Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải công nghiệp bằng vật liệu than biến tính điều chế từ vỏ trái Macca

Chia sẻ: Matroinho | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải công nghiệp bằng vật liệu than biến tính điều chế từ vỏ trái Macca" được hoàn thành với mục tiêu nhằm khảo sát xác định các thông số tối ưu nhiệt độ nung, thời gian nung, tỉ lệ ngâm, thời gian lắc và các yếu tố ảnh hưởng như pH, liều lượng than, thời gian hấp phụ, nồng độ dung dịch màu với nước màu nhuộm giả định. Khảo sát khả năng xử lý màu nhuộm trong nước giả định của than biến tính điều chế với thông số tối ưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải công nghiệp bằng vật liệu than biến tính điều chế từ vỏ trái Macca

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT TRƯƠNG MINH HÙNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU NHUỘM TRONG NƯỚC THẢI BẰNG VẬT LIỆU THAN BIẾN TÍNH ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ HẠT MACCA CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ BÌNH DƯƠNG, NĂM 2020
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT --------------- TRƯƠNG MINH HÙNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ MÀU NHUỘM TRONG NƯỚC THẢI BẰNG VẬT LIỆU THAN BIẾN TÍNH ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ TỪ VỎ HẠT MACCA CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐÀO MINH TRUNG BÌNH DƯƠNG, NĂM 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, dữ liệu trong bài đều được trích dẫn rõ ràng, trung thực. Kết quả của nghiên cứu cũng chưa từng công bố trong bất cứ nghiên cứu cùng cấp nào khác. Học viên thực hiện Trương Minh Hùng i
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các toàn thể các giảng viên của Khoa Khoa học quản lý, trường Đại học Thủ Dầu Một. Cảm ơn Thầy TS. Đào Minh Trung cán bộ trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp cao học này. Người đã luôn hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, thường xuyên quan tâm, động viên và kịp thời chia sẻ những khó khăn, vướng mắc cho tôi trong suốt quá trình học tập, làm thí nghiệm và hoàn thành luận văn. Tôi xin cảm ơn Ban lãnh đạo Khoa Khoa học quản lý, ngành Khoa học môi trường và các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm đã luôn hỗ trợ, tạo môi trường làm việc với đầy đủ các trang thiết bị, dụng cụ cần thiết cũng như mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành tốt báo cáo tốt nghiệp của mình. Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện Trương Minh Hùng ii
TÓM TẮT Nghiên cứu xử lý nước thải bằng nguyên vật liệu thân thiện môi trường là xu thế phát triển trong khoa học trên thể giới và ở Việt Nam. Theo xu hướng nầy, việc nghiên cứu xử lý Methylene Blue (MB) bằng vật liệu than hoạt tính được biến tính bởi tác nhân hóa chất H2O2 được điều chế từ vỏ Macca là cần thiết. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB) đạt 1g/245.68 mg Methylene Blue ở các điều kiện biến tính tối ưu tương ứng nồng độ 20% và thời gian ngâm lắc 36 giờ. Phân tích phổ hồng ngoại (FT-IR) cho thấy, than được hoạt tính rồi biến tính bằng tác nhân H2O2 có các nhóm chức (nhóm chức polyphenolic, carboxyl, carbonat, nhóm liên kết đơn C-O, C-N, N-CH3, hydrogen thơm, ..). Than biến tính bằng tác nhân H2O2 đạt hiệu suất xử lý màu Methylene Blue (MB) tốt nhất là 99% tương ứng độ màu ban đầu có nồng độ 25mg/L (tương ứng 349,67 Pt- Co được xác định theo TCVN 6185:2005) tại các điều kiện tối ưu tương ứng pH = 5 liều lượng 0.5g/L và thời gian xử lý 120 phút. Kết quả nghiên cứu có sự tương đồng với các kết quả nghiên cứu khác và có khả năng ứng dụng vào xử lý nước thải màu. Để chứng minh tính hiệu quả xử lý của vật liệu nghiên cứu được tiến hành khảo sát với nước thải giả định Methylene Orange (MO). Đạt hiệu suất xử lý màu MO tốt nhất là 60.23 % tại các điều kiện tối ưu tương ứng pH = 5 liều lượng 0.9g/L và thời gian xử lý 90 phút. Cho kết quả xử lý thấp hơn. Từ khóa: Than hoạt tính, than biến tính, vỏ Macca, hấp phụ màu Methylene Blue. ABSTRACT Research on wastewater treatment with environmentally friendly materials is a development trend in science in the world and in Vietnam. According to this trend, the treatment of Methylene Blue (MB) with activated carbon material modified by the chemical agent H2O2 prepared from macadamia shell is necessary. The study results showed that the adsorption capacity of Methylene Blue (MB) reached 1g / 245.68 mg of Methylene Blue at the optimal denaturing conditions corresponding to concentration of 20% and shaking time of 36 hours. Infrared spectrum analysis (FT-IR) shows that activated carbon and modified by iii
