm 4.

2


CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về AC
AC với khả năng hấp phụ lớn là vật liệu rất cần thiết cho ứng dụng để thanh

lọc trong các ngành công nghiệp khác nhau và trong xử lý nƣớc thải [3]. Nó đã
đƣợc chứng minh là có hiệu quả cho việc xử lý các ion và các chất ô nhiễm hữ cơ
[4] [5] [6]. Nhu cầu về AC đang gia tăng nhanh chóng với nhận thức nâng cao về
bảo vệ mơi trƣờng. Tuy nhiên, giá của các loại AC là rất đắt tiền do thực tế rằng
hầu hết các sản phẩm AC thƣơng mại có nguồn gốc chung từ các nguyên liệu tự
nhiên tốn kém nhƣ gỗ hoặc than. Do đó, việc thăm dò cho một tiền giá rẻ dễ dàng
thu nhận với số lƣợng lớn để sản xuất AC có tầm quan trọng rất lớn.
Có một sự quan tâm ngày càng tăng trong sản xuất các loại AC sử dụng chất
thải nông nghiệp và công nghiệp giá rẻ [7] bao gồm vỏ cà phê, RH, vỏ quả óc chó,
cuống bơng, vỏ dừa, và bắp ngô đã đƣợc điều tra là các tiền chất để sản xuất AC
và vẫn đang nhận đƣợc sự chú ý mới vì giá rẻ và nguồn tài nguyên phong phú.
Nhiều loại AC từ các rác thải nông nghiệp cũng có hiệu năng tƣơng đƣơng hoặc
thậm chí tốt hơn so với các loại AC thƣơng mại trong nhiều ứng dụng.
RH lại có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày nhƣ làm chất đốt, làm
phân bón, chất độn, sản xuất điện năng, làm vật liệu xây dựng, sản xuất SiO2 –
chất đƣợc sử dùng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, luyện thủy tinh, lọc nƣớc.
Trong những năm gần đây, khơng chỉ RH mà than của nó cũng đƣợc dùng
làm vật liệu hấp phụ để tách các chất hữu cơ và vô cơ nhƣ tách các chất màu hay
kim loại nặng gây ô nhiễm trong nƣớc mang lại hiệu quả rất khả quan.
Khi đốt RH tạo ra khoảng 14-20% tro, trong đó có 80-95 % silica và lƣợng
nhỏ các ngun tố kim loại [8]. RH ít cógiá trị thƣơng mại và khơng hữu ích để
làm thức ăn cho động vật vì nó có chứa hàm lƣợng silic đioxit [9], hợp chất này
hịa tan đƣợc trong nƣớc nóng với độ kiềm cao [10].
Sự hoạt hóa của AC bao gồm các phƣơng pháp vật lý và hóa học. AC đƣợc
sản xuất bằng phƣơng pháp vật lý bao gồm hai bƣớc: đầu tiên là q trình than
hóa: là nhiệt phân của vật liệu carbon ở nhiệt độ cao (500-1000 oC) trong điều kiện
khơng khí trơ để loại bỏ tối đa các yếu tố oxy và hydro.
3

