Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước
BÀI BÁO KHOA HỌC
NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH THAN HOẠT TÍNH CHẾ TẠO
TỪ CÁC PHẾ PHẨM NÔNG NGHIỆP LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ
XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC
Phạm Thị Ngọc Lan1
Tóm tắt: Sản xuất than hoạt tính từ phế phẩm nông nghiệp (vỏ lạc, thân cây sắn) không chỉ mang
lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần giải quyết các vấn đề môi trường do phế thải nông nghiệp gây
ra. Bài báo này trình bày về nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ lạc và thân cây sắn quy mô
phòng thí nghiệm trong điều kiện tối ưu tìm được là: Hóa chất biến tính ZnCl2 2M, than hóa ở nhiệt
độ 350oC trong 60 phút, hoạt hóa than vỏ lạc ở 450oC trong 60 phút, than thân cây sắn ở 500oC
trong 60 phút. Than thu được có khả năng xử lý độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha với hiệu suất
lên đến 89 – 96%, sau khi đã được hoạt hóa, diện tích bề mặt riêng của than lớn, có thể đạt tới
750m2/g đối với than vỏ lạc, mẫu than thân cây sắn có diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g.
Ngoài ra mẫu than thân cây sắn còn được đánh giá chất lượng thông qua khảo sát khả năng hấp
phụ amoni trong nước kết quả cho thấy: Tải trọng hấp phụ cực đại đối với amoni của mẫu than
thân cây sắn đạt 6,9735mg/g cao hơn hẳn mẫu than tre (tải trọng hấp phụ cực đại 5,9172mg/g) và
có sự chênh lệch không đáng kể so với mẫu than gáo dừa – than đối chứng trên thị trường (tải
trọng hấp phụ cực đại 7,4394 mg/g).
Từ khóa: Than hoạt tính; quá trình than hóa; quá trình hoạt hóa; diện tích bề mặt riêng.
1. GIỚI THIỆU1
và nước thải. Với thành phần chính là cellulose,
Theo ước tính của Tổng cục thống kê, tổng hemicellulose và lingnin các phế phẩm nông
sản phẩm thu được từ nông nghiệp năm 2014 nghiệp như đã kể trên đều có thể biến tính trở
ước tính tăng 5,98% so với năm 2013. Tuy thành than hoạt tính (Trịnh Xuân Đại, 2012).
nhiên, bên cạnh mức tăng trưởng sản xuất nông Tại Việt Nam và một số nước trên thế giới như
sản còn đọng lại vấn đề về các bãi chứa, đầu ra Thái lan, Trung Quốc vỏ lạc và một số các phế
cho các phế phẩm nông nghiệp sau thu hoạch phẩm nông nghiệp khác như vỏ trấu, lõi ngô, vỏ
như rơm rạ, vỏ trấu, thân cây chuối, vỏ lạc, thân dừa, rơm rạ đã được nghiên cứu làm vật liệu xử
cây sắn... Sản lượng lạc và sắn chỉ đạt từ 1-16% lý môi trường tuy nhiên việc sử dụng vỏ lạc và
trong tổng sản lượng nông sản của cả nước, tuy thân cây sắn để sản xuất than hoạt tính còn chưa
nhiên lượng thải bỏ của các phế phẩm của được quan tâm nghiên cứu nhiều, đặc biệt là với
ngành trồng sắn và lạc là khá lớn. Xét về mặt thân cây sắn. Chính vì vậy việc khảo sát các
môi trường vỏ lạc và thân cây sắn được coi là nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng than hoạt tính
một loại phế thải, nhưng xét ở một góc độ khác chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật
chúng được coi là một nguồn tài nguyên nếu liệu hấp phụ xử lý amoni trong nước đã được
như con người biết thu hồi và tận dụng chúng thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm.
như là một nguồn vật liệu tự nhiên, rẻ tiền, thân
thiện với môi trường trong lĩnh vực xử lý nước NGHIÊN CỨU
2.1. Chuẩn bị nguyên liệu: Vỏ lạc, thân
cây sắn
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
1 Khoa Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
129
Hình 2.1. Nguyên vật liệu – thân cây sắn
Hình 2.2. Nguyên vật liệu – Vỏ lạc
Mẫu nguyên liệu (vỏ lạc, thân cây sắn): Sau giữ nguyên hình khối và kích thước ban đầu,
khi thu thập rồi được rửa sạch, các mẫu thân cây mẫu thân cây sắn được cắt thành các mẩu nhỏ
sắn được róc vỏ chỉ lấy phần thân gỗ phía trong. kích thước 2-5 cm.
