Nghiên cứu tổ hợp than bùn – xơ dừa làm vật liệu hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước (2018)

LUẬN VĂN SIÊU CẤP CHANNEL

vectorstock.com/1593604

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN DISSERTATION PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

Nghiên cứu tổ hợp than bùn – xơ dừa làm vật liệu hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước (2018) Nguyễn Thị Nhung - Cử nhân Hóa phân tích môi trường Trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng PDF VERSION | 2018 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

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

Ngoài 4 nguyên tố hóa học chủ yếu trên, trong axit humic còn chứa các nguyên tố tro với hàm lƣợng không nhiều nhƣ: P, S, Al, Fe, Si phụ thuộc vào mức độ tinh khiết của dung dịch tách axit humic ra khỏi đất. Tổng lƣợng các nguyên tố thay đổi từ 1-10%. Có lẽ các nguyên tố tro không phải là thành phần bắt buộc của phân tử axit humic. Chúng liên kết với các axit humic do các phản ứng hóa học [9], [10], [11].

- Nhóm axit fulvic:bao gồm axit crenic, apoarenic (theo thuật ngữ của Beczelius và Viliam).

Axit fulvic có màu vàng nâu, trong dung dịch tùy theo nồng độ mà chúng có màu vàng rơm đến màu da cam. Axit fulvic hòa tan trong nƣớc, axit, dung dịch loãng của hydroxit của kim loại kiềm, cacbonat kiềm, dung dịch amoniac.

Hàm lƣợng nguyên tố hóa học của axit fulvic không cố định, thay đổi trong phạm vi sau: C: 40% - 52% ; O: 40 – 48% ; H: 4 -6% ; N: 2 -6% Các kết quả nghiên cứu cấu trúc của axit fulvic đều xác nhận sự có mặt của các nhóm định chức cacboxyl, phenol, metoxyl và cacbonyl. Những nhóm thơm loại vòng hay những mạch bên trong phân tử axit fulvic cũng tƣơng tự nhƣ trong axit humic. Hydro của nhóm cacbonyl và phenol hydroxyl đều có khả năng trao đổi cation. Axit fulvic khác với axit humic ở chỗ chứa nhiều các nhóm định chức hơn nhƣng lại ít các nhân thơm hơn [9].

Nhìn chung, cấu trúc phân tử của axit fulvic cũng có những nét tƣơng tự nhƣ trong axit humic. Vì vậy, có nhiều tài liệu đƣa ra axit fulvic đƣợc hình thành trong quá trình mùn hóa từ axit humic vừa mới đƣợc tạo thành.

Nhiều nhà khoa học nghiên cứu phân chia các chất mùn ngoài hai nhóm trên còn nhòm thứ ba là nhóm humin. Chúng cũng là các axit humic, song có cấu tạo đơn giản và liên kết với những phần khoáng, khoáng sét của đất sét rất chặt chẽ. Điều này giải thích tính bền vững của axit humin khi tác động axit hoặc kiềm lên nó. Đạm trong humin chứa khoảng 20 – 30% tổng số đạm trong đất. Trong đất chỉ một phần nhỏ chất mùn ở trạng thái tự do, còn axit humic và axit fulvic liên kết với nhau tạo thành những chất phức tạp.

26

1.3. Tổng quan về thuốc nhuộm 1.3.1. Sơ lƣợc về thuốc nhuộm Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp phụ mạnh một phần nhất định của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong những điều kiện nhất định (tính gắn màu).

Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con ngƣời hầu nhƣ chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có đƣợc là do cấu trúc hóa học: một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm chứa các nối đôi liên hợp với điện tử π không cố định nhƣ: > C = C <, >C = N -, - N = NO2,… Nhóm trợ màu là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử nhƣ: - NH2, COOH, -SO3H, - OH,… đóng vai trò tăng cƣờng màu của nhóm mang màu bằng cách dịch chuyển năng lƣợng của hệ điện tử [8].

1.3.2. Phân loại thuốc nhuộm Dựa vào nguồn gốc chia làm hai loại: Thuốc nhuộm có nguồn gốc tự nhiên và thuốc nhuộm tổng hợp.

1.3.2.1. Thuốc nhuộm thiên nhiên Những bằng chứng về khảo cổ học ở các kim tự tháp Ai Cập, Trung Quốc, Ân Độ đã nói lên rằng, từ thời Thƣợng Cổ, loài ngƣời đã biết sử dụng thuốc nhuộm thiên nhiên từ động thực vật. Ở Ai Cập, 1500 năm trƣớc Công nguyên, ngƣời ta đã biết dùng inđigo (màu xanh chàm) để nhuộm vải, dùng alizarin lấy từ rể cây marena để nhuộm màu đỏ, dùng campec chiết xuất từ gỗ sồi để nhuộm màu đen cho len, lụa tơ tằm. Các màu vàng, tím và đỏ tím cũng đƣợc chiết xuất từ một số loài cây khác. Đến nay, các nhà khoa học đã xác định đƣợc công thức hóa học của một số thuốc nhuộm thiên nhiên theo từng loại màu, từ đó đánh giá đƣợc tính chất và hƣớng sử dụng của chúng [7]. a. Màu vàng

27

Tất cả các thuốc nhuộm thiên nhiên màu vàng đều có nguồn gốc thực vật. màu vàng đƣợc dùng phổ biến hơn cả trong nhiều thế kỉ qua là rezada. Khi phối màu vàng với màu xanh chàm sẽ cho màu lục gọi là màu xanh Lincon tuyệt đẹp. b. Màu đỏ Ba trong số 4 thuốc nhuộm màu thiên nhiên là cecmen, cosenil, lac có nguồn gốc động vật, còn màu đỏ alizarin, màu đỏ quan trọng nhất, đƣợc lấy từ thực vật.

Tất cả các thuốc nhuộm màu đỏ trên đều là dẫn xuất hidroxi của antraquinon. Các dẫn xuất khác nhau của chúng còn đƣợc dùng đến ngày nay do chúng có màu tƣơi ánh và rất bền màu với ánh sáng. Màu đỏ tía là thuốc nhuộm 6,6’ –dibromindigo, đƣợc xác định công thức năm 1909. c. Màu xanh chàm Nói về các màu nhuộm thiên nhiên không thể nhắc đến màu áo chàm, màu áo chàm đặc trƣng của đồng bào miền núi phía Bắc nƣớc ta. Màu chàm đƣợc chế từ nƣớc lá chàm pha nƣớc vôi, tro bếp mà thành. Màu xanh chàm và màu đỏ alizarin là hai thuốc nhuộm thiên nhiên vẫn còn đƣợc sử dụng đến ngày nay, do có độ bền màu cao. d. Màu đen Thuốc nhuộm thiên nhiên màu đen duy nhất có ý nghĩa thực tế là màu đen campec, đƣợc biết đến từ năm 1500. Tuy nhiên, phải đến năm 1812 mới thực sự đƣợc ứng dụng rộng rãi, khi một nhà hóa học ngƣời Pháp phát hiện khả năng của nó tạo phức chất không tan với kim loại. Khi mới tách từ gỗ campec ra, hợp chất ban đầu có màu đỏ gọi là hematein, khi kết hợp với muối crom tạo thành phức chất màu đen. Cũng vì thế mà gỗ campec trở nên có giá trị. Màu đen campec đƣợc dùng nhƣ một thuốc nhuộm đơn, riêng biệt để nhuộm tơ tằm, da và một vài vật liệu khác, vẫn có ý nghĩa đến ngày nay [5].

1.3.2.2. Thuốc nhuộm tổng hợp: đƣợc chia theo phân lớp kỉ thuật và theo cấu tạo hóa học. a. Theo cấu tạo hóa học - Thuốc nhuộm azoic: Trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhóm azoic (- N = N- ).

28

Dựa vào số azoic có trong một hệ mang màu của thuốc nhuộm mà ta chia ra các nhóm thuốc nhuộm: Mono azoic: Ar –N=N-Ar Diazoic: Ar-N=N-Ar’ –N=N-Ar” Tri và poliazoic: Ar – N=N- Ar –N=N Ar” – N=N- Ar”’ –N= N-…

Trong đó: Ar, Ar’, Ar”,… là những nhóm gốc hữu cơ nhân thơm có cấu tạo đa vòng và dị vòng rất khác nhau.

- Thuốc nhuộm anthraquynone: Trong phân tử thuốc nhuộm này có một hoặc nhiều nhân anthraquynone hoặc các dẫn xuất của nó.