Thứ hai là kích hoạt nhiệt độ thích hợp cho tác nhân hoạt hóa (nhƣ hơi nƣớc)
[11]. Phƣơng pháp hoạt hóa hóa học liên quan đến việc ngâm tẩm nguyên liệu với
hóa chất nhƣ H3PO4, KOH, NaOH, hoặc ZnCl2. Những hóa chất này là tác nhân
khử nƣớc, yếu tố có thể ảnh hƣởng đến sự phân hủy nhiệt phân và làm chậm sự
hình thành của hắc ín trong q trình than hóa, do đó làm tăng năng suất của AC
[1].
Nhìn chung, AC đƣợc thƣờng đƣợc sản xuất bởi sự than hóa các nguyên liệu
trƣớc khi hoạt hóa hơi nƣớc. Quá trình than hóa tác động hiệu quả đến chất lƣợng
sản phẩm AC nhờ xúc tiến gia tăng độ xốp từ đó tạo cấu trúc độ xốp cao nhƣ sản
phẩm cuối cùng [12].
Việc xử lý kiềm đối với nguyên liệu ban đầu có thể làm tăng đáng kể diện
tích bề mặt BET và tổng số lỗ xốp trong sản phẩm AC. Nó rất cần thiết để thúc đẩy
các cơng nghệ xử lý kiềm cho AC hoặc để phát triển một công nghệ cho việc sử
dụng chất thải phát sinh [13] [14].
Sự hiện diện của kim loại nặng trong môi trƣờng là một vấn đề lớn do độc
tính của chúng. Việc xử lý các kim loại sử dụng kết tủa không phải ln ln có
thể đáp ứng các tiêu chuẩn. Các cơng nghệ nhƣ thẩm thấu ngƣợc, có thể đáp ứng
các tiêu chuẩn, nhƣng rất tốn kém. Những công nghệ tiến tiến mà có hiệu quả về
chi phí và có thể làm giảm nồng độ kim loại nặng đến mức thấp là vấn đề quan
trọng trong xu thế ngày nay [15].
Quá trình biến tính bề mặt của AC để thay đổi tính chất vật lý và hóa học cụ
thể của chúng. Quá trình này tạo điều kiện cho việc tăng cƣờng loại bỏ các kim
loại khỏi nƣớc thải và có thể đƣợc thực hiện thông qua các phƣơng pháp khác
nhau. Dựa vào loại và tính chất của các chất gây ơ nhiễm phải đƣợc loại bỏ, biến
tính bề mặt trong AC đã đƣợc thực hiện nhằm tăng cƣờng sự hấp phụ của nó đối
với các chất gây ơ nhiễm nhƣ mong muốn. Phƣơng pháp biến tính bề mặt đã đƣợc
chứng minh có hiệu quả cho khả năng hấp phụ các ion kim loại và loại bỏ chúng
khỏi nƣớc. Phƣơng pháp xử lý acid đã đƣợc nghiên cứu để biến tính bề mặt của
AC đƣợc coi nhƣ một cách đầy hứa hẹn đối với các ứng dụng của AC trong nhiều
lĩnh vực [16] [17] [18].

4


2.2Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Gần đây việc nghiên cứu về những nguyên liệulà phế phẩm, đem lại lợi ích
kinh tếcũng đƣợc quan tâm rất nhiều.
Bài báo đăng trên tạp chí Khoa học và Cơng nghệ lần thứ 9 của tác giả Trịnh
Văn Dũng và cộng sự trƣờng Đại học Bách Khoa, Tp.HCM về ―Công nghệ sản
xuất AC từ trấu‖ hoạt hóa bằng hơi nƣớc. Kết quả thu đƣợc diện tích bề mặt riêng
của than là 276.68 m2/g [19] thấp hơn rất nhiều so với nguồn nguyên liệu và
phƣơng pháp hoạt hóa khác [20] [21].
Bài báo ―nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và RH biến
tính‖ của tác giả Lê Thanh Hƣng và cộng sự, 2008 [22] kết quả cho hiệu suất khá
cao khi hoạt hóa bằng acid citric, hấp phụ/trao đổi ion Ni2+ và Cd2+ với (50 – 60%
đối với xơ dừa và 40 – 45% đối với trấu).
Một số luận văn:
―Nghiên cứu chế tạo AC từ lõi ngô bằng phƣơng pháp oxy hóa và biến tính
để ứng dụng làm chất hấp phụ‖ [23] và ―Nghiên cứu chế tạo AC từ RH bằng
phƣơng pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nuớc thải‖.
2.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc
Năm 2014, Hassan và Youssef [1] tách kim loại chì trong dung dịch với hiệu
suất cao từ 117.5 mg/g đến 128.2 mg/g với nguyên liệu RH đƣợc xử lý bằng HCl
và hoạt hóa với tác nhân NaOH. Để tăng tính acid trên bề mặt AC, tác giả dùng
H2O2 và HNO3 và năng suất hấp phụ chì tăng lên. Diện tích BET đạt 1828 m2/g,
thể tích lỗ xốp 1.31905 (ml/g), đƣờng kính lỗ 1.4432 nm ở tỷ lệ nguyên liệu:
NaOH là 1 : 4. Trong cùng năm thì Santi và cộng sự dùng AC từ RH, hoạt hóa
bằng ZnCl2, hấp phụ ion Pb2+ với lƣợng hấp phụ tối đa khi cho sóng siêu âm chiếu
qua mẫu là 16.67 mg/g và 9.8 mg/g cho mẫu khơng có sóng siêu âm [24]. Xiuli
Han và cộng sự [25] đã tối ƣu qui trình hoạt hóa than từ RH bằng hơi nƣớc với loại