Các mẫu được phơi khô tự nhiên, vỏ lạc được
2.2. Chuẩn bị hóa chất
Bảng 2.1. Hóa chất sử dụng
Hóa chất dung biến tính và xác định khả
năng xử lý độ màu của than hoạt tính
Hóa chất xác định amoni trong nước
- Dung dịch axit H 2SO4 (1%, 5%, 10%)
- Dung dịch axit H3PO4 (1%, 5%, 10%)
- Dung dịch bazơ KOH (1M, 1,5M, 2M)
- Dung dịch muối ZnCl2(1M, 1,5M, 2M)
- Dung dịch thuốc nhuộm: Thuốc nhuộm dạng
bột. Pha 0,1g thuốc nhuộm trong 1lít nước cất
- Dung dich tiêu chuẩn NH4Cl với nồng độ
500mg NH4 /l
- Dung dịch NaOH 6N
- Dung dịch kiềm khử
- Thuốc thử Nesle
+
2.3. Mẫu nước nghiên cứu
Mẫu nước pha amoni : dùng để xác định
Mẫu dung dịch thuốc nhuộm (dùng để kiểm chính xác nồng độ amoni đầu vào.
tra chất lượng than tạo thành): Sử dụng thuốc
Mẫu nước thực tế (Nước ngầm chứa amoni).
nhuộm dạng bột tiến hành pha theo một nồng độ Mẫu nước ngầm sau khi lấy được kiểm tra pH,
nhất định. Trên cơ sở đó kiểm tra khả năng hấp nồng độ amoni ban đầu và bảo quản ở nhiệt độ 4oC.
phụ độ màu của than hoạt tính chế tạo được để
đánh giá chất lượng than tạo thành.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Quy trình làm thực nghiệm
Biến tính vật liệu với hóa chất
(H3PO4, H2SO4, ZnCl2, KOH)
trong 24h
Than hóa nguyên liệu
(200-500oC, trong 30-
Rửa sạch loại bỏ muội
than – sấy khô ở 105oC
120 phút)
Biến tính lần 2 với hóa
chất tối ưu trong 4h
( tỷ lệ 1:3)
Giai đoạn hoạt hóa
( 350oC-600oC, trong 30-
90 phút)
Đánh giá chất lượng
than được tạo thành
2.4.2. Cách đánh giá chất lượng than hoạt
tính sau khi biến tính
- Các mẫu than được sấy khô ở 105oC trong
24h. Than sau khi sấy khô, được nghiền nhỏ và
rây về cùng một kích thước d≤ 1mm.
2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu than
- Các mẫu than được chế tạo từ thân cây sắn
và vỏ lạc được rửa bằng nước cất nhiều lần.
2.4.2.2.Kiểm tra khả năng xử lý độ màu
Vật liệu hấp phụ sử dụng để hấp phụ độ màu
Kiểm tra nước rửa đến khi môi trường đạt trung mẫu thuốc nhuộm tự pha là các mẫu than đã
tính thì dừng lại.
được nung trong các đợt thí nghiệm kiểm tra
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
130
ảnh hưởng của hóa chất, nồng độ, thời gian và thử và giá trị diện tích bề mặt riêng sẽ được xác
nhiệt độ đến quá trình than hóa và hoạt hóa. Kết định theo phương pháp BET – tại Viện Khoa
quả thu được sẽ được đánh giá và so sánh từ đó học Tiên tiến và Công nghệ - Đại học Bách
tìm ra được các điều kiện tối ưu về hóa chất, Khoa Hà Nội.
nồng độ, thời gian và nhiệt độ trong quá trình
2.4.2.4. Khảo sát khả năng xử lý amoni của
sản xuất than vỏ lạc và thân cây sắn có chất than hoạt tính
lượng tốt nhất. Sau đó mẫu than tối ưu sẽ được
Sau khi xác định được loại than tối ưu nhất
sử dụng để khảo sát một số các chỉ tiêu đặc sẽ được lựa chọn để xử lý amoni bằng với mẫu
trưng của than hoạt tính.