- Thuốc nhuộm indigoit - Thuốc nhuộm arylmetan - Thuốc nhuộm nitrozo - Thuốc nhuôm nitro - Thuốc nhuộm polymetyn - Thuốc nhuộm lƣu huỳnh - Thuốc nhuộm arylamin - Thuốc nhuộm azometyn - Thuốc nhuộm hoàn nguyên đa vòng - Thuốc nhuộm phtaloxianin b. Theo phân lớp kĩ thuật - Thuốc nhuộm trực tiếp - Thuốc nhuộm hoạt tính - Thuốc nhuộm Bazo – cation - Thuốc nhuộm Cầm màu - Thuốc nhuộm hoàn nguyên tan và không tan - Thuốc nhuộm lƣu huỳnh - Thuốc nhuộm azo không tan - Thuốc nhuộm phân tán - Thuốc nhuộm oxy hóa - Thuốc nhuộm pigment

29

- Thuốc nhuộm acid 1.3.3. Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dƣợc phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm. Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giá thành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên. Tuy nhiên việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễm nguồn nƣớc ảnh hƣởng tới con ngƣời và môi trƣờng. Khi đi vào nguồn nƣớc nhƣ sông, hồ… với nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảm giác về màu sắc. Màu đậm của nƣớc thải cản trở sự hấp phụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trƣởng của các loại thủy sinh vật. Nhƣ vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chất hữu cơ trong nƣớc thải. Đối với các và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên các của hơn 3000 thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độc vừa, rất độc cho các và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho cá và thủy sinh. Đối với con ngƣời, thuốc nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đƣờng hô hấp, phổi. Ngoài ra, một số thuốc nhuộm hoặc chất chuyển hóa của chúng rất độc hại có thể gây ung thƣ (nhue thuốc nhuộm Benzidin, Sudan). Các nhà sản xuất Châu Âu đã ngừng sản xuất loại này, nhƣng trên thực tế chúng vẫn đƣợc tìm thấy trên thị trƣờng do giá thành rẻ và hiệu quả nhuộm màu cao [5].

1.3.4. Các phƣơng pháp xử lí nƣớc thải dệt nhuộm Xử lí nƣớc thải dệt nhuộm ở nƣớc ta đã đƣợc quan tâm từ lâu, đặc biệt là trong những năm gần đây, nhiều công ty không có trách nhiệm xử lí nƣớc thải của nhà máy mà thải ra các sông làm ảnh hƣởng nghiêm trọng của môi trƣờng sống. Các phƣơng pháp truyền thống nhƣ đông keo tụ, oxi hóa, sinh học đã đƣợc áp dụng cho một số cơ sở sản xuất. Các phƣơng pháp tuy chƣa hoàn chỉnh, chƣa triệt để, song cũng đã góp phần giảm thiểu ô nhiễm. Để xử lí nƣớc thải dệt nhuộm ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp sau: - Phƣơng pháp sinh học, gồm các phƣơng pháp: phƣơng pháp hiếu khí, phƣơng pháp kị khí, phƣơng pháp thiếu khí.

30

- Phƣơng pháp hóa lí, gồm các phƣơng pháp: phƣơng pháp lọc qua song chắn rác, phƣơng pháp đông tụ và keo tụ, phƣơng pháp hấp phụ, phƣơng pháp trao đổi ion.

- Phƣơng pháp điện hóa.

- Phƣơng pháp hóa học, gồm các phƣơng pháp: phƣơng pháp trung hòa, phƣơng pháp oxi hóa khử.

- Phƣơng pháp oxi hóa nâng cáo, gồm các phƣơng pháp: phƣơng pháp ozon,phƣơng pháp ozon + H2O2, phƣơng pháp oxi hóa quang học, …

Trong bài báo cáo này, tôi sử dụng phƣơng pháp hấp phụ để xử lí chất màu methylen xanh [7].

1.4. Giới thiệu về xanh methylen 1.4.1. Cấu tạo, tính chất của xanh methylen Cấu tạo

Xanh methylen Xanh methylen là một hợp chất thơm dị vòng, đƣợc tổng hợp cách đây hơn 120 năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl.3H20. Một số tên gọi khác nhƣ tetramethylthionie chlorhydrat, methylen blue, glutylene, methylthioninium chloride. Đây là một hợp chất có màu xanh đậm và ổn định ở nhiệt độ phòng. Dạng dung dịch 1% có pH từ 3 – 4.5. xanh methylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxy hóa và khử, kiềm, dichromate, các hợp chất của iod. Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc nhƣ: Cl2, NO, CO, SO2, CO2, H2S. Xanh methylen nguyên chất 100% dạng bột hoặc tinh thể. Xanh methylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử của xanh methylen bị oxy hóa và bị khử 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào [5].

31

1.4.2. Hiện trạng ô nhiễm xanh methylen trong nƣớc thải Nguồn gốc cơ bản phát sinh ô nhiễm xanh methylen trong nƣớc là chất thải từ các cơ sở sản xuất sử dụng xanh methylen để nhuộm màu xanh cho các sản phẩm.

Một số nhà máy dệt may tuy có hệ thống xử lí nƣớc thải nhƣng vẫn chƣa xử lí đƣợc triệt để hàm lƣợng các chất hữu cơ màu cũng là nguyên nhân gây ra ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Ở các cơ sở nhuộm nhỏ lẻ xuất hiện ở nhiều nơi trong các thành phố thì hầu nhƣ xả thải trực tiếp nƣớc thải nhuộm ra hệ thống thoát nƣớc của cộng đồng gây hậu quả nghiêm trọng về sức khỏe và gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trƣờng nƣớc.

Bên cạnh đó, xanh methylen còn đƣợc sử dụng trong quá trình sản xuất dƣợc phẩm. Đây cũng là một nguồn phát sinh xanh methylen gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc khi rửa các trang thiết bị điều chế dƣợc phẩm và một lƣợng nhỏ xanh methylen có thể bị hao hụt trong quá trình điều chế dƣợc liệu [7].

1.5. Phƣơng pháp hấp thụ trong xử lí nƣớc thải Phƣơng pháp hấp phụ đƣợc dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nƣớc thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lí sinh học cũng nhƣ xử lí cục bộ khi trong nƣớc thải có chứa một hàm lƣợng rất nhỏ các chất đó.

1.5.1. Khái niệm và bản chất của quá trình hấp phụ Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha làm giảm sức căng bề mặt của chất hấp phụ. Bề mặt phân chia ơha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn. Chất có bề mặt trên đó xảy ra sự hấp phụ đƣợc gọi là chất hấp phụ, chất đƣợc tích lũy trên bề mặt là chất bị hấp phụ.

Trong trƣờng hợp tổng quát, quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn:  Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nƣớc thải tới bề mặt hạt hấp phụ.  Thực hiện quá trình hấp phụ.  Di chuyển chất ô nhiễm vào bên trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong).

Bản chất của hiện tƣợng hấp phụ là sự tƣơng tác giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Để mô tả sự hấp phụ ở trạng thái cân bằng ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ: Khi đó, đại lƣợng hấp phụ cân bằng phụ thuộc vào nồng 32

độ chất bị hấp phụ (pha khí) khi cân bằng. Có nhiều phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ đƣợc thiết lập cho hấp phụ trong những trƣờng hợp khác nhau (đơn lớp, đa lớp, hấp phụ vật lí, hóa học, hấp phụ trên bề mặt phân cách pha rắn – lỏng, lỏng – khí…), nhƣng đối với hấp phụ trên bề mặt phân cách pha rắn – lỏng thì quan trọng nhất là phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.

1.5.2. Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Freunlich 1.5.2.1. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir  Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng (1.1): q = qmax .

(1.1)

Trong đó: q: dung lƣợng hấp phụ tại thời điểm cân bằng qmax: dung lƣợng hấp phụ cực đại b: hằng số Langmuir (hằng số cân bằng hấp phụ) Khi b.Cs<<1 thì q = qmax.b.Cs mô tả vùng hấp phụ tuyến tính Khi b.Cs>>1 thì q = qmax.b.Cs mô tả vùng hấp phụ bão hòa  Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức(1.2): q=

(1.2)

q: dung lƣợng hấp phụ (mg/g) Ci: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/l) Cs: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l) V: thể tích dung dịch (l) m: khối lƣợng chất hấp phụ (g) Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa giới hạn trên thì đƣờng đẳng nhiệt biểu diễn là một doạn song. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng hình 1.1.

33

q (mg/l) qmax

O

Cs

Hình 1.1. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Để xác định các hằng số trong phƣơng trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đƣa phƣơng trình (1.1) về phƣơng trình tuyến tính (1.3): =

. Cs +

(1.3)

1.5.2.2. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Freundlich đã nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ (áp suất của chất khí) đến đại lƣợng hấp phụ ở nhiệt độ không đổi nhận thấy rằng: các đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt có dạng gần giống với một nhánh của đƣờng parabol nên ông đã đề nghị công thức thực nghiệm sau: Với chất khí: q = x/m = k.P1/n

(1.4)

Với chất tan trong dung dịch q = x/m = k.C1/n

(1.5)

Trong đó: x: là số mol chất bị hấp phụ. m: là khối lƣợng vật hấp phụ (gam).

P: là áp suất cân bằng của khí.

C: là nồng độ cân bằng của chất tan quanh vật hấp phụ. k: là hằng số hấp phụ Freundlich. n: là hằng số đặc trƣng cho khả năng hấp phụ của từng chất.