bỏ silicate bằng Na2CO3 trong q trình than hóa; nhiệt độ và thời gian hoạt hóa là
946oC – 33 phút, tốc độ gia nhiệt là 8 oC/phút. Kết quả đạt đƣợc là dung lƣợng hấp
phụ iod là 970.06 mg/g, thể tích tổng lỗ xốp là 0.9388 cm3/g và đƣờng kính lỗ
trung bình là 2.043 nm.
5


Năm 2014, Lattuada và cộng sự sử dụng RH và AC từ RH hấp phụ một số
kim loại nặng. Đối với kim loại chì thì RHAC hấp phụ đƣợc 7.96 mg/g, trong khi
RH thì khơng có biểu thị kết quả. Cịn đối với nikel (9.62 mg/g), kẽm (8.21 mg/g)
thì RHAC hấp phụ cao hơn so với RH. Tuy nhiên, đối với kim loại crom, mangan
và sắt thì cho kết quả ngƣợc lại [26].
Năm 2012, Mamdouh S. Masoud khảo sát khả năng hấp phụ Fe3+ và Mn2+
bằng RH biến tính và AC của nó. Kết quả thì RH hấp phụ tốt hơn RHAC [15].
Theo Sindhu và cộng sự dùng phƣơng pháp hoạt hóa vật lý theo hai hƣớng. Một là
ngâm rửa nguyên đầu với dung dịchHNO3, rồi đem hoạt hóa. Hai là AC đạt đƣợc
đem biến tính với HNO3. Kết quả là RH đƣợc xử lý trƣớc khi hoạt hóa hấp phụ
Cr6+ tốt hơn xử lý sau khi hoạt hóa [27].
Năm 2011, Yue Chen và cộng sự tổng hợp một số nghiên cứu về hấp phụ
kim loại từ RHAC bằng quá trình nhiệt hóa [28] với hàm lƣợng Pb là 108 mg/g.
Năm 2010, Akhtar M. và cộng sự tách ion kim loại có hóa trị 2 nhƣ (Pb, Cd,
Zn và Cu) bằng phƣơng pháp vật lý và hóa học với tác nhân hoạt hóa là HNO3 và
K2CO3, có diện tích lỗ và đƣờng kính lỗ trung bình là 542  2.3 m2/g và 1076  5.6
nm [29].
Năm 2013, Alslaibi và cộng sự đã đƣa ra kết quả cứu khả năng hấp phụ của
Cd2+ lên AC từ vỏ cứng hạt oliu tại pH = 5 trong thời gian 7 phút có kết hợp
microwave [30].
Năm 2014, Karnib và cộng sự đã chứng minh AC có khả năng hấp phụ tốt
kim loại. Tại nồng độ Ni2+ và Cd2+ ban đầu 30ppm, phần trăm loại bỏ hai kim loại
này đạt 90 và 86 % tƣơng ứng với thời gian 20 phút trong bể siêu âm [31].

Năm 2016, Lakherwal và cộng sự đã tìm ra kiện kiện pH = 6 phù hợp cho
khả năng hấp phụ Ni2+ của AC, đạt 7.6569 mg/g [32].
Gupta và cộng sự 2014 cho thấy rằng, dithizone có khả năng hấp phụ lên trên
bề mặt Ag để sản xuất nano Ag đƣợc phủ dithizone ứng dụng trong các cảm biến
ánh sáng (amperometric sensing of cefotaxime) [33]cũng nhƣ nano Hg trong ứng
dụng truyền dẫn quang (của kính ophtalmic) [34]. Bên cạnh đó, năm 2012
Karimivà cộng sự chứng minh khả năng ứng dụng của điện cực cảm biến đã đƣợc
sữa đổi bởi các ống nano carbon đa vách bằng dithizone gắn trên nền acid để xác
6