2.4.2.3. Xác định một số các chỉ tiêu đặc kích thước d<1mm để sử dụng với thiết bị
trưng của than hoạt tính Jartes. Thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý
nước thải tự pha. Than sẽ được nghiền nhỏ có
Một số các chỉ tiêu đặc trưng của than hoạt amoni và so sánh với mẫu than tre và than gáo
tính gồm có: Diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ dừa trên thị trường.
rỗng, khối lượng riêng, dung trọng, độ ẩm, độ
tro, chỉ số iot (Đại, 2012)…vv. Vì điều kiện
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá
không cho phép, nên các giá trị dung trọng, độ trình chế tạo than hoạt tính
ẩm, độ tro của than vỏ lạc và than thân cây sắn
3.1.1. Ảnh hưởng của hóa chất và nồng độ
sẽ được xác định tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật đến quá trình than hóa
Môi trường Đại học Thủy Lợi dựa theo tiêu
Mục đích của thí nghiệm nhằm xác định
chuẩn – TCVN 9069:2012- Vật liệu lọc dạng nồng độ hóa chất tối ưu đối với từng loại hoá
hạt dùng trong xử lý nước sạch – Phương pháp chất để biến tính vật liệu và than hoạt tính.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hóa chất
Nhiệt độ Thời gian
Nhiệt độ Thời gian
Hóa
chất
Nồng độ hóa
chất ngâm tẩm
Nồng độ hóa
chất ngâm tẩm
Hóa chất
(oC)
500
500
(phút)
(oC)
500
500
(phút)
KOH
1-2M
1-2M
120
H3PO4
H2SO4
5-10%
5-10%
120
ZnCl2
120
120
Giữ nguyên điều kiện than hoá 500oC trong độ và thời gian đến chất lượng than thu được.
khoảng thời gian 120 phút trên cơ sở điều Ngoài ra nồng độ hóa chất sử dụng biến tính
chỉnh nồng độ hoá chất ở các nòng độ khác góp phần quyết định đến giá thành của than
nhau KOH, ZnCl2 (1M; 1,5M, 2M) và H2SO4, hoạt tính.
H3PO4 (1%, 5%, 10%). Các mẫu than tương
ứng thu được sẽ đánh giá chất lượng từ đó rút
3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian than hóa
Mục đích thí nghiệm nhằm xác định thời gian
ra nồng độ tối ưu tương ứng với từng loại hoá than hoá tối ưu trong khoảng thời gian từ 30-
chất. Việc lựa chọn nồng độ hóa chất thích 120 phút. Thời gian than hoá quá dài, vật liệu
hợp là tiền đề để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt trở nên trơ hoá làm giảm khả năng hấp phụ.
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của thời gian than hóa
Nhiệt độ Thời gian
Nhiệt độ Thời gian
Hóa
chất
Nồng độ hóa
chất ngâm tẩm
Nồng độ hóa
chất ngâm tẩm
Hóa chất
(oC)
500
500
(phút)
30-90
30-90
(oC)
500
500
(phút)
30-90
30-90
KOH
Tối ưu
Tối ưu
H3PO4
H2SO4
Tối ưu
Tối ưu
ZnCl2
Trên cơ sở đã tìm được nồng độ hóa chất tối (30,60 và 90 phút) đến chất lượng than tạo
ưu của từng loại hóa chất tươg ứng. Tiến hành thành trong điều kiện giữ nguyên nhiệt độ than
khảo sát ảnh hưởng của thời gian tại các điểm hóa tại 500oC
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
131
3.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ than hóa
nguyên được khung cacbon, hình thành hệ mao
Nguyên lý cơ bản để sản xuất than hoạt tính từ quản với hệ thống các lỗ rỗng có diện tích bề mặt
các phế thải nông nghiệp là dùng phương pháp phát triển. Do đó cần phải tiến hành khảo sát ảnh
nhiệt phân, tức là nung trong điều kiện yếm khí hưởng của nhiệt độ đến chất lượng than được tạo
(A. Khalid, 2005). Nhiệt độ trong lò nung phải đủ thành dựa trên cơ sở đã lựa chọn được nồng độ
đảm bảo để loại bỏ các tạp chất mà vẫn giữ hóa chất tối ưu và thời gian than hóa tối ưu.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ than hóa
Nồng độ hóa
Hóa chất chất ngâm
tẩm
Nồng độ hóa
Nhiệt độ Hóa chất chất ngâm
tẩm
Thời gian
(Phút)
Thời gian
(Phút)
Nhiệt độ
KOH
Tối ưu
Tối ưu
Tối ưu
Tối ưu
200-450
200-450
H3PO4
H2SO4
Tối ưu
Tối ưu
Tối ưu
Tối ưu
200-450
200-450
ZnCl2
Sử dụng các kết quả về nồng độ hoá chất và
thời gian than hoá tối ưu trong các kết quả thí
3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa
Mục đích của quá trình hoạt hóa: Tăng diện
nghiệm trên để nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của than
độ tại các điểm 450oC, 400oC, 350oC, 300oC, hoạt tính (Hiển, 2012), (Marsh Harry, et.al,
250oC và 200oC.