Tại vùng có P hay C thấp thì q tỉ lệ thấp với P, C. Tại vùng có P hay C cao thì q=qmax không phụ thuộc vào P, C nữa vì quá trình hấp phụ đã đạt bão hòa.

34

q (mg/l)

log q

O

C

O

log C

Hình 1.2. Đường cong hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Có thể tìm các hằng số trong phƣơng trình Freundlich từ đồ thị bằng cách chuyển về dạng phƣơng trình tuyến tính: logq = logk + (

logCs (1.6)

1.5.3. Hiệu dung và hiệu suất hấp phụ 1.5.3.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng Dung lƣợng hấp phụ cân bằng là khối lƣợng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lƣợng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ. Dung lƣợng hấp phụ đƣợc tính theo công thức: q=

(1.8)

Trong đó: Co: Nồng độ của dung dịch trƣớc khi hấp phụ (mg/l).

Cf: Nồng độ của dung dịch sau khi hấp phụ (mg/l). q: Dung lƣợng hấp phụ cân bằng (mg/g).

V: thể tích dung dịch đem hấp phụ (l). m: Khối lƣợng chất hấp phụ (g).

1.5.3.2. Hiệu suất hấp phụ (H%) Hiệu suất hấp phụ là tỉ số giữa nồng độ dung dịch chất bị hấp phụ trên nồng độ dung dịch ban đầu. Hiệu suất hấp phụ đƣợc tính theo công thức; H(%) =

(1.9)

Trong đó: Co: Nồng độ của dung dịch trƣớc hấp phụ (mg/l).

Cf: Nồng độ của dung dịch sau hấp phụ (mg/l) H: Hiệu suất hấp phụ (%).

35

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất 2.1.1. Nguyên liệu 2.1.1.1. Xơ dừa Xơ dừa đƣợc lấy ở tại một cơ sở sản xuất dừa đƣợc mua tại Hòa Khánh Bắc, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. Sau đó, phơi khô rồi xay và rây thành bột có kích thƣớc 0,04mm.

Hình 2.1. Sợi xơ dừa 2.1.1.2. Than bùn Than bùn đƣợc lấy ở hồ Bàu Sấu, Hòa Khánh, Đà Nẵng. Than bùn ban đầu có màu nâu đậm, dạng sệt. Than bùn nguyên liệu (ở dạng sệt) đƣợc lọc bỏ bớt các xác thực vật qua rổ nhựa có lỗ. Sau đó lấy từng lƣợng cho vào xô nhựa nhỏ, thêm từ từ nƣớc vào khuấy đều để lắng rồi lọc gạn, tách bỏ cát phía dƣới, lấy phần dung dịch ở trên đổ vào thùng 500 lít. Tiếp tục để lắng qua đêm, gạn phần nƣớc trên rồi lọc qua vải và hong khô trong không khí.

Than bùn đƣợc nghiền bằng cối chày đồng, đƣợc rây qua rây 0,5 mm để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.

36

Hình 2.2. Than bùn ở hồ Bàu Sấu, Hòa Khánh, Đà Nẵng.

2.1.2. Hóa chất - Nƣớc cất.

- Natri hydroxyt:

NaOH

- Methylen xanh:

C16H18N3SCl.3H2O

- Axit clohydrit đặc 36%:

HCl

- Các hóa chất thuộc loại tinh khiết hóa học PA – Trung Quốc.

2.1.3. Dung cụ và thiết bị - Cói, chày đồng, rây đƣờng kính 0,5mm, rổ nhựa, xô nhựa.

- Máy sấy Memmert (Đức).

- Cân phân tích MYWEIGH i201 (Mỹ).

- Kính hiển vi điện tử quét (SEM) JSM – 6010 – PLUS/LV – Mỹ.

- Máy quang phổ hấp phụ phân tử UV – VIS. - Phễu lọc Buchner và các dụng cụ thí nghiệm khác nhƣ: cốc thủy tinh, phễu thủy tinh, bình định mức, bình tam giác, bình nón, chén sứ, ống đong, pipe 2.1.4. Pha dung dịch 2.1.4.1. Pha dung dịch chuẩn xanh methylen 100ppm Chuẩn bị 1 cốc 80ml, cân chính xác 0,177g xanh methylen tinh thể cho vào cốc trên, thêm nƣớc cất vào, khuấy đều cho đến khi xanh methylen tinh thể tan hết.

Sau đó, cho dung dịch vào bình định mức 1000ml, tiếp tục thêm nƣớc cất cho đến vạch. Ta thu đƣợc dung dịch xah methylen 100ppm.

37

 Chuẩn bị dãy dung dịch xanh methylen chuẩn: Từ dung dịch xanh methylen chuẩn, pha các nồng độ tƣơng ứng theo bảng sau: Bảng 2.1. Pha nồng độ dãy chuẩn xanh methylen Thể tích xanh

Nồng độ dung dịch

methylen chuẩn

(ppm)

Thể tích sau khi pha (ml)

100ppm (ml) 0.5

0.5

100

1

1

100

2

2

100

5

5

100

10

10

100

15

15

100

 Tƣơng tự, từ dung dịch xanh methylen chuẩn, pha các nồng độ tƣơng ứng theo bảng sau: Bảng 2.2. Pha nồng độ xanh methylen dùng để khảo sát Thể tích xanh methylen

Nồng độ dung dịch

Thể tích sau khi pha

chuẩn 100ppm (ml)

(ppm)

(ml)

25

25

100

50

50

100

75

75

100

 Pha dung dịch xanh methylen 150ppm: Chuẩn bị 1 cốc 80ml, cân chính xác 0.075g xanh methylen tinh thể cho vào cốc trên, thêm nƣớc cất vào, khuấy đều. Sau đó, cho dung dịch vào bình định mức 500ml, tiếp tục thêm nƣớc cất cho đến vạch.

Ta thu đƣợc dung dịch xanh methylen 150ppm.

2.1.4.2. Pha dung dịch NaOH 0.5N Cân NaOH rắn cho vào một cái cốc nhỏ 100ml, khuấy đều cho đến khi NaOH tan hết. Sau đó cho dung dịch vào bình định mức 500ml, tiếp tục thêm nƣớc cất cho đến vạch.

38

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1. Thu gom và xử lí mẫu 2.2.1.1. Xơ dừa: Cách tiến hành Sợi xơ dừa (nguyên liệu) Phơi khô rồi xay và rây thành bột có kích thƣớc 0,04mm Bột xơ dừa Ngâm trong dung dịch NaOH, tỉ lệ rắn/lỏng = 1/50 (g/ml).

Nồng độ NaOH 0.5N, nhiệt độ phòng, thời gian ngâm 24h.

Vật liệu Lọc hút và rửa bằng dung dịch HCl 0,02% và nƣớc cất đến pH trung tính. Sấy khô ở 600C đến khối lƣợng không Xơ dừa đƣợc hoạt hóa.đổ

Vật liệu hấp phụ xanh methylen

Thời gian

Nồng độ

Khối lƣợng

Sơ đồ 2.1: Cách tiến hành xử lí xơ dừa

Hình 2.3. Xơ dừa đã được hoạt hóa 39

2.2.1.2. Than bùn: Cách tiến hành Than bùn (nguyên liệu)

Lọc bỏ bớt các xác thực vật qua rổ nhựa có lỗ, thêm từ từ nƣớc vào khuấy đều để lắng rồi lọc gạn tách bỏ cát phía

Than bùn sạch

dƣới.

Hong khô trong không khí. Nghiền bằng cối chày đồng, đƣợc rây qua rây 0,5mm.

Bột than bùn Ngâm trong dung dịch NaOH, ti lệ rắn/lỏng = 1/50 (g/ml).

Nồng độ NaOH 0.5N, nhiệt độ phòng, thời gian ngâm 24h.

Vật liệu

Lọc hút và rửa bằng dung dịch HCl 0,02% và nƣớc cất đến pH trung tính. Sấy khô ở 60oC đến khối lƣợng không đổi.

Than bùn đƣợc hoạt hóa.

Vật liệu hấp phụ xanh methylen

Thời gian

Nồng độ

Khối lƣợng

Sơ đồ 2.2: Cách tiến hành xư lí than bùn

Hình 2.4: Than bùn đã được hoạt hóa

40

2.2.1.3. Tổ hợp than bùn và xơ dừa: Cách tiến hành Bột than bùn + bột xơ dừa (nguyên liệu) Ngâm trong dung dịch NaOH, ti lệ rắn/lỏng = 1/50 (g/ml). Nồng độ NaOH 0.5N, nhiệt độ phòng, thời gian ngâm 24h.

Vật liệu Lọc hút và rửa bằng dung dịch HCl 0,02% và nƣớc cất đến pH trung tính. Sấy khô ở 60oC đến khối lƣợng Than bùn + xơ dừa đƣợc hoạt hóa.

không đổi.