định vết Cd [35]. Các nghiên cứu này đƣa ra khả năng có thể ứng dụng biến tính
AC bằng acid kết hợp với dithizone để làm tăng khả năng hấp phụ một số kim loại
trong xử lý nƣớc thải.
Những nghiên cứu trƣớc, năm 2008, Sharma và Janveja sử dụng than RH
thƣơng mại, điều chế RHAC dạng bột bằng hoạt hóa hơi nƣớc để tách màu đỏ của
nhà máy dệt nhuộm. Chỉ với 0.08 g/l RHAC có thể tách 10 – 99% chất màu từ
dung dịch có nồng độ 25 ppm với thời gian dao động từ 20 – 200 phút [36].
Dinesh Mohan và cộng sự dùng AC từ gáo dừa, xơ gáo dừa và RH để tách kim
loại. Đối với RH thì hiệu suất tách Fe, Pb, Zn < 50%, trong khi Mn thì hiệu suất
cao hơn 80%[37]. Năm 2002, Yupeng Guo và cộng sự sản xuất RHAC dùng để
hấp phụ Cr6+ trên bề mặt vi lỗ và trung lỗ của than với ngƣỡng hấp phụ là 0.8 g/l
với tác nhân hoạt hóa NaOH và KOH [38].
Các cơng trình nghiên cứu về AC từ các nguyên liệu giá trị thấp khác:
Năm 2015, Ibrahim và cộng sự [39] cũng tách ion chì ra khỏi dung dịch bằng
AC của vỏ cà tím bằng KOH, tỷ lệ hoạt hóa là 1 : 2 (nguyên liệu: KOH), diện tích
bề mặt than là 739 m2/g, năng suất hấp phụ tối đa là 140 mg/g; cao hơn so với RH
[1].
Một vài nghiên cứu trƣớc đây về các nguyên liệu có giá trị thấp nhƣ AC từ lá
sợi dâm bụt hấp phụ Cu2+của tác giả Chowdhury, 2012 [40]; Từ bã cà phê của

Boudrahem, 2009 tách ion Pb2+ [41]; Mohan, 2005 dùng AC gáo dừa để tách Cr6+
[37]; Kadirvelu, 2002 dùng AC làm từ cộng và lá Partherium, hoạt hóa bằng ZnCl2
tách Ni2+ với dung lƣợng hấp phụ là 54.35 mg/g [42].
Thuốc nhuộm đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhƣ ngành
dệt, giấy, nhà máy bột giấy, da, thuốc nhuộm tổng hợp, in ấn, thực phẩm, nhựa và
các ngành công nghiệp khác. Nƣớc thải từ các ngành công nghiệp này đang tạo ra
một lƣợng đáng kể các chất gây ơ nhiễm có màu. Những chất gây ơ nhiễm độc hại,
gây dị ứng, kích ứng da, và thậm chí gây ung thƣ, gây nguy hiểm nghiêm trọng
cho các sinh vật sống. Vì vậy, việc cần thiết là loại bỏ chúng khỏi nƣớc thải trƣớc
khi xả. Với mục đích này, nhiều phƣơng pháp xử lý, chẳng hạn nhƣ q trình oxy
hóa hóa học, chiết dung mơi, lọc màng, phƣơng pháp điện hóa, hấp phụ, sinh học
đã đƣợc phát triển để xử lý thuốc nhuộm cũng nhƣ các tác nhân ô nhiễm hữu cơ
7


chứa nƣớc thải. Các phƣơng pháp này có hiệu quả hấp phụ cao cho việc loại bỏ
thuốc nhuộm, cũng nhƣ các cơ và chất ô nhiễm vô cơ. Sự hấp phụ bằng than hoạt
tính là phƣơng pháp thuận lợi nhất do mang diện tích bề mặt cao, cũng nhƣ phát
triển cấu trúc lỗ nội bộ và hóa học bề mặt các nhóm chức nằm ở bề mặt bên ngồi
và bên trong [43].