2006). Vì vậy nghiên cứu và khảo sát sự ảnh
Sau khi khảo sát xong các yếu tố hóa học hưởng của các yếu tố nhiệt độ thời gian, hóa
(nồng độ hóa chất biến tính) và vật lý (thời gian, chất sử dụng là rất quan trọng. Trong đó nhiệt
nhiệt độ) đến quá trình than hóa. Các mẫu than độ là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cả
tạo thành sẽ được sử dụng để hấp phụ độ màu quá trình hoạt hóa than. Trên cơ sở lựa chọn
của mẫu thuốc nhuộm tự pha từ đó sẽ rút ra các nhân tố tối ưu của đợt 1, đợt 2 và đợt 3 để
được loại hóa chất, nồng độ hóa chất, thời gian tiến hành khảo sát các nhân tố ảnh hưởng đến
và nhiệt độ tối ưu nhất của quá trình than hóa quá trình hoạt hóa than từ đó tìm ra được sản
làm cơ sở để khảo sát các nhân tố ảnh hưởng phẩm tối ưu nhất cả về chất lượng và hiệu suất
đến quá trình hoạt hóa than.
thu hồi.
Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả khảo sát các nhân tố ảnh ảnh hưởng đến quá trình than hóa
Thời gian
Loại
than
Nồng độ hóa chất
biến tính tối ưu
Nhiệt độ
nung tối ưu
Hiệu suất thu Hiệu suất xử
nung tối ưu
hồi than
lý độ màu
(phút)
KOH 1,5M
ZnCl2 2M
H2SO4 5%
H3PO4 10%
KOH 1,5M
ZnCl2 2M
H2SO4 5%
H3PO4 10%
450oC
350 oC
350oC
400oC
450oC
350oC
350 oC
300
60
60
60
60
60
60
60
60
23,88%
47,61%
15,56%
17,80%
33,6%
20,02%
93,75%
59,03%
60,17%
18,46
Than
thân cây
sắn
Than vỏ
lạc
50%
88,65%
48,02%
51,17%
45,51%
61,51%
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
132
Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả chế tạo mẫu than tối ưu nhất
Hóa
Thời
gian
biến
tính
Nhiệt Thời Hiệu suất Hiệu suất
độ tối gian thu hồi xử lý độ
Quá
trình than
Loại
chất
biến
tính
Hình ảnh
ưu
tối ưu
than
màu
Than
thân
cây
ZnCl2
2M
60
24h
350oC
47,61%
93,75%
phút
sắn*
Than
hóa
ZnCl2
2M
60
Vỏ lạc*
24h
350oC
50%
88,65%
phút
Than
thân ZnCl2
60
4h
4h
500oC
450oC
53,25% 95,85%
cây
2M
phút
sắn**
Hoạt
hóa
Than ZnCl2
vỏ lạc** 2M
60
55%
89,44%
phút
Nguồn: Phân tích tại phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi trường – Đại học Thủy Lợi
3.2. Kết quả kiểm tra một số các thông số đặc trưng của than hoạt tính
Bảng 3.6. Kết quả các thông số đặc trưng của than hoạt tính
Than tre
(than đối
chứng)
Than gáo dừa
( Than đối
chứng)
Mẫu
Than thân
cây sắn
Than vỏ lạc
Thông số
Độ tro* (%)
Độ ẩm* (%)
Dung trọng riêng* (g/cm3)
Diện tích bề mặt riêng** (m2/g)
3,8
1,18
4,2
1,29
0,05
1236
6
9
1,34
0,01
750
1,54
0,03
0,01
1133,7454
1215,56
Nguồn: (*): Đo tại Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi trường – Đại học Thủy Lợi
(**): Đo tại Viện Khoa học tiên tiến và Công nghệ - Đại học Bách Khoa Hà Nội
Qua bảng kiểm tra một số các chỉ tiêu đặc cho thấy:
trưng của mẫu than hoạt tính (than vỏ lạc, than
- Độ ẩm của than vỏ lạc, than thân cây sắn
thân cây sắn) và so sánh với mẫu than đối chứng cao hơn so với mẫu than gáo dừa và than tre.
