Luận Văn Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ t

Khóa luận tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải 

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN . 3
1.1. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ [1,2] 3
1.1.1. Các khái niệm [8] 3
1.1.2. Hấp phụ trong môi trường nước 5
1.1.3. Động học của quá trình hấp phụ . 6
1.1.4. Các mô hình hấp phụ cơ bản . 6
1.1.4.1. Các mô hình động học 6
1.1.4.2. Các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt 7
1.1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ [9] . 10
1.1.6. Ứng dụng của phương pháp hấp phụ trong việc xử lý nước thải . 11
1.2. Mangan và ảnh hưởng của nó tới sức khỏe con người 12
1.2.1. Vai trò của Mangan . 12
1.2.2. Tính chất vật lý 12
1.2.3. Tính chất hóa học 12
1.2.4. Độc tính . 13
1.2.5. Một số phương pháp định lượng kim loại . 13
1.2.5.1. Phương pháp thể tích 13
1.2.5.2. Phương pháp trắc quang [14 ] 13
1.2.5.3. Các phương pháp phân tích định lượng bằng trắc quang 15
1.2.5.4. Định lượng Mn
2+
bằng phương pháp trắc quang . 16
1.3. Tổng quan về than hoạt tính . 16
1.3.1. Thành phần hóa học của than [6] 16
1.3.2. Phương pháp chế tạo than hoạt tính 17
1.3.3. Ứng dụng than hoạt tính [13] 18
1.4. Giới thiệu về nguyên liệu vỏ trấu [12] . 19
1.5. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN24:2009) 20
1.5.1. Phạm vi áp dụng 20
1.5.2. Giá trị giới hạn . 20
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 23
2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của khóa luận . 23
2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu 23
2.1.2. Nội dung nghiên cứu . 23
2.2. Dụng cụ và hóa chất . 23
2.2.1. Thiết bị 23
2.2.2. Hóa chất . 24
2.3. Chuẩn bị vật liệu hấp phụ . 24
2.4. Phương pháp phân tích xác định mangan 26
2.4.1. Nguyên tắc xác định Mn
2+
26
2.4.2. Dựng đường chuẩn xác định Mn
2+
26
2.5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ 28
2.5.1. Ảnh hưởng của pH 28
2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian . 29
2.5.3. Ảnh hưởng của khối lượng 29
2.5.4. Xác định tải trọng hấp phụ 29
2.6. Khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh vật liệu hấp phụ 29
2.6.1. Khảo sát khả năng giải hấp của vật liệu hấp phụ 29
2.6.2. Khảo sát khả năng tái sinh của vật liệu hấp phụ . 30
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31
3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ mangan của vật liệu. 31
3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ mangan của
vật liệu. 32
3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ than hoạt tính
đến khả năng hấp phụ mangan. . 34
3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ Mn
2+
đến khả năng hấp phụ của
VLHP . 35
3.5. Kết quả khảo sát khả năng giải hấp và tái sinh VLHP với mangan . 38
KẾT LUẬN . 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 41