8


CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Nguyên vật liệu
3.1.1 Nguyên liệu
RH đƣợc mua ở nhà máy xay xát ở huyện Cầu Ngang, tỉnh Trà Vinh.
3.1.4 Hóa chất
NaOH

C2H5OH

Malachite Green

NiSO4.6H2O

CdCl2.2.5H2O

C13H12N4S

(C6H10O5) n

PAN

CHCl3

H2SO4

C8H5KO4

I2

EDTA

Na4P2O7.10H2O

KI

C16H18N3SCl.3H2O

Tween 80

HCl

C3H6O2

DMF

PVA

KH2PO4

Diethyl ether

Ascorbic acid

NaH2PO4.12 H2O

CH3COONa

CH3COOH

HNO3

(70 %)

3.2 Dụng cụ và thiết bị
3.2.1 Dụng cụ
Bình định mức 10 đến 1000 ml

Bình hút chân khơng

Bình tam giác 25 đến 500 ml

Micropipet 10005000 l

Nhiệt kế

Pipet 1-5-10 ml

Beaker 50-100-250 ml
3.2.2 Thiết bị
Bể điều nhiệt

Máy khuấy từ

Máy lắc

Bơm chân không

Tủ sấy

Cân điện tử 4 số lẻ

pH kế

Hệ thống lò nung

Máy quang phổ UV-VIS

9


3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu
3.3.1 Sơ đồ nghiên cứu
RH
- Khảo sát nhiệt độ than hóa: 400-550 oC
- Khảo sát thời gian than hóa: 30-90 phút
o Đánh giá chỉ tiêu hấp phụ Iodine và MB

Than hóa

- Khảo sát nhiệt độ hoạt hóa: 750-850 oC
- Khảo sát thời gian hoạt hóa: 30-90 phút
o Đánh giá chỉ tiêu hấp phụ Iodine và MB
o Đo BET

Hoạt hóa hơi nƣớc

- Khảo sát tƣơng tác hai biến nồng độ
HNO3: 1-5 M và thời gian từ 1-5 giờ
o Đánh giá khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+

HNO3

Dithizone

Biến tính

- Khảo sát nồng độ dithizone: 0.01-0.03 M
2+
2+
o Đánh giá khả năng hấp phụ Ni và Cd
Dithizone

- Chọn nồng độ dithizone từ thí nghiệm trên
o Đánh giá khả năng hấp phụ Ni2+ và Cd2+

Xử lý Ni2+

Khảo sát pH, hàm lƣợng than hoạt tính, thời
gian hấp phụ

Xử lý Cd2+

Khảo sát pH, hàm lƣợng than hoạt tính, thời
gian hấp phụ

Xử lý methylene blue

Khảo sát pH, hàm lƣợng than hoạt tính, thời
gian hấp phụ

Xử lý môi trƣờng

Sơ đồ 3.1 Sơ đồ nghiên cứu

10

3.3.2 Quy trình thực hiện
RH

Rửa nƣớc cất

Bụi, đất

Sấy khơ 105 oC, 24 giờ

Vỏ trấu : NaOH (2M) = 1:8
Đun sôi 100 oC, 1 giờ

Rửa nƣớc cất (pH=7)