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
133
Nếu xét về tính chất cơ học thì đây là một điểm cho thấy mẫu than thân cây sắn luôn cho khả
yếu của than vỏ lạc và thân cây sắn so với mẫu năng hấp phụ độ màu tốt hơn so với than vỏ lạc.
than tre và than gáo dừa, vì độ ẩm càng tăng làm Kết quả xác định diện tích bề mặt riêng của than
xấu đi tính chất nhiệt kỹ thuật, làm giảm cường thân cây sắn cao hơn so với than vỏ lạc cùng
độ và độ bền của than. Tuy nhiên, nếu xét đến chế tạo và mẫu than tre trên thị trường. Ngoài
khả năng xử lý môi trường nước bằng phương ra, chất lượng của mẫu than thân cây sắn còn
pháp hấp phụ, đây lại là lợi thế của than vỏ lạc đánh giá bằng cách khảo sát khả năng hấp phụ
và mẫu than thân cây sắn, độ ẩm càng cao số amoni trong nước.
lượng lỗ mao quản trong than càng lớn, khả
năng hấp phụ càng tăng.
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni
trong nước của mẫu than thân cây sắn và so
- Giá trị dung trọng riêng giữa các mẫu than sánh với mẫu than trên thị trường
vỏ lạc, thân cây sắn và các mẫu than đối chứng
chênh lệch không đáng kể.
Than thân cây sắn
20
15
10
5
- Diện tích bề mặt riêng của than thân cây
sắn cao hơn hẳn so với mẫu vỏ lạc và mẫu than
tre (mẫu than đối chứng trên thị trường) điều
này chứng tỏ muối ZnCl2 có khả năng biến tính
tốt và cũng giống như các kết luận sơ bộ ban
đầu, than thân cây sắn luôn cho khả năng hấp
phụ tốt hơn than vỏ lạc.
Dựa vào kết quả sơ bộ đánh giá chất lượng
than vỏ lạc và than thân cây sắn thông qua việc
hấp phụ độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha
y = 0.1434x + 1.3076
R2 = 0.998
0
0
20
40
60
Ccb (mg/l)
80
100
120
Biểu đồ 3.1. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb
Than gáo dừa (than thị trường)
Than tre (than thị trường)
Biểu đồ 3.2: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb
Biểu đồ 3.3: Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb
Cả than thân cây sắn, than đối chứng (than của Ccb/q vào Ccb, tính được tải trọng hấp phụ
gáo dừa và than tre) đều được nghiên cứu cân cực đại qmax và hằng số Langmuir b cho 3 loại
bằng hấp phụ amoni theo mô hình đẳng nhiệt than kể trên.
hấp phụ Langmuir Từ kết quả khảo sát cho thấy:
Sự hấp phụ amoni của than thân cây sắn và than
đối chứng trên thị trường mô tả khá tốt theo
phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir. Từ
các đồ thị 3.1, 3.2 và 3.3 biểu diễn sự phụ thuộc
1
qmax
tg
(C Co ).V
q
M
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
134
1
Ccb: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời
điểm cân bằng (mg/l).
