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

Nội dung text: 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

1. 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 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP thiện với môi trường trong lĩnh vực xử lý nước NGHIÊN CỨU 2.1. Chuẩn bị nguyên liệu: Vỏ lạc, thân 1 cây sắn Khoa Môi trường, Trường Đại học Thủy lợi. KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 129
2. 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 Hóa chất xác định amoni trong nước năng xử lý độ màu của than hoạt tính - Dung dịch axit H 2SO4 (1%, 5%, 10%) - Dung dich tiêu chuẩn NH4Cl với nồng độ + - Dung dịch axit H3PO4 (1%, 5%, 10%) 500mg NH4 /l - Dung dịch bazơ KOH (1M, 1,5M, 2M) - Dung dịch NaOH 6N - Dung dịch muối ZnCl2(1M, 1,5M, 2M) - Dung dịch kiềm khử - Dung dịch thuốc nhuộm: Thuốc nhuộm dạng - Thuốc thử Nesle bột. Pha 0,1g thuốc nhuộm trong 1lít nước cất 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 2.4. Phương pháp nghiên cứu đánh giá chất lượng than tạo thành. 2.4.1. Quy trình làm thực nghiệm Biến tính vật liệu với hóa chất Than hóa nguyên liệu Rửa sạch loại bỏ muội o o (H3PO4, H2SO4, ZnCl2, KOH) (200-500 C, trong 30- than – sấy khô ở 105 C trong 24h 120 phút) Biến tính lần 2 với hóa Giai đoạn hoạt hóa Đánh giá chất lượng chất tối ưu trong 4h ( 350oC-600oC, trong 30- than được tạo thành ( tỷ lệ 1:3) 90 phút) 2.4.2. Cách đánh giá chất lượng than hoạt - Các mẫu than được sấy khô ở 105oC trong tính sau khi biến tính 24h. Than sau khi sấy khô, được nghiền nhỏ và 2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu than rây về cùng một kích thước d≤ 1mm. - Các mẫu than được chế tạo từ thân cây sắn 2.4.2.2.Kiểm tra khả năng xử lý độ màu và vỏ lạc được rửa bằng nước cất nhiều lần. 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 130 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
3. 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. nước thải tự pha. Than sẽ được nghiền nhỏ có 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 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 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN tro, chỉ số iot (Đại, 2012) vv. Vì điều kiện 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 Hóa Nồng độ hóa Nhiệt độ Thời gian Nồng độ hóa Nhiệt độ Thời gian Hóa chất chất chất ngâm tẩm (oC) (phút) chất ngâm tẩm (oC) (phút) KOH 1-2M 500 120 H3PO4 5-10% 500 120 ZnCl2 1-2M 500 120 H2SO4 5-10% 500 120 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 3.1.2. Ảnh hưởng của thời gian than hóa ứng thu được sẽ đánh giá chất lượng từ đó rút 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 Hóa Nồng độ hóa Nhiệt độ Thời gian Nồng độ hóa Nhiệt độ Thời gian Hóa chất chất chất ngâm tẩm (oC) (phút) chất ngâm tẩm (oC) (phút) KOH Tối ưu 500 30-90 H3PO4 Tối ưu 500 30-90 ZnCl2 Tối ưu 500 30-90 H2SO4 Tối ưu 500 30-90 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
4. 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 Thời gian Nồng độ hóa Thời gian Hóa chất chất ngâm Nhiệt độ Hóa chất chất ngâm Nhiệt độ tẩm (Phút) tẩm (Phút) KOH Tối ưu Tối ưu 200-450 H3PO4 Tối ưu Tối ưu 200-450 ZnCl2 Tối ưu Tối ưu 200-450 H2SO4 Tối ưu Tối ưu 200-450 Sử dụng các kết quả về nồng độ hoá chất và 3.1.4. Ảnh hưởng của quá trình hoạt hóa thời gian than hoá tối ưu trong các kết quả thí 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 Nồng độ hóa chất Nhiệt độ nung tối ưu Hiệu suất thu Hiệu suất xử than biến tính tối ưu nung tối ưu hồi than lý độ màu (phút) KOH 1,5M 450oC 60 23,88% 20,02% Than o ZnCl2 2M 350 C 60 47,61% 93,75% thân cây o sắn H2SO4 5% 350 C 60 15,56% 59,03% o H3PO4 10% 400 C 60 17,80% 60,17% o Than vỏ KOH 1,5M 450 C 60 33,6% 18,46 o lạc ZnCl2 2M 350 C 60 50% 88,65% o H2SO4 5% 350 C 60 45,51% 48,02% H3PO4 10% 300 60 61,51% 51,17% 132 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