Vật liệu hấp phụ xanh methylen

Thời gian

Nồng độ

Khối lƣợng

Sơ đồ 2.3: Cách tiến hành xử lí tổ hợp than bùn + xơ dừa

Hình 2.5: Tổ hợp than bùn + xơ dừa đã được hoạt hóa

41

2.2.1.4. Xác định độ ẩm - Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc sấy đến không đổi.

- Cơ sở của phƣơng pháp Độ ẩm của mẫu đƣợc tính theo công thức sau: W% =

(2.1)

Trong đó: mo: khối lƣợng cốc chén sứ (g). m1: khối lƣợng mẫu (g) m2: khối lƣợng cốc và mẫu sau khi sấy (g) W%: độ ẩm của mỗi mẫu Độ ẩm chung là độ ẩm trung bình của 3 mẫu.

- Cách tiến hành Sấy khô chén sứ, cân khối lƣợng chính xác mẫu cho vào chén sứ. Sau đó, cho chén sứ vào tủ sấy, sấy ở 110oC. Sau khi sấy 2h ta lấy chén ra, cho vào bình hút ẩm cho đến khi chén nguội hẳn thì tiến hành cân. Cứ làm nhƣ vậy cho đến khối lƣợng giữa 2 lần cân liên tiếp là không đổi hay có sai số 0.005g thì ngƣng sấy.

2.2.1.5. Xác định hàm lượng tro - Nguyên tắc: Dựa trên nguyên tắc đốt cháy chất hữu cơ ở nhiệt độ cao trong lò nung.

- Cơ sở của phƣơng pháp Hàm lƣợng tro đƣợc tính theo công thức: Hàm lƣợng tro(%) =

.100%

(2.2)

Trong đó: m1: khối lƣợng chén sứ (g) m2: khối lƣợng chén có mẫu (g) m3: khối lƣợng chén có mẫu sau khi nung (g) Xác định hàm lƣợng tro của mẫu trƣớc và sau khi biến tính.

- Cách tiến hành Nung chén sứ ở 500 – 6000C đến khối lƣợng không đổi (khoảng 4h). Ta lấy chén ra, cho vào bình hút ẩm cho đến khi chén nguội hẳn thì tiến hành cân. Cân khối lƣợng chén (m1 gam). Cân khoảng 2 gam mẫu trong không khí cho vào chén.

42

Cân khối lƣợng chén có mẫu (m2 gam). Cho vào lò nung ở nhiệt độ khoảng 600oC trong thời gian 4h ta lấy chén ra cho vào bình hút ẩm cho đến khi chén nguội hẳn thì tiến hành cân khối lƣợng chén có mẫu sau khi nung (m3 gam).

2.2.1.6. Xử lí vật liệu bằng NaOH Xử lí bằng dung dịch NaOH: vật liệu ngâm trong dung dịch NaOH, tỉ lệ rắn/lỏng = 1/50 (g/ml), nồng độ NaOH 0.5N, nhiệt độ phòng, thời gian ngâm 24h.

Sau đó lọc hút và rửa bằng dung dịch HCl 0,02% và nƣớc cất đến pH trung tính và đƣợc sấy khô ở 600C đến khối lƣợng không đổi.

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 2.2.2.1. Phổ hồng ngoại (IR) và phổ phân nhiệt trọng lượng TGA Tiến hành đo phổ hồng ngoại: xơ dừa, than bùn và tổ hợp xơ dừa + than bùn biến tính đƣợc thực hiện trên máy quang phổ hồng ngoại biến chuổi FT – IR tại trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

Tiến hành đo phân tích nhiệt trọng lượng TGA: tổ hợp xơ dừa + than bùn 2.2.2.2. Chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Tiến hành chụp ảnh SEM: xơ dừa, than bùn, tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính đƣợc thực hiện trên thiết bị kính hiển vi điện tử quét, model JSM – 6010 – PLUS/LV, hãng JEOL, Nhật Bản tại trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

2.2.3.

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

Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để định lƣơng một chất bằng phƣơng pháp trắc quang. Các phƣơng pháp phải sử dụng máy quang phổ nhƣ: phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng pháp dãy tiêu chuẩn, phƣơng pháp thêm, phƣơng pháp cân bằng, phƣơng pháp vi sai,… Tùy theo từng điều kiện và đối tƣợng phân tích cụ thể mà ta chọn phƣơng pháp thích hợp. Trong đề tài này em chỉ sử dụng phƣơng pháp đƣờng chuẩn để định lƣợng xanh methylen.

Phƣơng trình đƣờng chuẩn Ƣu điểm là chính xác, thực hiện đƣợc nhiều lần.

- Chuẩn bị từ 6 dung dịch chuẩn (trong khoảng tuân theo định luật Lambert – Beer.

43

- Thực hiện phản ứng màu với thuốc thử.

- Đo độ hấp thụ quang A của dung dịch ở λmax so với các dung dịch so đƣợc chuẩn bị giống nhƣ dung dịch tiêu chuẩn nhƣng không chứa ion cần xác định.

- Biểu diễn sự phụ thuộc A theo C trên đồ thị hoặc tính theo phƣơng trình hồi quy A = aC + b (a và b là hệ số cần tìm của phƣơng trình hồi quy – tƣơng quan).

- Dung dịch xác định: chuẩn bị và phản ứng tạo màu với thuốc thử giống nhƣ mẫu chuẩn.

Từ đó, ta xác định đƣợc phƣơng trình đƣờng chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của A và C. Sau khi thiết lập phƣơng trình đƣờng chuẩn, ta đƣợc dạng phƣơng trình y = ax + b với y là độ hấp thụ quang, x là nồng độ. Đối với dung dịch xác định, ta tiến hành phản ứng và đo đƣợc hệ số hấp thụ của mẫu (Amẫu = y), ta có thể tính đƣợc nồng độ của mẫu cần các định theo phƣơng trình: x=

(2.3)

Sự tƣơng quan giữa độ hấp thụ quang A của nồng độ C khi 1 = const là nội dung của định luật Beer. Khoảng nồng độ thỏa mãn định luật này khi R > 0.999.

Hệ số tƣơng quan r biến đổi trong khoảng -1

(R2 = 0 1).

- Khi R 1 có sự tƣơng quan chặt chẽ giữa x và y theo tỉ lệ thuận.

- Khi R -1 có sự tƣơng quan chặt chẽ giữa x và y theo tỉ lệ nghịch.

- Khi R

0 hai đại lƣợng này không còn tƣơng quan.

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 Quá trình hấp phụ đƣợc tiến hành bằng kỉ thuật bể với 1gam VLHP/50ml dung dịch xanh methylen. Sau khi hấp phụ, lọc bỏ VLHP lấy phần dung dịch trong và đo hàm lƣợng xanh methylen còn lại bằng phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử.

Xác định xanh methylen ở bƣớc sóng 663.99nm trên máy đo quang phổ UV –VIS, tại trƣờng Đại học Sƣ Phạm – Đại học Đà Nẵng.  Xây dựng đƣờng chuẩn phân tích của xanh methylen.

44

Mật độ quang của các dung dịch chuẩn đƣợc đo bằng phƣơng pháp UV – VIS ở điều kiện bƣớc sóng 663.99nm. Việc định lƣợng xanh methylen đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp lập đƣờng chuẩn, nồng độ các dung dịch thay đổi từ 0.5 đến 15nm.

Kết quả mật độ quang đƣợc biểu diễn ở bảng 2.3 Bảng 2.3. Mật độ quang của các dung dịch chuẩn Nồng

0.5

1

2

5

10

15

0.1081

0.2319

0.3497

1.2175

2.3733

3.6196

độ (ppm) Mật độ quang

Hình 2.6. Đường chuẩn phân tích xanh methylen Phƣơng trình tuyến tính sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ xanh methylen là y = 0.2437x – 0.0439.

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 Để đánh giá khả năng hấp phụ xanh methylen trong bể hấp phụ. Các dung dịch xanh methylen thu đƣợc bằng cách hòa tan tinh thể xanh methylen trong nƣớc cất. pH của dung dịch đƣợc điều chỉnh bằng HCl 0.1M(hoặc NaOH 0.1M). Ta tiến hành

45

khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng lần lƣợt là: thời gian đạt cân bằng hấp phụ, tỉ lệ rắn – lỏng, pH, nồng độ xanh methylen.

2.2.5.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ Chuẩn bị 6 cốc 250ml, mỗi cốc chứa 50ml dung dịch xanh methylen có giá trị nồng độ là 100ppm. Cho vào mỗi cốc 1 gam VLHP, pH = 5.02, nhiệt độ 250C. Ngâm trong các khoảng thời gian lần lƣợt là 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút.

Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ xanh methylen còn lại sau khi hấp phụ.

2.2.5.2. Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng Chuẩn bị 6 cốc 250ml, mỗi cốc chứa 50ml dung dịch xanh methylen có giá trị nồng độ là 100ppm. Cho vào mỗi cốc lần lƣợt 0.25g, 0.5g, 1g, 1.2g, 1.5g, 2g VLHP, pH = 5.02, nhiệt độ 25oC. Ngâm trong thời gian tối ƣu khảo sát ở mục 2.2.5.1.