C0 : nồng độ ban đầu (mg/l);
V: thể tích dung dịch (l); M: khối lượng
than (g)
b
O N qm ax
Trong đó: : Góc hợp bởi đồ thị phụ thuộc
của Ccb/q vào Ccb
ON: Giá trị Ccb/q khi Ccb=0
Bảng 3.7. So sánh tải trọng hấp phụ cực đại của than chế tạo từ thân cây sắn
với các mẫu than đối chứng
Thông số
tg
qmax (mg/g)
b
Mẫu than
Than gáo dừa
0,1345
0,169
7,4349
5,9172
6,9735
0,1055
0,1152
0,1097
Than tre
Than thân cây sắn*
0,1434
Than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn có tải đem lại hiệu quả về kinh tế vì từ trước đến nay,
trọng hấp phụ cực đại không cao bằng than gáo thân cây sắn sau khi thu hoạch thường bị vứt bỏ,
dừa. Tuy nhiên, tải trọng hấp phụ cực đại của rất ít khi được dùng làm củi đun.
than thân cây sắn cao hơn than tre. Tải trọng hấp
3.4. Ứng dụng xử lý mẫu nước ngầm thực
phụ cực đại của than gáo dừa là 7,4349mg/g, tế chứa amoni
than tre là 5,9172 mg/g trong khi đó tải trọng hấp
Mẫu 1: Lấy tại nhà máy nước khu công
phụ cực đại của than thân cây sắn là 6,9735mg/g. nghiệp Sài Đồng B – Long Biên – Hà Nội. (Lấy
Sự chênh lệch giữa tải trọng hấp phụ cực đại của tại giếng nước ngầm chưa qua hệ thống xử lý,
than gáo dừa với mẫu than thân cây sắn không độ đâu giếng H=35m)
lớn. Do đó hoàn toàn có thể thay thế than gáo
Mẫu 2: Lấy tại giếng nước khoan nhà ông
dừa và than tre bằng mẫu than thân cây sắn trong Dương Văn Trường, Xóm 1 – Nguyễn Úy –
xử lý nước. Chính vì vậy sử dụng than thân cây Kim Bảng – Hà Nam.(Độ sâu của giếng nước
sắn không chỉ đem lại hiệu quả xử lý tốt mà còn khoan H = 8m).
Bảng 3.8. Kết quả phân tích mẫu nước ngầm chứa amoni trước và sau khi hấp phụ
bằng than thân cây sắn
Thể tích
mẫu
(ml)
Khối
lượng
than
(g)
Hiệu
suất hấp
phụ
Nồng độ
amoni trước
hấp phụ Co
(mg/l)
Thời
gian hấp
phụ
Nồng độ
amoni sau
hấp phụ
Tốc độ
khuấy
(vòng/phút)
Mẫu
(phút)
Ccb (mg/l)
(%)
1
2
200
200
12,32
20,15
0,5
0,5
50
50
120
120
6,4
48,05
45,36
11,01
Bảng 3.9. Giá thành một số mẫu than trên
thị trường
Hiệu suất hấp phụ amoni trong mẫu nước
thực tế không chênh lệch quá lớn so với mẫu
dung dịch gốc tự pha trong phòng thí nghiệm.
Qua đó có thể đảm bảo khả năng ứng dụng thực
tế của mẫu than thân cây sắn vào xử lý nước.
3.5. Ước tính kinh tế
Khối
Tên sản phẩm
Giá bán lẻ
95.000 đồng
85.000 đồng
lượng
Than tre dạng
mảnh
1kg
Than gáo dừa
dạng mảnh
- Theo tìm hiểu, giá thành than hoạt tính trên
thị trường như sau
1 kg
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
135
- Đơn giá cho 1kg than hoạt tính chế tạo từ đánh giá sơ bộ chất lượng của các mẫu than chế
mẫu than thân cây sắn được biến tính bằng tạo từ vỏ lạc và thân cây sắn thông qua việc
ZnCl2 2M.
Bảng 3.10. Giá thành mẫu than chế tạo
khảo sát khả năng hấp phụ độ màu của mẫu
thuốc nhuộm tự pha cho thấy: Trong mọi điều
kiện chế tạo mẫu than từ thân vỏ lạc luôn cho
hiệu suất xử lý độ màu thấp hơn so với mẫu
than thân cây sắn. Kết quả xác định một số các
thông số đặc trưng của than hoạt tính trong đó
quan trọng là giá trị diện tích bề mặt riêng của
mẫu than vỏ lạc (BET= 750 m2/g) thấp hơn hẳn
so với mẫu than thân cây sắn (BET = 1212,56m2/g)
và thấp hơn hẳn so với hai mẫu than đối chứng
trên thị trường (than tre và than gáo dừa). Vì
vậy tác giả đã lựa chọn mẫu than thân cây sắn
để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước
và so sánh với mẫu than trên thị trường.