H2O2 agent have functional groups (polyphenolic, carboxyl, carbonate, CO, CN, N-CH3, hydrogen) fragrant, ..). Carbon modified by H2O2 agent achieves the best 99% of the color treatment efficiency of Methylene Blue (MB), corresponding to the initial color temperature with a concentration of 25mg / L (corresponding to 349.67 Pt-Co determined according to TCVN 6185 : 2005) at the optimum conditions corresponding to pH = 5 doses of 0.5 g/L and treatment time of 120 minutes. Research results are similar to other research results and are applicable to color wastewater treatment To demonstrate the treatment efficiency of the research material, it was conducted with wastewater assuming Methylene Orange (MO). The best MO color treatment performance was 60.23% at the optimum conditions corresponding to pH = 5 dose 0.9g / L and treatment time of 90 minutes. For lower processing results. Keywords: activated carbon, modified coal, macadamia shell, Methylene Blue color absorption, Methylene Orange color absorption iv
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ ii TÓM TẮT ............................................................................................................. iii DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. ix DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT............................................................................ xii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................. 4 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước. ................... 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. .............................................................. 4 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. ................................................................ 6 1.2. Hiện trạng ô nhiễm và các chất ô nhiễm phẩm màu nhuộm. .......................... 9 1.3. Đặc tính nước thải của sản xuất dệt nhuộm ................................................... 9 1.4. Các phương pháp xử lý nước thải sản xuất dệt nhuộm ................................. 11 1.4.1. Phương pháp hấp phụ……………………………………………………..12 1.4.2. Phương pháp tuyển nổi. ............................................................................. 13 1.4.3. Phương pháp trao đổi ion. .......................................................................... 14 1.4.4. Phương pháp keo tụ-tạo bông. ................................................................... 14 1.4.5. Phương pháp điện hoá ................................................................................ 15 1.4.5.1. Oxi hoá dương cực và khử âm cực. ........................................................ 15 1.4.5.2. Tuyển nổi bằng điện. ............................................................................... 16 1.4.5.3. Keo tụ điện hoá. ...................................................................................... 16 1.4.6 Giải hấp phụ. ............................................................................................... 16 1.5. Tổng quan về cây Macca............................................................................... 17 1.5.1. Vùng phân bố trồng cây Macca ở Việt Nam............................................. 17 1.5.2. Thành phần hóa học của vỏ hạt Macca. ..................................................... 18 1.5.3. Ứng dụng của vỏ hạt Macca (EPCO FOODS, 2020). ............................... 18 v