Lọc bỏ bã rắn, xác định nồng độ xanh methylen còn lại sau khi hấp phụ.

2.2.5.3. Khảo sát nồng độ của xanh methylen Để xây dựng đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ, ta tiến hành thí nghiệm với 5 nồng độ dung dịch xanh methylen ban đầu Co thay đổi lần lƣợt là 25ppm, 50ppm, 75ppm, 100ppm và 150ppm, với cùng một khối lƣợng VLHP là 1 gam..

Tiến hành trong cùng điều kiện tối ƣu (thời gian hấp phụ, pH). Dùng phƣơng pháp hấp phụ phân tử xác định nồng độ xanh methylen lúc cân bằng Cf. Từ kết quả thu đƣợc qua quá trình khảo sát, tiến hành hồi quy số liệu thực nghiệm bằng các phần mềm chuyên dụng, để xác định hằng số của phƣơng trình hấp thụ đẳng nhiệt Langmuir (b là ái lực hấp phụ) và xác định lƣợng chất bị hấp phụ x của phƣơng trình đẳng nhiệt Frendlich. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir là đồ thị đƣợc xây dựng dựa trên sự phụ thuộc của Cf/q và Cf. Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich là đồ thị đƣợc xây dựng dựa trên sự phụ thuộc của log(x/m) và logCf.

46

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Xác định đặc tính lí hóa của nguyên liệu ban đầu 3.1.1. Xác định độ ẩm *Điều kiện tiến hành: Sấy mẫu ở nhiệt độ khoảng 100 – 110oC trong thời gian 2 giờ.

Ta thu đƣợc kết quả bảng 3.1.

Bảng 3.1. Độ ẩm của mẫu.

Mẫu

Khối

Khối

Khối lƣợng

Độ ẩm

Độ ẩm

lƣợng

lƣợng

cốc và mẫu

(W%)

trung

cốc sứ

mẫu

sau khi sấy

bình

(mo)

(m1)

(m2)

(Wtb%)

Than

1

30,229

5

35,0975

2,63%

bùn

2

30,294

5

35,1625

2,63%

3

30,405

5

35,273

2,64%

Xơ

1

29,686

5

34,411

5,5%

dừa

2

41,696

5

46,416

5,6%

3

30,542

5

35,2655

5,53%

Tổ

1

30,419

5

35,224

3,9%

hợp

2

30,290

5

35,097

3,86%

tb+xd

3

30,238

5

34,0435

3,9%

2,633%

5,543%

3,883%

Kết luận: Độ ẩm trung bình của than bùn là 2,633% Độ ẩm trung bình của xơ dừa là 5,543% Độ ẩm trung bình của tổ hợp than bùn + xơ dừa là 3,883%  Nhận xét: Độ ẩm của các nguyên liệu tƣơng đối thấp, có thể bảo quản trong điều kiện phòng thí nghiệm mà không bị nấm mốc. Do vậy, em tiến hành thu gom mẫu, xử lí và cho vào bình hút ẩm để sử dụng dần cho các thí nghiệm tiếp theo.

3.1.2.

Xác định hàm lƣợng tro

* Điều kiện tiến hành: Chuẩn bị 3 chén sứ, rửa sạch và đánh số theo thứ tự 1,2,3. Nung mẫu ở nhiệt độ 6000C trong lò nung thời gian 4 giờ.

47

Ta thu đƣợc kết quả bảng 3.2.

Bảng 3.2. Độ tro hóa của mẫu.

Mẫu

Khối

Khối

Khối lƣợng

Độ tro

Độ tro

lƣợng

lƣợng

chén có mẫu

hóa

hóa

chén sứ

chén sứ

sau khi

(%)

trung

(m1

có mẫu

nung(m3

bình

gam)

(m2 gam)

gam)

(%)

Than

1

33,375

38,375

33,656

5,62%

bùn

2

34,294

39,294

34,561

5,34%

3

30,405

35,405

30,675

5,4%

Xơ

1

29,686

34,686

30,115

8,58%

dừa

2

41,696

46,696

42,132

8,72%

3

30,542

35,542

30,9735

8,63%

Tổ

1

30,419

35,419

30,77

7,02%

hợp

2

30,290

35,290

30,6575

7,35%

tb+xd

3

30,238

35,238

30,59

7,21%

5,45%

8,64%

7,19%

Kết luận: Độ tro hóa của than bùn là 5,45%. Độ tro hóa của xơ dừa là 8,64%. Độ tro hóa của tổ hợp than bùn + xơ dừa là 7,19%.  Nhận xét: So sánh hàm lƣợng tro trung bình của các mẫu trên thì ta thấy: Hàm lƣợng tro giảm dần theo thứ tự xơ dừa < tổ hợp than bùn + xơ dừa < than bùn.

Chứng tỏ: khi tổ hợp mẫu xơ dừa và than bùn thì hàm lƣợng tro có giảm nhƣng không đáng kể. Quá trình tổ hợp có kết quả tốt.

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

Phổ hồng ngoại

Kết quả phân tích phổ hồng ngoại cho phép chúng ta đánh giá sự có mặt của các nhóm chức cũng nhƣ khẳng định phần nào cấu trúc phân tử của chúng. Đối chiếu với phổ hồng ngoại của một số mẫu đã nêu, chúng tôi nhân thấy có một số dải

48

hấp phụ chính đại diện cho các nhóm chức hoặc các mối liên kết, mức độ hấp phụ tăng hay giảm và xê dịch của chúng là tùy thuộc vào loại than bùn khác nhau. Kết

1038

465

1233 1168

1383 1408

1635

1557 1463

2923

3623

2854

1.00

3694

792

0.80

693

532

0.90

1881

Absorbance

1.10

3422

1.20

1082

quả đƣợc trình bày ở bảng 3.3

0.70 4000

3500

3000

2500 2000 Wavenumbers (cm-1)

1500

1000

500

1174 1101

1517 1371 1271

0.70

1456

1733

697

0.50

540 469

918

0.60

796

Absorbance

0.80

1633

2925

0.90

2858

3442

Hình 3.1. Phổ hồng ngoại của than bùn biến tính

0.40 4000

3500

3000

2500 2000 Wavenumbers (cm-1)

1500

1000

500

Hình 3.2. Phổ hồng ngoại của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính.

49

Bảng 3.3. Những dải phổ hồng ngoại chính của mẫu than bùn và tổ hợp than bùn + xơ dừa.

Dải tần số (cm-1)

Nhóm chức liên kết

Than bùn

Tổ hợp than bùn + xơ dừa

1038

1101

Dao động hóa trị của liên kết CO

1463

1456

C=C thơm

1635

1633

C=C, C=O, N-H, C-C thơm

2923

2925

Dao động hóa trị C-H

3422

3442

OH liên kết hydro

 Nhận xét: Từ bảng ta thấy, than bùn và tổ hợp than bùn + xơ dừa có những dải phổ tƣơng đƣơng nhau. Nhƣ vậy quá trình tổ hợp cho kết quả tốt.

3442

0.80

1086 1267

1158

1049

1453 1409

1516

0.50

1637

1745

Absorbance

0.60

2899

2977

0.70

882 806

0.40

0.30

3500

3000

2500 2000 Wavenumbers (cm-1)

1500

1000

500

1174 1101

1517 1371 1271

0.70

1456

1733

697

0.50

540 469

918

0.60

796

Absorbance

0.80

1633

2925

0.90

2858

3442

Hình 3.3. Phổ hồng ngoại của xơ dừa biến tính

0.40 4000

3500

3000

2500 2000 Wavenumbers (cm-1)

1500

1000

500

Hình 3.4. Phổ hồng ngoại của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính

50

Bảng 3.4. Những dải phổ hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa.

Dải tần số (cm-1)

Nhóm chức liên kết

Xơ dừa

Tổ hợp than bùn + xơ dừa

3442

3422

OH liên kết hydro

2977

2925

Dao động hóa trị C-H

1745

1733

Dao động hóa trị C=O nhóm cacbonyl

1637

1633

C=C, C=O, N-H, C-C vòng benzen

1453

1456

C=C thơm

1158

1174

C-N

 Nhận xét: Từ bảng ta thấy, than bùn và tổ hợp than bùn + xơ dừa có những dải phổ tƣơng đƣơng nhau. Nhƣ vậy quá trình tổ hợp cho kết quả tốt.

3.2.2.

Ảnh SEM

Để nghiên cứu bề mặt của vật liệu đã điều chế, tiến hành chụp ảnh SEM trên máy JSM – 6010LV, hãng JEOL, Nhật Bản tại khoa Hóa trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Hình hiển vi điện tử quét của các vật liệu đo ở các độ phóng đại khác nhau đƣợc trình bày ở hình 3.5, 3.6, 3.7.

Hình 3.5. Ảnh SEM của than bùn biến tính ở các kích thước khác nhau.