MỞ ĐẦU
Môi trường là một nhân tố có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại và phát
triển của mỗi con người, mỗi quốc gia trên thế giới. Chính vì vậy bảo vệ môi
trường và đảm bảo phát triển bền vững là vấn đề có tính sống còn của mỗi quốc
gia trên toàn cầu.
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp
nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc
thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều
nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn
hoặc do chí phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công
nghiệp của nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Mặt
khác nước ta là một nước đông dân, có mật độ dân cư cao, nhưng trình độ nhận
thức của con người về môi trường còn chưa cao. Điều đó dẫn tới sự ô nhiễm
trầm trọng của môi trường sống, ảnh hưởng đến sự phát triển toàn diện của đất
nước, sức khoẻ, đời sống của nhân dân cũng như mỹ quan của khu vực.
Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường nước nói riêng ngày
càng trở thành vấn đề đáng lo ngại. Môi trường nước bị ô nhiễm do nhiều
nguyên nhân khác nhau trong đó ô nhiễm do các kim loại nặng là nguyên nhân
gây ra đáng kể. Độc tính của các kim loại nặng gây hậu quả xấu đến sức khoẻ
con người và môi trường sinh thái. Trừ một số kim loại nặng ở dạng vi lượng
cần thiết cho sự sống, còn phần lớn khi ở hàm lượng cao thì chúng là tác nhân
gây độc. Những kim loại này thông qua chuỗi thức ăn đi vào cơ thể con người,
tích luỹ trong các cơ quan của cơ thể và khi quá giới hạn cho phép chúng gây
hại cho cơ thể.
Các kim loại nặng thường được phát sinh nhiều tại các cơ sở mạ điện, gia
công kim loại, sản xuất pin - acqui, khai thác mỏ, sơn .Đặc biệt, tại những cơ sở
chưa đầu tư hệ thống xử lý thì các kim loại nặng được xả thải trực tiếp vào
nguồn nước.
Biện pháp tối ưu để xử lý các kim loại nặng là phương pháp hoá học: đưa
các kim loại nặng về dạng kết tủa hoặc oxy hoá thành dạng không độc, tuy nhiên
với một số kim loại nặng mà giới hạn cho phép ở nồng độ rất thấp thì phương
pháp trên tỏ ra không hiệu quả và phương pháp hấp phụ và trao đổi ion tỏ ra có
ưu việt hơn. Từ đó, các vật liệu hấp phụ trao đổi ion được được đầu tư nghiên
cứu rất nhiều, nổi bật là: than hoạt tính, nhựa trao đổi ion và zeolit .Ưu điểm các
vật liệu này là khả năng hấp phụ lớn nhưng chúng vẫn không thể sử dụng rộng
rãi cho mọi đối tượng nước thải vì giá thành cao.
Vì vậy, để tìm ra một loại vật liệu vừa có khả năng hấp phụ vừa sẵn có để
sử dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng nước thải là việc làm cần thiết. Với mục
đích góp phần vào việc bảo vệ môi trường trong việc xử lý một số kim loại bằng
phương pháp hấp phụ, bản khoá luận này chúng tôi tập trung nghiên cứu đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ trấu bằng phương pháp oxy hóa và
ứng dụng làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải”.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ [1,2]
1.1.1. Các khái niệm [8]
 Sự hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí –
rắn, lỏng – rắn, khí – lỏng, lỏng – lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần tử
của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn thì
khả năng hấp phụ càng mạnh.
Bề mặt riêng là diện tích bề mặt đơn phân tử tính đối với 1g chất hấp phụ.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích đến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.
Quá trình hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phần tử chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt hấp
phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý được gây ra bởi lực Vanderwaals (bao gồm ba loại lực:
cảm ứng, định hướng, khuếch tán), lực liên kết hidro đây là những lực yếu,
nên liên kết hình thành không bền, dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ vật lý có tính
thuận nghịch cao.
Cấu trúc điện tử của các phần tử các chất tham gia quá trình hấp phụ vật lý ít
bị thay đổi. Hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra
nhanh.
Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học, trong đó có những lực
liên kết mạnh như lực liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối
trí gắn kết những phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ
thành những hợp chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm
kJ/mol), do đó liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học
thường không thuận nghịch và không thể vượt quá một đơn lớp phân tử.
Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc điện tử của các phần tử của các chất tham
gia quá trình hấp phụ có sự biến đổi sâu sắc dẫn đến sự hình thành liên kết hóa
học. Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm.
Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương
đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại đồng thời cả
hai hình thức hấp phụ. Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi
tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên.
 Giải hấp phụ
Giải hấp phụ là sự ra đi của chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ. Quá
trình này dựa trên nguyên tắc sử dụng các yếu tố bất lợi đối với quá trình hấp
phụ. Đây là phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ nên nó mang đặc trưng về
hiệu quả kinh tế.
Một số phương pháp tái sinh vật liệu hấp phụ:
Phương pháp hóa lý: có thể thực hiện tại chỗ, ngay trên cột hấp phụ nên
tiết kiệm được thời gian, công tháo dỡ, vận chuyển, không làm vỡ vụn chất hấp
phụ và có thể thu hồi chất hấp phụ ở trạng thái nguyên vẹn.
Phương pháp hóa lý có thể thực hiện theo cách chiết với dung môi, sử
dụng phản ứng oxi hóa – khử, áp đặt các điều kiện làm dịch chuyển cân bằng
không có lợi cho quá trình hấp phụ.
Phương pháp nhiệt: sử dụng cho các trường hợp chất bị hấp phụ bay hơi
hoặc sản phẩm phân hủy nhiệt của chúng có khả năng bay hơi.
Phương pháp vi sinh: là phương pháp tái tạo khả năng hấp phụ của vật
liệu hấp phụ nhờ sinh vật.
 Cân bằng hấp phụ
Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch. Khi tốc độ hấp phụ (quá trình
thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt
trạng thái cân bằng.
Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và
áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích.
q = f (T, P hoặc C)


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Đình Bảng, (2004), “Giáo trình các phương pháp xử lý nước và
nước thải”, Đại học KHTN Hà Nội.
2. Lê Văn Cát, (2002), “Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước
và nước thải”, NXB Thống kê, Hà Nội.
3. Đặng Kim Chi, (2006), “Hóa học môi trường”, NXB KH& KT Hà Nội.
4. Trần Tứ Hiếu, (2000), “Giáo trình hóa phân tích”, Khoa hóa học,
ĐHQG Hà Nội
5. Trần Tứ Hiếu, Phạm Hùng Việt, Nguyễn Văn Nội, (1999), “Giáo trình hóa
môi trường cơ sở, Khoa hóa học, ĐHKHTN – ĐHQG Hà Nội
6. Như Lê Hùng, (2009), “Cẩm nang công nghệ và thiết bị mỏ hầm lò”, q2,
NXB KH & KT Hà Nội
7. Phạm Luận, Nguyễn Xuân Dũng, (1987), “ Sổ tay tra cứu pha chế dung
dịch”, NXB KH & KT Hà Nội.
8. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế, (1997) “Giáo
trình hóa lý”, t2, NXB Giáo Dục.
9. Nguyễn Xuân Nguyên, (2003), “Nước thải và công nghệ xử lý nước
thải”, NXB KH & KT Hà Nội
10. Nguyễn Đức Vận, (2000), “Hóa học vô cơ”, NXB Khoa học và kĩ thuật,
Hà Nội.
11. http://www.haisontq.com/tin-tuc-su-kien/tin-tuc/190-tinh-trang-o-nhiemmoi-truong-nuoc-tai-viet-nam.html
12. http://vaas.vn/kienthuc/caylua/12/38_trau.htm
13. http://thanhoattinhtad.com/Newscat/Than-hoat-tinh/Than-hoat-tinh-lagi-thanh-phan-va-cong-dung-cua-than-hoat-tinh/43/175.html
14. http://www.***********