1.6. Tổng quan về than hoạt tính. ......................................................................... 19 1.6.1. Những thông số của than hoạt tính (Trịnh Xuân Đại, 2010) ..................... 19 1.6.2. Điều chế than hoạt tính. ............................................................................. 21 1.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình điều chế than hoạt tính .................. 25 1.6.4. Cơ chế làm việc của than hoạt tính. ........................................................... 25 1.6.5.Ứng dụng của than hoạt tính……………………………………………….26 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, THIẾT BỊ, .................................................................... …..NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................... 28 2.1. Vật liệu nghiên cứu ....................................................................................... 28 2.1.1. Đối tượng thí nghiệm ................................................................................. 28 2.1.2. Vật liệu thí nghiệm ..................................................................................... 28 2.1.3. Thiết bị và dụng cụ ..................................................................................... 28 2.1.4. Hóa chất. .................................................................................................... 29 2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 30 2.2.1. Nội dung 1: Điều chế than biến tính từ vỏ hạt Macca bằng hóa chất. ....... 30 2.2.2. Nội dung 2: Khảo sát thay đổi cấu trúc vật lý và hóa học của than biến tính điều chế ra. ........................................................................................................... 30 2.2.3. Nội dung 3: Hiệu suất hấp phụ của than biến tính điều chế……………..31 2.3. Quy trình thí nghiệm. .................................................................................... 32 2.3.1. Quy trình 1: Điều chế than biến tính bằng H2O2 từ than hoạt tính tác....... 32 nhân hóa học K2CO3 từ vỏ hạt Macca. ............................................................... 32 2.3.2. Quy trình 2: Khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Blue (MB) của than biến tính bằng hóa chất H2O2. .............................................................................. 33 2.4. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 34 2.4.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu. ...................................... 34 2.4.2. Phương pháp đo đạc và phân tích mẫu. ..................................................... 34 2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu. ......................................................................... 34 2.4.4. Phương pháp thực nghiệm. ........................................................................ 34 2.4.4.1. Điều chế than cốc. .................................................................................. 34 vi
2.4.4.2. Điều chế than hoạt hóa bằng tác nhân K2CO3 và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý màu của than. ............................................................ 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 38 3.1. Điều chế than cốc hóa ................................................................................... 38 3.1.1. Khảo sát nhiệt độ nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình than cốc hóa. 38 3.1.2. Khảo sát thời gian nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình than cốc hóa.39 3.2. Điều chế than hoạt hóa bằng hóa chất K2CO3 từ than cốc. ........................... 40 3.2.1. Khảo sát tỷ lệ ngâm thích hợp ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa. ............ 40 3.2.2. Khảo sát nhiệt độ nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa ....... 41 3.2.3. Khảo sát thời gian nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình hoạt hóa……43 3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng xử lý màu Methylene Blue….43 3.3.1. Khảo sát pH thích hợp cho quá trình xử lý. ............................................... 43 3.3.2. Khảo sát liều lượng than thích hợp cho quá trình xử lý. ............................ 45 3.3.3- Khảo sát thời gian thích hợp cho quá trình xử lý. ..................................... 46 3.4. Điều chế than biến tính H2O2 hoạt hóa bằng hóa chất K2CO3 từ than cốc….47 3.4.1. Khảo sát nồng độ thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính. ............... 47 3.4.2. Khảo sát thời gian ngâm lắc thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính……. ............................................................................................................... 48 3.5. Kết quả phân tích giản đồ FT – IR ................................................................ 