51

Hình 3.6. Ảnh SEM của xơ dừa biến tính ở các kích thước khác nhau

Hình 3.7. Ảnh SEM của tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính ở các kích thước khác nhau  Nhận xét: Qua ảnh SEM của các vật liệu hấp phụ than bùn biến tính, xơ dừa biến tính, tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính có thể thấy bề mặt của các VLHP có độ sốp, cấu trúc mao quản tƣơng đối đồng đều do đó có độ bền cơ học cao.

3.2.3.

Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng (DTA/TG)

Độ bền nhiệt của các hạt than bùn – xơ dừa đƣợc nghiên cứu bởi TGA và đạo hàm bậc nhất của nó. Các mẫu đƣợc đo TGA trên máy TGA/DSC model STA6000 của hãng Perkin Elmer, Mỹ tại khoa Hóa trƣờng Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

52

Để nghiên cứu rõ hơn về quá trình hoạt hóa bằng dung dịch HCl đối với than bùn cũng nhƣ đánh giá độ bền nhiệt của phần còn lại sau hoạt hóa, chúng tôi chụp phổ phân tích nhiệt của mẫu xơ dừa + than bùn sau hoạt hóa. *Điều kiện đo: trong dòng khí trơ N2 từ nhiệt độ phòng đến 800oC với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Kết quả đo đƣợc trình bày ở hình 3.8.

Hình 3.8. Phổ phân tích nhiệt TG/DTA của tổ hợp than bùn + xơ dừa  Nhận xét: Trên giản đồ phân tích nhiệt, thấy có hiệu ứng thu nhiệt ở 315,2oC (ứng với độ giảm khối lƣợng là 25,7%), đó có thể là do quá trình mất nƣớc hấp phụ trong phân tử than bùn + xơ dừa. Tiếp theo là hiệu ứng tóa nhiệt ở 457,9oC ứng với sự cháy.

3.3. Các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình hấp phụ xanh methylen 3.3.1. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ *Điều kiện tiến hành: Nồng độ xanh methylen 100mg/l, tỉ lệ khối lƣợng vật liệu hấp phụ : dung dịch hấp phụ là 1g/50ml dung dịch, thời gian thay đổi lần lƣợt là 15 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút.

Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 3.5, 3.6, 3.7 và hình 3.9.

53

Bảng 3.5. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu than bùn.

Thời gian

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

15

100

50,496

2,48

49,5

30

100

41,988

2,9

58,01

45

100

32,866

3,356

67,134

60

100

18,247

4,08

81,753

75

100

18,609

4,07

81,391

90

100

20,354

3,98

79,646

(phút)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.5 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên than bùn tăng dần theo thời gian, nhất là khoảng thời gian đầu (từ 15 – 60 phút) và đạt cân bằng ở 60 phút. Từ 60 phút trở đi, tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ có giảm nhƣng không đáng kể. Do đó, tôi chọn thời gian để hấp phụ xanh methylen lên than bùn là 60 phút.

Bảng 3.6. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu xơ dừa.

Thời gian

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

15

100

52,01

2,4

47,99

30

100

49,89

2,5

50,1

45

100

41,87

2,91

58,13

60

100

41,82

2,91

58,18

75

100

43,003

2,85

56,9

90

100

43,51

2,82

56,5

(phút)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.6 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên xơ dừa tăng dần theo thời gian, nhất là khoảng thời gian đầu (từ 15 – 60 phút) và đạt cân bằng ở 45 phút. Từ 60 phút trở đi, tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ có giảm nhƣng không đáng kể. Do đó, tôi chọn thời gian để hấp phụ xanh methylen lên xơ dừa là 45 phút.

54

Bảng 3.7. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa.

Thời gian

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

15

100

43,78

2,81

56,22

30

100

28,8

3,56

71,2

45

100

21,29

3,94

78,42

60

100

17,53

4,12

82,49

75

100

18,14

4,09

81,9

90

100

19,86

4,007

80,1

(phút)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.7 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên tổ hợp than bùn + xơ dừa tăng dần theo thời gian, nhất là khoảng thời gian đầu (từ 15 – 60 phút) và đạt cân bằng ở 60 phút. Từ 60 phút trở đi, tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ có giảm nhƣng không đáng kể. Do đó, tôi chọn thời gian để hấp phụ xanh methylen lên tổ hợp than bùn + xơ dừa là 60 phút.

Từ kết quả tối ƣu của ba bảng trên, ta đƣa ra bảng thống kê về thời gian tối ƣu của quá trình hấp phụ methylen xanh lên vật liệu than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa thể hiện ở bảng 3.8.

Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ đến tải trọng hấp phụ.

Thời

15

30

45

60

75

90

Than bùn

2,48

2,9

3,356

4,08

4,07

3,98

Xơ dừa

2,4

2,5

2,91

2,91

2,85

2,82

Tổ hợp

2,81

3,56

3,94

4,12

4,09

4,007

gian VLHP

tb+xd

55

Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến tải trọng hấp phụ.  Nhận xét: Khi thời gian tăng thì tải trọng hấp phụ. Thời gian đầu tải trọng hấp phụ khá thấp và tăng chậm. Nguyên nhân ở đây là do cấu trúc của vật liệu hấp phụ, thời gian đầu quá trình khuếch tán dung dịch vào các hạt chƣa đáng kể, sự hấp phụ mới xảy ra trên bề mặt chất hấp phụ nên khả năng hấp phụ còn thấp. Khi thời gian hấp phụ tăng lên thì các phân tử methylen xanh đi vào mao quản của VLHP nhiều hơn. Khi đã đạt cân bằng hấp phụ, các phân tử methylen xanh đi vào tối đa nên dù thời gian hấp phụ có tăng lên thì tải trọng hấp phụ và hiệu suất vẫn thay đổi không đáng kể.  Giải thích: Khi thời gian hấp phụ tăng lên thì các phân tử methylen xanh đi vào mao quản của VLHP nhiều hơn. Khi đã đạt cân bằng hấp phụ, các phân tử methylen xanh đi vào tối đa nên dù thời gian hấp phụ có tăng lên thì hiệu suất hấp phụ vẫn không thay đổi.  Như vậy: Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của than bùn là 60 phút, của xơ dừa là 45 phút và tổ hợp than bùn + xơ dừa là 60 phút. Có thể chọn thời gian thích hợp cho những nghiên cứu tiếp theo.

3.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng *Điều kiện tiến hành: Nồng độ methylen xanh là 100mg/l, thời gian hấp phụ của than bùn là 60 phút, của xơ dừa là 45 phút và tổ hợp than bùn + xơ dừa là 60 phút, khối lƣợng của các VLHP thay đồi 0.25g/50ml, 0.5g/50ml, 1g/50ml, 1.2g/50ml, 1.5g/50ml, 2g/50ml.

56

Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 3.9, 3.10, 3.11, 3.12 và hình 3.10.

Bảng 3.9. Khảo sát khối lượng của mẫu than bùn hấp phụ methylen xanh.

Khối lƣợng

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

0,25

100

41,08

11,784

57,911

0,5

100

38,64

6,136

61,352

1

100

14,97

4,251

85,011

1,2

100

14,08

3,58

85,913

1,5

100

12,09

2,93

87,911

2

100

12,92

2,177

87,084

(gam)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.10 cho thấy tải trọng hấp phụ giảm dần do tải trọng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lƣợng nên khi ta tăng khối lƣợng thì tải trọng hấp phụ giảm dần. Hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên than bùn tăng dần khi ta thay đổi khối lƣợng từ 0,25g – 2g và đạt gần nhƣ cao nhất ở khối lƣợng than bùn 1,5g/50ml dung dịch với hiệu suất 87,91%. Do đó, tôi chọn tỉ lệ rắn : lỏng tối ƣu để hấp phụ xanh methylen lên than bùn là 1,5g/50ml dung dịch xanh methylen.

Bảng 3.10. Khảo sát khối lượng của mẫu xơ dừa hấp phụ methylen xanh.

Khối lƣợng

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

0,25

100

20,88

15,824

79,122

0,5

100

16,99

8,301

83,013

1

100

10,88

4,456

89,121

1,2

100

10,91

3,712

89,094

1,5

100

11,13

2,962

88,871

2

100

11,17

2,221

88,831

(gam)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.11 cho thấy tải trọng hấp phụ giảm dần do tải trọng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lƣợng nên khi ta tăng khối lƣợng thì tải trọng hấp phụ giảm dần. Hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên xơ dừa tăng dần khi ta thay đổi khối lƣợng từ 0,25g – 2g và đạt gần nhƣ cao nhất ở khối lƣợng xơ dừa 1g/50ml

57

dung dịch với hiệu suất 89,12% và giảm dần nhƣng không đáng kể. Do đó, tôi chọn tỉ lệ rắn : lỏng tối ƣu để hấp phụ xanh methylen lên xơ dừa là 1g/50ml dung dịch xanh methylen.

Bảng 3.11. Khảo sát khối lượng của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa hấp phụ methylen xanh.