Nƣớc

Sấy khô 105 oC, 24 giờ

Than hóa 450-550 oC,
30 – 90 phút

Hoạt hóa hơi nƣớc 750-850 oC
20 – 90 phút

Sản phẩm AC
Biến tính bằng HNO3 1 - 3 M/ 1 - 5 giờ

Than hoạt tính biến tính
 Khảo sát khả năng hấp phụ Ni2+, Cd2+, MB

Sơ đồ 3.2 Quy trình thực hiện nghiên cứu
11


Thuyết minh quy trình:
Nguyên liệu RH:
RH đƣợc thu thập tại 1 nhà máy xay xát của H. Cầu Ngang - tỉnh Trà Vinh
trong cùng một thời điểm lấy mẫu để đảm bảo các thí nghiệm có tính đồng nhất.
Ngun liệu thô ban đầu đƣợc rửa sạch với nƣớc cất để loại bỏ bụi và đất, sau
đó đem sấy khơ ở 105 oC trong 24 giờ.
Ngâm NaOH:
Nguyên liệu RH đƣợc ngâm trong NaOH nồng độ 2M, ở 100 oC trong 1 giờ
(tỉ lệ RH : NaOH = 1:8). Lọc bỏ dung dịch sau ngâm, RH đƣợc rửa với nƣớc cất
cho đến mơi trƣờng trung tính (pH=7). Ngun liệu đem sấy khơ ở 105 oC trong
24 giờ. Nguyên liệu sau khi sấy đƣợc chuẩn bị cho q trình than hóa.
Than hóa:
30 – 40 g RH cho vào bình thạch anh đƣợc đặt trong lò nung dạng thẳng
đứng và đem đi nung ở nhiệt độ 400 – 550 oC với tốc độ gia nhiệt là 10 oC/phút
trong thời gian khảo sát từ 30 – 90 phút, dịng khí N2 đƣợc thổi qua lị phản ứng để
đảm bảo môi trƣờng xung quanh mẫu không bị oxy hóa.
Hoạt hóa:
Mẫu sau khi than hóa đƣợc tiếp tục gia tăng nhiệt độ đến 750 – 850 oC với
tốc độ gia nhiệt là 10 oC/phút. Trong suốt quá trình gia nhiệt thì dịng khí N2 đều
đƣợc thổi qua lò phản ứng. Sau khi nhiệt độ đạt mong muốn thì ngừng cung cấp
khí, cho nƣớc vào để hóa hơi với tỉ lệ than : nƣớc = 1: 3 [25] và giữ ở nhiệt độ
khảo sát trong thời gian từ 20 – 90 phút. Khi thời gian khảo sát đạt đến 20 – 90
phút thì tắt lị phản ứng, ngừng cung cấp nƣớc và tiếp tục thổi khí N 2 vào lị cho
đến khi đạt đến nhiệt độ mơi trƣờng thì lấy sản phẩm ra khỏi lị và lƣu trữ mẫu.

12

Hình 3. 1Quy trình thiết bị sản xuất AC
1. Bình khí nitrogen; 2. Bình nƣớc; 3. Lị phản ứng; 4. Bình phản ứng thạch anh; 5. Sensor nhiệt
6. Bảng điều khiển nhiệt độ; 7. Nƣớc đá; 8. Bình chứa dung dịch acetone; 9. Thùng cách nhiệt
Biến tính:
Sản phẩm thu đƣợc đem đi biến tính bằng các tác nhân
-

HNO3 (1 – 5 M trong 1 – 5 giờ),

-

Dithizone (0.01 – 0.03 M),

-

Kết hợp HNO3 với dithizone đã đƣợc chọn từ điều kiện thích hợp bên
trên.

 Từ đó đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp và chọn ra phƣơng pháp thích
hợp để khảo sát khả năng xử lý nƣớc thải kim loại nặng và nƣớc thải dệt
nhuộm.
Các phƣơng pháp biến tính đƣợc tiến hành nhƣ sau:
- Biến tính than bằng cách tẩm dung dịch dithizone:
Cân 0.6 g RHAC cho vào erlen 250 ml, thêm vào đó 50 ml dung dịch
dithizone 0.01, 0.02 và 0.03 M, đặt trong bể điều nhiệt ở 60 oC trong 24 giờ. Sau

13

đó lọc và rửa RHAC với dung dịch DMF và hỗn hợp ethanol/diethyl ether. RHAC
sau khi rửa đƣợc đem đi sấy khơở 70 oC trong 8 giờ.
-

Biến tính than bằng HNO3:

Cân 0.5 g RHAC cho vào 50 ml HNO3 ở nồng độ khảo sát 1, 3 và 5 M. Đun
cách thủy 100 oC có khuấy trong 1, 2, 3, 4, 5 giờ.Lọc và rửa RHAC sau thời gian
biến tính bằng nƣớc cất cho đến khi mơi trƣờng trung tính (pH = 7). RHAC sau khi
rửa đƣợc đem sấy ở 105 oC trong tủ sấy đến khối lƣợng không đổi. Quá trình biến
tính RHAC làm cho bề mặt than biến tính có chứa nhóm chức cacboxylic (COOH), là nhóm chức tạo ra các tâm hoạt động có thể tham gia quá trình trao đổi
với các cation trong nƣớc. Ngồi ra, q trình biến tính RHAC cũng làm cho số
lƣợng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than tăng lên một cách đáng kể so với số
lƣợng nhóm chức có tính axit trên bề mặt than ban đầu.
-