50 3.6. Kết quả phân tích SEM. ................................................................................ 53 3.7. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính H2O2 trên màu nhuộm Methylene Blue trong nước thải giải định ........................................................... 54 3.7.1. Khảo sát pH thích hợp cho quá trình xử lý. ............................................... 54 3.7.2.Khảo sát liều lượng thích hợp cho quá trình xử lý Methylene Blue (MB). 55 3.7.3. Khảo sát thời gian thích hợp cho quá trình xử lý Methylene Blue (MB)…57 3.8. Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính trên màu nhuộm Methylen .Orange (MO)....................................................................................... 58 3.8.1. Khảo sát pH thích hợp cho quá trình xử lý Methylene Orange (MO) ....... 58 3.8.2. Khảo sát liều lượng thích hợp cho quá trình xử lý Methylene Orange……59 vii
3.8.3. Khảo sát thời gian thích hợp than biến tính trong quá trình xử lý Methylene Orange. ................................................................................................................. 60 3.8.4. Khảo sát nồng độ ban đầu dung dịch MO thích hợp cho quá trình xử lý 61 3.9. Tóm lại .......................................................................................................... 62 CHƯỜNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGH ........................................................ 64 4.1. Kết luận ......................................................................................................... 64 4.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 65 TÀI LIỆU ĐƯỢC ĐĂNG TẢI TRÊN BÁO ....................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 68 Tài liệu trong nước. .............................................................................................. 68 Tài liệu nước ngoài............................................................................................... 70 PHỤ LỤC SỐ LIỆU............................................................................................. 75 viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1 Đặc tính nước thải nhuộm ............................................................ 11 Bảng 2. 1 . Những thiết bị sử dụng trong đề tài. ........................................... 29 Bảng 2. 2. Những hóa chất sử dụng trong đề tài ........................................... 29 Bảng 3. 1. Hình ảnh phổ các loại than được điều chế .................................. 50 Bảng 3. 2. Hình ảnh cấu trúc các loại than .................................................... 53 ix
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Các biện pháp xử lý nước thải nhuộm……………………………11 Hình 1. 2: Cây Macca và Hình 1. 3: Trái Macca ......................................... 17 Hình 2. 1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm điều chế than biến tính từ than hoạt tính bằng tác nhân hóa học K2CO3 từ vỏ hạt Macca ...................................... 32 Hình 2. 2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Blue của than biến tính H2O2 ................................................................... 33 Hình 3.1. 1: Kết quả xác định nhiệt độ nung tối ưu cốc hóa theo độ hấp phụ .................................................................................................................. 38 Hình 3.1. 2: Kết qu xác định thời gian nung tối ưu cốc hóa theo độ hấp phụ Methylene Blue ........................................................................................ 39 Hình 3.2. 1: Kết quả xác định tỷ lệ tối ưu hoạt hóa theo độ hấp phụ Methylene Blue .......................................................................................................... 40 Hình 3.2. 2: Kết quả xác định nhiệt độ tối ưu hoạt hóa theo độ hấp phụ ...... 41 Hình 3.2. 3: Kết quả xác định thời gian nung tối ưu hoạt hóa theo độ hấp phụ MB............................................................................................................ 43 Hình 3.3. 1: Kết quả xác định sự ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý ..... 44 Hình 3.3. 2: Kết quả xác định ảnh hưởng của liều lượng than lên hiệu suất xử lý ............................................................................................................... 