Khối lƣợng

Co (mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

0,25

100

32,791

13,442

67,209

0,5

100

24,482

7,552

75,518

1

100

14,971

4,251

85,029

1,2

100

15,025

3,541

84,975

1,5

100

15,567

2,814

84,433

2

100

15,751

2,106

84,249

(gam)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.12 cho thấy tải trọng hấp phụ giảm dần do tải trọng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lƣợng nên khi ta tăng khối lƣợng thì tải trọng hấp phụ giảm dần. Hiệu suất hấp phụ xanh methylen lên tổ hợp than bùn + xơ dừa tăng dần khi ta thay đổi khối lƣợng từ 0,25g – 2g và đạt gần nhƣ cao nhất ở khối lƣợng 1g/50ml dung dịch với hiệu suất 85,029% và giảm dần nhƣng không đáng kể.

Do đó, tôi chọn tỉ lệ rắn : lỏng tối ƣu để hấp phụ xanh methylen lên tổ hợp than bùn + xơ dừa là 1g/50ml dung dịch xanh methylen.

Bảng 3.12. Kết quả khảo sát khối lượng vật liệu hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ methylen xanh.

KL

0,25

0,5

1

1,2

1,5

2

57,911

61,352

85,011

85,913

87,911

87,084

Xơ dừa

79,122

83,013

89,121

89,094

88,871

88,831

Tổ hợp

67,209

75,518

85,029

84,975

84,433

84,249

VLHP Than bùn

tb+xd

58

Hình 3.10. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn – lỏng đến hiệu suất hấp phụ.  Nhận xét: Khi khối lƣợng tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng. Nguyên nhân ở đây là do có nhiều phân tử VLHP trong cùng một thể tích nhƣ nhau nên bề mặt tiếp xúc giữa VLHP với methylen xanh tăng lên, khả năng methylen xanh đi vào các mao quản của VLHP tăng lên. Đến khi cân bằng hấp phụ đƣợc thiết lập, tổng diện tích bề mặt tiếp xúc của chúng hầu nhƣ không đổi nên hiệu suất hấp phụ thay đổi không đáng kể.  Như vậy: Tỉ lệ rắn – lỏng tối ƣu để hấp phụ xanh methylen lên than bùn là 1,5g/50ml, xơ dừa là 1g/50ml, tổ hợp than bùn + xơ dừa là 1g/50ml dung dịch xanh methylen. Có thể chọn khối lượng thích hợp cho những nghiên cứu tiếp theo.

3.3.3.

Ảnh hƣởng của nồng độ xanh methylen

*Điều kiện tiến hành: Nhiệt độ 300C, nồng độ xanh methylen thay đổi lần lƣợt là: 25ppm, 50ppm, 75ppm, 100ppm. Quá trình hấp phụ thực hiện trong cùng điều kiện hấp phụ tối ƣu: than bùn có khối lƣợng: 1g/50ml, thời gian: 60 phút, pH = 5, xơ dừa có khối lƣợng: 1g/50ml, thời gian: 45 phút, pH = 5, tổ hợp than bùn + xơ dừa có khối lƣợng:1g/50ml, thời gian: 60 phút, pH=5.

Kết quả đƣợc trình bày ở bảng 3.13, 3.14, 3.15, 3.16, 3.17 và hình 3.11.

59

Bảng 3.13. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến hấp phụ methylen xanh của mẫu than bùn.

Nồng độ (Co mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

25

5,121

0,663

79,561

50

6,992

1,437

86,016

75

9,393

2,187

87,476

100

10,933

2,969

89,067

150

13,012

4,566

91,325

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.13 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ methylen xanh lên than bùn tăng theo nồng độ methylen xanh. Đến Co = 100ppm thì đạt cân bằng hấp phụ với hiệu suất 89,067%. Do đó, tôi chọn nồng độ hấp phụ methylen xanh lên than bùn là 100ppm.

Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ dừa.

Nồng độ (Co

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

25

6,742

0,913

73,034

50

8,522

2.074

82,956

75

9,658

3,267

87,123

100

10,687

4,471

89,313

150

12,651

6,867

91,566

mg/l)

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.14 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ methylen xanh lên xơ dừa tăng theo nồng độ methylen xanh. Đến Co = 100ppm thì đạt cân bằng hấp phụ với hiệu suất 89,313%. Do đó, tôi chọn nồng độ hấp phụ methylen xanh lên xơ dừa là 100ppm.

Bảng 3.15. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa.

Nồng độ (Co mg/l)

Cf (mg/l)

q (mg/g)

H%

25

4,955

1,002

80,179

60

50

7,052

2,147

85,896

75

8,032

3,348

89,291

100

9,211

4,539

90,789

150

11,344

6,933

92,437

 Nhận xét: Kết quả ở bảng 3.15 cho thấy tải trọng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ methylen xanh lên tổ hợp than bùn + xơ dừa tăng theo nồng độ methylen xanh. Đến Co = 100ppm thì đạt cân bằng hấp phụ với hiệu suất 90,789%.Do đó, tôi chọn nồng độ hấp phụ methylen xanh lên tổ hợp than bùn + xơ dừa là 100ppm.

Bảng 3.16. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh đến tải trọng hấp phụ.

Nồng độ

25

50

75

100

150

Than bùn

0,663

1,437

2,187

2,969

4,567

Xơ dừa

0,913

2,074

3,267

4,471

6,867

Tổ hợp

1,002

2,147

3,348

4,539

6,933

VLHP

tb+xd

Hình 3.11. Ảnh hưởng của nồng độ đến tải trọng hấp phụ

61

 Nhận xét: Khi ta tăng nồng độ methylen xanh từ 25ppm – 100ppm thì tải trọng hấp phụ tăng lên. Do khối lƣợng than bùn là 1,5g mà tải trọng hấp phụ tỉ lệ nghịch với khối lƣợng nên tải trọng hấp phụ thấp hơn so với xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa có khối lƣợng là 1. Đến khi nồng độ methylen xanh đạt 100ppm thì đạt cân bằng hấp phụ.  Giải thích: Với cùng một khối lƣợng than bùn: 1,5g, xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa là 1g, khi nồng độ methylen xanh tăng, khả năng thẩm thấu của methylen xanh vào mao quản vật liệu tăng làm tăng khả năng hấp phụ.  Như vậy: Nồng độ tối ƣu của than bùn, xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa là 100ppm.

Tóm lại, các điều kiện tối ƣu để hiệu suất hấp phụ và tải trọng hấp phụ của VLHP nghiên cứu diễn ra tốt đƣợc thể hiện trên bảng nhƣ sau: Bảng 3.17. Điều kiên tối ưu quá trình hấp phụ của VLHP Yếu tố khảo

Thời gian hấp

Khối lƣợng

Nồng độ (ppm)

sát

phụ (phút)

VLHP (gam)

Than bùn

60

1,5

100

Xơ dừa

45

1

100

Tổ hợp than bùn

60

1

100

VLHP

+ xơ dừa Trên cơ sở số liệu ảnh hƣởng của nồng độ methylen xanh đến quá trình hấp phụ, tiến hành xây dựng đƣờng đẳng nhiệt Langmuir và Frendlich.

Tiến hành vẽ đồ thị và xác định phƣơng trình đƣờng thẳng biểu thị sự phụ thuộc vào Cf/q và Cf. Qua đó xác định dung lƣợng hấp phụ cực đại và ái lực hấp phụ b (hằng số đặc trƣng cho hệ hấp phụ).

Tiến hành vẽ đồ thị và xác định phƣơng trình đƣờng thẳng biểu thị sự phụ thuộc của log(x/m) và logCf. Qua đó xác định đƣợc dung lƣợng chất bị hấp phụ x.

62

Bảng 3.18. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lượng chất bị hấp phụ methylen xanh của than bùn.

Co (ppm)

25

50

75

100

150

Cf (ppm)

5,121

6,992

9,393

10,933

13,012

m (g)

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

q

0,663

1,437

2,187

2,969

4,567

Cf/q

0,129

0,205

0,233

0,272

0,351

logCf

0,709

0,845

0,973

1,039

1,114

1,025

2,150

3,280

4,453

6,849

0,012

0,156

0,339

0,473

0,660

x (x = (Co– Cf).V) Log(x/m)

Hình 3.12. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir đối với than bùn.

63

Từ phƣơng trình đƣờng thẳng y = 0,0258x + 0,036, xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax của VLHP than bùn đối với methylen xanh và ái lực hấp phụ b là qmax =

= 38,760 (mg/g) và b =

= 0,717.

Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich đối với mẫu than bùn  Nhận xét: Từ các kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mô tả tƣơng đối chính xác sự hấp phụ methylen xanh lên VLHP than bùn (thể hiện qua hệ số tƣơng quan R2 = 0,9703 của phƣơng trình hồi quy).

Bảng 3.19. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lượng chất bị hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ dừa.