Biến tính kết hợp HNO3 với dithizone: thực hiện tƣơng tự nhƣ biến tính

bằng dithizone nhƣng thay RHAC bằng RHAC đã đƣợc biến tính bằng HNO3.
3.3.3 Nội dung 1: Khảo sát điều kiện than hóa
* Mục đích thí nghiệm: Xác định các điều kiện nhiệt độ và thời gian hoạt hóa
* Phƣơng pháp chọn thơng số thí nghiệm:
Phân tích phƣơng sai ANOVA để đánh giá sự khác biệt ý nghĩa với độ tin
cậy 95 % giữa MB và Iodine trong các thí nghiệm đƣợc khảo sát. Từ đó chọn ra
thơng số tốt nhất trong thí nghiệm khảo sát làm cơ sở cho thí nghiệm tiếp theo. Sử
dụng phần mềm thống kê Statgraphics® Centurion XV .
Tất cả các thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 3 lần, khối lƣợng mỗi đơn vị thí
nghiệm là 30g trấu. Kết quả đánh giá là giá trị trung bình của các lần lặp lại.
* Chỉ tiêu đánh giá: Khả năng hấp phụ MB và Iodine

* Tiến hành thí nghiệm nhƣ bố trí ở thí nghiệm 1 và 2.
Thí nghiệm 1: Xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ than hóa vào khả năng hấp
phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Thời gian than hóa 60 phút
Yếu tố thay đổi: Nhiệt độ than hóa: 400 – 450 – 500 – 550 oC

14


Thí nghiệm 2: Xác định ảnh hƣởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp
phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Nhiệt độ than hóa (đƣợc chọn từ thí nghiệm 1)
Yếu tố thay đổi: Thời gian than hóa: 30 – 60 – 90 phút
3.3.4 Nội dung 2: Khảo sát điều kiện hoạt hóa
Từ các thơng số nhiệt độ và thời gian thích hợp đƣợc trong q trình than hóa, tiến
hànhthan hóa và đem đi hoạt hóa với các điều kiện đƣợc khảo sát bên dƣới.
* Mục đích thí nghiệm: Xác định các điều kiện nhiệt độ và thời gian hoạt hóa
* Phƣơng pháp chọn thơng số thí nghiệm:
Phân tích phƣơng sai ANOVA để đánh giá sự khác biệt ý nghĩa với độ tin cậy 95
% giữa năng hấp phụ MB và Iodinetrong các thí nghiệm đƣợc khảo sát. Từ đó
chọn ra thơng số tốt nhất trong thí nghiệm khảo sát làm cơ sở cho thí nghiệm tiếp
theo. Sử dụng phần mềm thống kê Statgraphics® Centurion XV .
Tất cả các thí nghiệm đều đƣợc lặp lại 3 lần, khối lƣợng mỗi đơn vị thí
nghiệm là 20g than trấu. Kết quả đánh giá là giá trị trung bình của các lần lặp lại.
* Chỉ tiêu đánh giá: Khả năng hấp phụ MB và Iodine.
* Tiến hành thí nghiệm nhƣ bố trí ở thí nghiệm 3 và 4.
Thí nghiệm 3: Xác định ảnh hƣởng của nhiệt độ hoạt hóa vào khả năng hấp
phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Thời gian hoạt hóa 60 phút
Yếu tố thay đổi: Nhiệt độ hoạt hóa: 750 – 800 – 850 oC

Thí nghiệm 4: Xác định ảnh hƣởng của thời gian than hóa vào khả năng hấp
phụ MB và Iodine
Các yếu tố cố định: Nhiệt độ hoạt hóa (đƣợc chọn từ thí nghiệm 3)
Yếu tố thay đổi: Thời gian hoạt hóa: 20 – 30 – 60 – 90 phút
3.3.5 Nội dung 3: Khảo sát điều kiện biến tính
Từ các thơng số nhiệt độ và thời gian thích hợp của q trình than hóa và hoạt hóa,
tiến hành than hóa và hoạt hóa và thu sản phẩm đem khảo sát điều kiện biến tính
bằng HNO3.

15