45 Hình 3.3. 3: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất xử lý màu MB. ................................................................................................... 46 Hình 3.4. 1: . Kết quả xác định nồng độ tối ưu theo độ hấp phụ Methylene Blue. ......................................................................................................... 47 Hình 3.4. 2: Kết quả xác định thời gian lắc tối ưu theo độ hấp phụ Methylene Blue .......................................................................................................... 49 Hình 3.7. 1: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý màu MB............................................................................................................ 54 Hình 3.7. 2: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng lên hiệu suất xử lý màu MB .................................................................................................... 56 Hình 3.7. 3: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất xử lý .................................................................................................................. 57 x
Hình 3.8. 1: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH lên hiệu suất xử lý màu MO. .......................................................................................................... 58 Hình 3.8. 2: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của liều lượng lên hiệu suất xử lý màu MO ................................................................................................... 59 Hình 3.8. 3: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian lên hiệu suất xử lý .................................................................................................................. 60 Hình 3.8. 4: Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ MO lên hiệu suất xử lý. .............................................................................................................. 62 xi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT MB : Methylene Blue (Methyl xanh) MO : Methylene Orange (Methyl da cam) Macca : Macamadia TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam SEM : Scanning electron microscope FT-IR : Fourriertransformation infrared xii
MỞ ĐẦU  Lí do chọn đề tài: Ngày nay, cùng với quá trình phát triển kinh tế thì quá trình công nghiệp hóa cũng phát triển mạnh mẽ. Các ngành công nghiệp thải ra một lượng lớn nước thải có thể gây hại đến môi trường nếu không được xử lý. Nguồn gây ô nhiễm được quan tâm nhất là ô nhiễm từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm thải ra ao hồ, sông rạch …. (Mukesh Doble et al., 2005; A. K. Verma et al., 2011 và Himanshu Patel, 2015), gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái, động thực vật, và có thể gây hại cho sức khỏe con người. Thực tế giải pháp để xử lý nước ô nhiễm hoặc nước thải dệt nhuộm chứa các loại phẩm màu thường được ứng dụng hoặc kết hợp nhiều phương pháp như vật lý, hóa lý, hóa học và sinh học …về cơ bản bằng những kĩ thuật khác nhau. Điển hình có các kĩ thuật hóa lí như keo tụ; hấp phụ màng lọc kĩ thuật sinh học; các kĩ thuật hóa học như ozon hóa, oxy hóa tiên tiến. Đã được ứng nhiều vào thực tiễn có kết quả tốt với công nghệ, kỹ thuật phức tạp đầu tư giá thành lớn với chi phí cao và vận hành khó khăn. Ngày nay ứng dụng vật liệu sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước từ nguyên liệu thân thiện môi trường sống là xu thế rất được quan tâm đến và cho kết quả khả quan trên thế giới và Viêt Nam. Nghiên cứu nguyên liệu thân thiện môi trường từ các phế phẩm sinh học trong nông nghiệp, làm vật liệu xử lý các nguồn ô nhiễm này là đối tượng được chú ý nghiên cứu. Việc xử lý nước ô nhiễm màu phẩm nhuộm công nghiệp bằng nguyên liệu có sẳn và thân thiện môi trường là cần thiết để hạn chế chất thải rắn, làm giảm nguy cơ ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái, sức khỏe con người. Vì thế đề tài: “Nghiên cứu xử lý màu nhuộm trong nước thải công nghiệp bằng vật liệu than biến tính điều chế từ vỏ trái Macca” đã được thực hiện. Nhằm nghiên cứu ứng dụng vật liệu thân thiện môi trường từ phế phẩm nông sản là vỏ trái Macca để xử lý màu nhuộm. Nghiên cứu và đề xuất công nghệ mới phù hợp với điều kiện Việt Nam 1