Những kết quả nghiên cứu trên cho thấy tiềm
năng ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ thân
cây sắn làm vật liệu lọc trong xử lý nước ngầm
nhiễm amoni. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên
cứu ảnh hưởng của thời gian, tỷ lệ hóa chất biến
tính khác nhau đến chất lượng than tạo thành.
Ngoài ra, cần nghiên cứu xử lý amoni trong một
số loại hình nước thải như nước thải sinh hoạt,
bệnh viện, nước thải ngành chế biến thực
phẩm... Bên cạnh đó việc đánh giá khả năng ứng
dụng vào thực tế dựa thông qua mô hình pilot
cần phải tiến hành.
Tên vật Đơn vị
Số
lượng
Thành
tiền
Đơn giá
liệu
tính
Hóa chất
biến tính
đ/kg 170.000 0,5 kg 85.000
4,4 7.000
Giá điện đ/KWh 1.518
- Chi phí sản xuất 1kg than là 92.000 VND.
So với giá thành của than tre dạng mảnh, than
thân cây sắn đã hoạt hóa có giá thấp hơn. Tuy
nhiên với mẫu than gáo dừa, chi phí sản xuất
than thân cây sắn cao hơn.
4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn không
chỉ đem lại hiệu quả xử lý tốt mà nó còn thân
thiện với môi trường và có thể thay thế một số
vật liệu lọc trên thị trường. Than thân cây sắn có
diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g, có
hiệu suất xử lý độ màu thuốc nhuộm đạt 96%.
Bên cạnh đó than thân cây sắn có tải trọng hấp
phụ cực đại amoni đạt 6,9735 mg/g cao hơn so
với mẫu than tre trên thị trường (tải trọng hấp
phụ cực đại của than tre 5,9172 mg/g). Kết quả
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trịnh Xuân Đại (2012), “Nghiên cứu biến tính than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ xử lý amoni và
kim loại nặng trong nước”, Luận văn thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội.
Nguyễn Kim Hiển (2012), “Nghiên cứu than tre ứng dụng xử lý một số kim loại nặng trong nước
thải mạ”, Hà Nội.
A. Khalid (2005), “Production of activated carbon from some agricultural wastes by chemical
tretment’’, Chem.Dept, College of Education, Mosul University, p. 138-142.
Marsh Harry, Rodrigguez – Reinoso Francisco (2006), “Activated Carbon”, Elsevier Pubblisher,
Spain.
Abstract:
DENATURING THE ACTIVATED CHARCOAL THAT ARE PRODUCED FROM THE
AGRICULTURAL WASTE TO BE AS AN ABSORBENT MATERIAL
IN TREATING AMMONIUM IN WATER
Producing the activated charcoal (AC) from the agricultural waste (groundnut shell, stem of
cassava tree) does not only bring the economic efficiency but also contribute solving the
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
136
environmental problems due to the agricultural waste. This paper presents the findings on the
production of activated charcoal from the groundnut shell and the stem of cassave tree with the
found optimal conditions such as: Denatured chemical ZnCl2 2M, charring at temperature of 350oC
within 60 minutes, then activation of the groundnut shell char at 450oC, of the cassava tree stem at
500oC within the same time of 60 minutes. The optained activated charcoals are able to remove the
colour of the synthetic dye sample with the treatment efficiency from 89-96%. After being
activated, the specific surface area of produced AC is bigger, up to 750m2/g for the groundnut shell
charcoal and 1215,56 m2/g for the cassava tree stem one. Besides, the cassava tree stem charcoal is
qualified by examining the ability in absorbing ammonium in water. The results showed that the
maximum ammonium absorption capaccity of the cassava tree stem charcoal reaches to the value of
6,9735mg/g which is higher than that of bamboo AC (having maximum ammonium absorption
capaccity of 5,9172mg/g) and little smaller than that of the cocunut AC (7,4394 mg/g) that are used
in the market.
Keyword: Activated charcoal; charring process; activation process; specific surface area.
BBT nhận bài: 25/2/2016
Phản biện xong: 30/3/2016
KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
137
9 trang
27900
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu biến tính than hoạt tính chế tạo từ các phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ xử lý Amoni trong nước", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_bien_tinh_than_hoat_tinh_che_tao_tu_cac_phe_pham.pdf