Co (ppm)

25

50

75

100

150

Cf (ppm)

6,742

8,522

9,658

10,587

12,651

m (g)

1

1

1

1

1

q

0,913

2,074

3,267

4,471

6,867

Cf/q

0,135

0,243

0,338

0,422

0,543

64

logCf x (x = (Co– Cf).V) Log(x/m)

0,829

0,931

0,985

1,025

1,102

1,033

2,074

3,267

4,471

6,867

0,014

0,317

0,514

0,650

0,837

Hình 3.14. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir đối với xơ dừa Từ phƣơng trình đƣờng thẳng y = 0,0709x + 0,3471, xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax của VLHP xơ dừa đối với methylen xanh và ái lực hấp phụ b là qmax =

= 14,104 (mg/g) và b =

= 0,285.

Hình 3.15. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich đối với mẫu xơ dừa 65

 Nhận xét: Từ các kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mô tả tƣơng đối chính xác sự hấp phụ methylen xanh lên VLHP than bùn (thể hiện qua hệ số tƣơng quan R2 = 0,9956 của phƣơng trình hồi quy).

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

Co (ppm)

25

50

75

100

150

Cf (ppm)

4,955

7,052

8,032

9,211

11,344

m (g)

1

1

1

1

1

q

1,002

2,147

3,348

4,539

6,933

Cf/q

0,202

0,306

0,417

0,493

0,611

logCf

0,695

0,848

0,905

0,964

1,055

1,057

2,147

3,348

4,539

6,933

0,024

0,332

0,525

0,657

0,841

x (x = (Co– Cf).V) Log(x/m)

Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir đối với tổ hợp than bùn + xơ dừa 66

Từ phƣơng trình đƣờng thẳng y = 0,0663x + 0,1321, xác định đƣợc dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax của VLHP tổ hợp than bùn + xơ dừa đối với methylen xanh và ái lực hấp phụ b là qmax =

= 15,083 (mg/g) và b =

= 0,502.

Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich đối với mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa  Nhận xét: Từ các kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich mô tả tƣơng đối chính xác sự hấp phụ methylen xanh lên VLHP tổ hợp than bùn + xơ dừa (thể hiện qua hệ số tƣơng quan R2 = 0,9938 của phƣơng trình hồi quy).  Nhận xét: Từ các kết quả trên có thể thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả tƣơng đối chính xác sự hấp phụ methylen xanh lên VLHP nghiên cứu là than bùn, xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa (thể hiện qua hệ số tƣơng quan R2 của các phƣơng trình hồi quy). Đồng thời, cho phép khẳng định VLHP nghiên cứu là than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa có khả năng hấp phụ methylen xanh. Từ phƣơng trình thu đƣợc, em đã xác định dung lƣợng hấp phụ cực đại q max của VLHP than bùn, xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ dừa đối với methylen xanh và ái lực hấp phụ b.

67

 Từ phương trình ta thu được có thể xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của các VLHP như sau: + Đối với than bùn là: qmax = 38,760 (mg/g) + Đối với xơ dừa là: qmax = 14,104 (mg/g) + Đối với tổ hợp than bùn + xơ dừa là: qmax = 15,083 (mg/g) Giá trị của ái lực hấp phụ của than bùn là 0,717; của xơ dừa là 0,285; của tổ hợp than bùn + xơ dừa là 0,502, cho phép thấy methylen xanh có ái lực hấp phụ với than bùn >tổ hợp than bùn + xơ dừa > xơ dừa.  Như vậy : Quá trình hấp phụ methylen xanh bằng than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa tuân theo cả hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.

68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đề tài nghiên cứu hoàn thành với một số kết luận nhƣ sau: 1. Đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của methylen xanh lên các vật liệu hấp phụ là than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa. Kết quả thăm dò cho thấy các VLHP trên có khả năng hấp phụ tốt methylen xanh. Liên hệ giữa tính chất bề mặt (SEM) với khả năng hấp phụ của vật liệu.

2. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ methylen xanh của các VLHP, tìm ra các điều kiện tối ƣu để hấp phụ methylen xanh lên VLHP nhƣ sau: *Đối với than bùn + Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là: 60 phút. + Tỉ lệ rắn – lỏng là: 1,5g/50ml. + Tải trọng hấp phụ cực đại: qmax = 38,760 (mg/g), ái lực hấp phụ: b = 0,717. + Hiệu suất hấp phụ đạt: 89,067%. *Đối với xơ dừa + Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là: 45 phút. + Tỉ lệ rắn – lỏng là: 1g/50ml. + Tải trọng hấp phụ cực đại: qmax = 14,104 (mg/g), ái lực hấp phụ: b = 0,285. + Hiệu suất hấp phụ đạt: 89,313%. *Đối với tổ hợp than bùn + xơ dừa + Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là: 60 phút. + Tỉ lệ rắn – lỏng là: 1g/50ml. + Tải trọng hấp phụ cực đại: qmax = 15,083 (mg/g), ái lực hấp phụ: b = 0,502. + Hiệu suất hấp phụ đạt: 90,789%.

KIẾN NGHỊ 1. Nghiên cứu so sánh khả năng hấp phụ than bùn, than bùn biến tính và than bùn than hóa đối với hợp chất màu, từ đó đƣa ra định hƣớng tổng hợp vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất đối với từng loại chất bị hấp phụ.

69

2. Nghiên cứu so sánh khả năng hấp phụ xơ dừa, xơ dừa biến tính và xơ dừa than hóa đối với hợp chất màu, từ đó đƣa ra định hƣớng tổng hợp vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất đối với từng loại chất bị hấp phụ.

3. Nghiên cứu so sánh khả năng hấp phụ tổ hợp than bùn + xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ dừa biến tính và tổ hợp than bùn + xơ dừa than hóa đối với hợp chất màu, từ đó đƣa ra định hƣớng tổng hợp vật liệu có khả năng hấp phụ tốt nhất đối với từng loại chất bị hấp phụ.

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] A. Szalay (1974), Sự tích tụ Uran và các kim loại hiếm hác trong than đá, các phiến thực vật và vai trò của axit humic trong sự làm giàu hóa đỏ, Stoc khôm.

[2] Hoàng Thị Mỹ Ly, nghiên cứu tách, tinh chế axit humic từ than bùn Liên Chiểu – Đà Nẵng và ứng dụng hấp phụ các ion Al3+, Fe3+, Cd2+ trong nƣớc, luận văn thạc sĩ khoa học, năm 2012.

[3] Lê Thị Mùi (2008), “Sự tích tụ Chì và đồng trong một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng ven biển Đà Nẵng”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4(27).

[4] Lê Văn Căn (1978), Giáo trình hóa nông, NXB Nông nghiệp, Hà Nội.

[5] Lê Thị Cẩm Giang, Nghiên cứu khả năng hấp phụ các ion kim loại Cu(II), Zn (II), Pb (II) của axit humic, luận văn thạc sĩ khoa học, 2011 [6] Nguyễn Mƣời, Trần Nguyên Chính, Đỗ Nguyên Hải, Hoàng Văn Mùa, Phạm Thanh Nga, Đào Châu Thu (2005), Giáo trình thổ nhưỡng học, Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội.

[7] Nguyễn Văn Bên, nghiên cứu hấp phụ methylen xanh trong nƣớc bằng đá ong biến tính, Luận văn thạc sĩ khoa học (2015).

[8] Phạm Thị Thanh Truyên, Nghiên cứu biến tính mùn cƣa làm vật liệu hấp phụ chất màu hữu cơ trong nƣớc, Luận văn thạc sĩ Khoa học (2013).

[9] PL.Belkevich, A.R.Givtova (1979), Than bùn và những vẫn đề bảo vệ môi trường, NXB Minxco.

[10] Trần Mạnh Lục (1985), “Kết quả xác định thành phần hóa học các mẫu than bùn Hòa Vang – Quảng Nam – Đà Nẵng”, Tập san Khoa học, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Số 10.

71

[11] Trần Minh Trí (1997), “Sử dụng than bùn Việt Nam để sản xuất phân bón và bảo vệ môi trƣờng”, Tạp chí Hóa học, 35(2), tr.94.

[12] Trần Mạnh Lục (2005), Nghiên cứu phản ứng đồng trùng hợp ghép của axit acrylic và dẫn xuất lên sợi xenluloxo, Đề tài Khoa học và Công nghệ cấp bộ, Mã số B2004 -16-29. Đại học Đà Nẵng.

Tiếng Anh [13] A. G. Kulkarni (1960), K. G. Satyanarayana, K.Sukanaran and P. K. Rohatgi, High strength natural fibers for improved polymer matrix composites, J.Mater. Sci., 16, p.905.

[14] G.N.Prabhu (1960), Coir, Technological Research on Coin, 4, p.16.

[15] K.G. Satyanarayana, A.G. Kulkari and P.K.Rohatgi (1981), Materials science of some ligocellulosic fibers, Proc. Indian Acad. Sci., (Eng.Sci), 4, p.419.

[16] K.G. Satyanrayana, C.K.S.Pillai, K. Sukanaran and P.K.Rohatgi (1982), Structure and properties of fibres from various parts of the coconut palm, J.Mater.Sci., 17,p.2453 – 2462.

[17] Manika Varma (1985), Coir fibres: modifications, characterzation and application in fibrous composites, Department of Textile Technology, Indian Instiute of Technology, Delhi.

72