trong xử lý nước thải nói riêng và môi trường nói chung là hết sức cần thiết. Tìm vật liệu thân thiện môi trường xử lý ô nhiễm là xu thế mới ngày nay trên thế giới và ở Việt Nam. Kết quả đề tài là bước đầu cho các công trình nghiên cứu áp dụng than hoạt tính thân thiện môi trường từ nguyên liệu xanh tự nhiên trong việc xử lý nước thải nhuộm, góp phần hoàn thiện thêm cơ sở lý thuyết cho chuyên ngành công nghệ môi trường. Là công trình nghiên cứu hiệu quả xử lý của than hoạt tính, than biến tính có nguồn gốc từ thiên nhiên (thực vật), ít độc, thân thiện với hệ sinh thái của môi trường. Than hoạt tính được tận dụng từ nguồn thải nông nghiệp giúp giảm lượng chất thải rắn và mang lại lợi ích kinh tế. Mục tiêu nghiên cứu. * Mục tiêu chung - Điều chế than hoạt tính, biến tính hấp phụ màu nhuộm trong nước thải giả định và tìm ra các thông số tối ưu để ứng dụng xử lý nước thải dệt nhuộm. * Mục tiêu cụ thể - Điều chế vỏ hạt Macca thành than cốc, than hoạt tính, than biến tính là vật liệu hấp phụ chất bẩn. - Khảo sát xác định các thông số tối ưu nhiệt độ nung, thời gian nung, tỉ lệ ngâm, thời gian lắc và các yếu tố ảnh hưởng như pH, liều lượng than, thời gian hấp phụ, nồng độ dung dịch màu với nước màu nhuộm giả định. - Khảo sát khả năng xử lý màu nhuộm trong nước giả định của than biến tính điều chế với thông số tối ưu. * Đối tượng nghiên cứu - Than biến tính và nước thải dệt nhuộm giả định. * Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu được thực hiện đối với nước thải dệt nhuộm giả định. - Không gian nghiên cứu: Phòng thí nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một, Trường Đại học Việt Đức, Trường Đại học Bách Khoa-TP.Hồ Chí Minh. -Thời gian nghiên cứu: tháng 5 năm 2020 đến tháng 12 năm 2020. 2
*Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: Điều chế than than biến tính từ vỏ hạt Macca. - Thí nghiệm 1: Khảo sát nhiệt độ và thời gian nung thích hợp than cốc hóa. - Thí nghiệm 2: Khảo sát tỉ lệ ngâm K2CO3, nhiệt độ và thời gian nung hoạt hóa thích hợp điều chế than hoạt tính. - Thí Nghiệm 3: Khảo sát nồng độ hóa chất H2O2 và thời gian ngâm lắc thích hợp điều chế than biến tính. - Nội dung 2: Xác định cấu trúc vật liệu than điều chế. Xác định cấu trúc vật lý (đo TEM, SEM, BET, XRD, Kính hiển vi điện tử…). Cấu trúc hóa học (phổ FT-IR ). - Nội dung 3: Xác định các thông số vận hành phù hợp (tối ưu). - Thí Nghiệm 4: Khảo sát khả năng than hấp phụ màu nhuộm trong nước theo pH môi trường. - Thí Nghiệm 5: Khảo sát khả năng than hấp phụ màu nhuộm trong nước theo thời gian ngâm lắc. - Thí nghiệm 6: Khảo sát khả năng than hấp phụ màu nhuộm trong nước theo lượng than cho vào. - Thí nghiệm 7: Khảo sát khả năng than hấp phụ màu nhuộm trong nước theo nồng độ màu nhuộm. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước. 1.1.1. Tình hình nghiên cứu nước ngoài. Ở các nước trên thế giới đã quan tâm nhiều xử lý môi trường ô nhiễm, nhất là xử lý nước thải có màu nhuộm công nghiệp từ lâu, bằng ứng dụng kết hợp nhiều phương pháp khoa học và biện pháp tiên tiến khác nhau để xử lý nước xả thải. Theo nghiên cứu của Jiangning Wu (1998) ứng dụng phương pháp phản ứng bậc cao Ozon kết hợp sinh học, và theo nghiên cứu của S. Karcher et al. (2002) đã loại bỏ thuốc nhuộm hoạt tính từ nước thải dệt nhuộm được hấp thụ vào loại nhựa dễ tái sinh trong các bộ lọc cố định. Đã hoạt động tốt trong nước thải ban đầu. Còn báo cáo A. Al-Kdasi et al. (2004) nghiên cứu xử lý màu thuốc nhuộm trong nước thải bằng quá trình oxy hóa nâng cao khác nhau như: ozon hóa, hydro peroxide, bức xạ UV hoặc sự kết hợp của chúng. Theo khảo sát của Nobuyuki (2008) đã sử dụng phương pháp Ôzôn hóa đều xử lý tốt màu thuốc nhuộm trong nước thải. Nghiên cứu A. Naimabadi et al. (2009) áp dụng xử lý sinh học cho thuốc nhuộm, từ hiếu khí đến yếm khí đạt khoáng hóa hoàn toàn thuốc nhuộm azo, có hiệu quả và thân thiện với môi trường. Đã loại bỏ màu trung bình là 89,5%, loại bỏ nhu cầu oxy hóa học là 69% đạt cân bằng trong 7 giờ ở bể phản ứng bùn hoạt tính cố định hiếu khí. Với khảo sát của A.K. Verma et al. (2012) sử dụng chất đông tụ được thủy phân như Polyaluminium clorua (PACl), Polyaluminium ferric clorua (PAFCl), Polyferpy sulphate (PFS) và Polyferric clorua (PFCl) cho việc khử màu nước thải dệt may. Theo nghiên cứu của Y Zheng et al. (2013) nghiên cứu dùng hệ thống màng lọc nano dưới nước cho thấy tỷ lệ loại bỏ màu là 99,3% và giảm COD là 91,5%. Hơn nữa, làm sạch nước cao hơn 93%. Với kết quả báo cáo của V. Buscio et al. (2015) đã xử lý màu nhuộm bằng các màng lọc polyvinylidene difluoride đạt hiệu suất loại bỏ tới 99% màu sắc và giảm 80% nhu cầu oxy hóa học (COD).. Bên cạnh đó, theo báo cáo của P.S. Yuan and B.M. Ha (2014) sử dụng 4
phương pháp hệ thống điện hóa loại gần như hoàn toàn màu nhuộm với hiệu suất đạt trên 99 % tại pH=11, nồng độ màu 50 mg/L và nồng độ muối Na2SO4 1200 mg/L trong khoảng thời gian 5 phút. Và theo nghiên cứu của A.K. Verma et al. (2012) khuyến cáo đã nhấn mạnh và khuyến khích nên sử dụng các chất keo tụ tự nhiên, là sự thay thế khả thi, để xử lý nước thải dệt may vì tính chất thân thiện với môi trường của chúng. Đối với hấp phụ thuốc nhuộm Methylene Blue (BM) có các chất hấp phụ chi phí thấp khác nhau chẳng hạn như rơm ngô (Ge et al., 2016), bã mía (Said et al. 2018), và dăm gỗ (Jano s et al., 2009) … đã được sử dụng. Tuy nhiên, có những nghiên cứu về việc sử dụng chất thải từ dừa để hấp phụ Methylene Blue (MB) (Kavitha và Namasivayam, 2007; Hameed et al., 2008 và Tan et al., 2008). Các nghiên cứu này cho thấy vỏ dừa, một loại nông sản rẻ tiền và dễ kiếm có sẵn, và than hoạt tính của nó có thể được sử dụng để loại bỏ Methylene Blue (MB) khỏi dung dịch thuốc nhuộm rất tốt, .... Theo nghiên cứu thực nghiệm của V. Vadivelan and K. V. Kumar (2005) các thí nghiệm hàng loạt đã được thực hiện để hấp thụ màu Methylene Blue (MB) lên các hạt trấu. Khả năng hấp phụ đơn lớp của vỏ trấu đối với sự hấp phụ nầy được tìm thấy là 40,5833 mg/g ở nhiệt độ phòng 32oC. Và theo báo cáo của D. Kavitha and C. Namasivayam (2007) đã nghiên cứu than sơ dừa hoạt tính với thay đổi các thông số, thấy khả năng hấp phụ Methylene Blue (MB) là 5,87 mg/g với kích thước hạt 250-500 microm. Còn ở pH=6,9 cho liều hấp phụ 100 mg/50 mL với thời gian cân bằng 30 phút và 60 phút ở nồng độ thuốc nhuộm tương ứng 10 mg/L và 20 mg/L loại bỏ tối đa 97%. Và ở pH như trên cho liều hấp phụ 600 mg/50 mL ở thời gian cân bằng là 100 phút thì loại bỏ đến 100% nồng độ thuốc nhuộm 10 mg/L. Và theo báo cáo của B. H. Hameed and A. A. Ahmad (2009) đã nghiên cứu cho kết quả rằng vỏ tỏi là chất hấp phụ ít tốn kém hơn để loại bỏ thuốc nhuộm Methylene Blue (MB). Khả năng hấp phụ đơn lớp tối đa được tìm thấy lần lượt là 5
82,64, 123,45 và 142,86 mg/g với nồng độ ban đầu 25-200 mg/L, ở pH.4-12 và nhiệt độ 303, 313 và 323 K. Còn theo kết quả nghiên cứu của M. T. Uddin et al. (2009) chất thải bả trà hấp phụ loại bỏ Methylene Blue (MB) khỏi dung dịch nước. Cân bằng hấp phụ đạt được 85,16 mg/g trong 5 giờ với nồng độ 20-50 mg/L, cao hơn nhiều lần so với khả năng hấp phụ của một số chất hấp phụ tiềm năng khác được nghiên cứu gần đây. Thêm nữa, theo báo cáo của M. Baysal et al. (2018) nghiên cứu sản xuất than hoạt tính mật độ thấp có độ xốp cao từ Hướng dương (SP), một chất thải nông nghiệp, được hoạt hóa hóa học với KOH và NaOH (K-SPAC và N-SPAC). Khả năng hấp phụ tối đa của N-SPAC được tính là 965 mg/g trong khi đó là 580 mg/g đối với K-SPAC. Và nghiên cứu P.Yuan and B.M. Ha (2015). Với gum được chiết xuất từ hạt của Cassia (CF). Kết quả tối ưu cho thấy gum thô không đạt được mức độ khử màu cao khi so sánh với chất keo tụ Polyaluminium clorua (PACl) với cùng điều kiện. Nhưng chất keo tụ màu xanh lá cây Cassia (CF) như là một yếu tố góp phần loại bỏ màu trong nước thải dệt may mà thân thiện môi trường. Trong nước ta cũng có các công trình nghiên ứng dụng nguyên liệu thân thiện môi trường vào trong xử lý ô nhiễm, xử lý nước thải màu dệt nhuộm công nghiệp. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước. Ở Việt Nam, để xử lý màu nhuộm trong nước xả thải đã có một số nghiên cứu ứng dụng như: Phương pháp truyền thống xử lý sinh học (Nguyễn Thị Hà, 2006 và Đồng Thị Mai Anh, 2011), áp dụng phương pháp oxy hóa hóa học (Nguyễn Thị Hường, 2009; Đào Sỹ Đức, 2012 và Ngô Hồng Ánh Thu, 2015), hay phương pháp lọc (Trịnh Văn Tuyên, 2012), cột trao đổi chất hấp phụ (Hoàng Trung Thành, 2003). Cũng như các phương pháp hiện đại như: phương pháp Fenton dị thể sử 6