5. Bảng 3.5. Tổng hợp kết quả chế tạo mẫu than tối ưu nhất Hóa Thời Nhiệt Thời Hiệu suất Hiệu suất Quá Loại chất gian độ tối gian thu hồi xử lý độ Hình ảnh trình than biến biến ưu tối ưu than màu tính tính Than thân ZnCl2 60 24h 350oC 47,61% 93,75% cây 2M phút sắn* Than hóa ZnCl2 60 Vỏ lạc* 24h 350oC 50% 88,65% 2M phút Than thân ZnCl2 60 4h 500oC 53,25% 95,85% cây 2M phút sắn Hoạt hóa Than ZnCl2 60 4h 450oC 55% 89,44% vỏ lạc 2M 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 gáo dừa Mẫu Than thân (than đối ( Than đối Than vỏ lạc Thông số cây sắn chứng) chứng) Độ tro* (%) 3,8 4,2 6 9 Độ ẩm* (%) 1,18 1,29 1,34 1,54 Dung trọng riêng* (g/cm3) 0,03 0,05 0,01 0,01 Diện tích bề mặt riêng (m2/g) 1133,7454 1236 750 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
6. 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 3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ amoni năng hấp phụ càng tăng. 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  Than thân cây sắn chênh lệch không đáng kể. 20 - Diện tích bề mặt riêng của than thân cây y = 0.1434x + 1.3076 2 sắn cao hơn hẳn so với mẫu vỏ lạc và mẫu than 15 R = 0.998 tre (mẫu than đối chứng trên thị trường) điều 10 này chứng tỏ muối ZnCl2 có khả năng biến tính tốt và cũng giống như các kết luận sơ bộ ban (g/l) Ccb/q 5 đầu, than thân cây sắn luôn cho khả năng hấp phụ tốt hơn than vỏ lạc. 0 0 20 40 60 80 100 120 Dựa vào kết quả sơ bộ đánh giá chất lượng Ccb (mg/l) than vỏ lạc và than thân cây sắn thông qua việc hấp phụ độ màu của mẫu thuốc nhuộm tự pha 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: 1 q Sự hấp phụ amoni của than thân cây sắn và than max tg đối chứng trên thị trường mô tả khá tốt theo (CC ).V phương trình đường đẳng nhiệt Langmuir. Từ q o M các đồ thị 3.1, 3.2 và 3.3 biểu diễn sự phụ thuộc 134 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
7. 1 C : Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời b cb điểm cân bằng (mg/l). O N q m ax Trong đó:  : Góc hợp bởi đồ thị phụ thuộc C0 : nồng độ ban đầu (mg/l); V: thể tích dung dịch (l); M: khối lượng của Ccb/q vào Ccb than (g) 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 q (mg/g) b Mẫu than max Than gáo dừa 0,1345 7,4349 0,1055 Than tre 0,169 5,9172 0,1152 Than thân cây sắn* 0,1434 6,9735 0,1097 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 Nồng độ Khối Thời Nồng độ Hiệu Tốc độ mẫu amoni trước lượng gian hấp amoni sau suất hấp Mẫu khuấy (ml) hấp phụ C than phụ hấp phụ phụ o (vòng/phút) (mg/l) (g) (phút) Ccb (mg/l) (%) 1 200 12,32 0,5 50 120 6,4 48,05 2 200 20,15 0,5 50 120 11,01 45,36 Hiệu suất hấp phụ amoni trong mẫu nước Bảng 3.9. Giá thành một số mẫu than trên thực tế không chênh lệch quá lớn so với mẫu thị trường dung dịch gốc tự pha trong phòng thí nghiệm. Khối Tên sản phẩm Giá bán lẻ Qua đó có thể đảm bảo khả năng ứng dụng thực lượng tế của mẫu than thân cây sắn vào xử lý nước. Than tre dạng 1kg 95.000 đồng 3.5. Ước tính kinh tế mảnh - Theo tìm hiểu, giá thành than hoạt tính trên Than gáo dừa 1 kg 85.000 đồng thị trường như sau dạng mảnh KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016) 135
8. - 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. khảo sát khả năng hấp phụ độ màu của mẫu Bảng 3.10. Giá thành mẫu than chế tạo thuốc nhuộm tự pha cho thấy: Trong mọi điều kiện chế tạo mẫu than từ thân vỏ lạc luôn cho Tên vật Đơn vị Số Thành hiệu suất xử lý độ màu thấp hơn so với mẫu Đơn giá liệu tính lượng tiền than thân cây sắn. Kết quả xác định một số các thông số đặc trưng của than hoạt tính trong đó Hóa chất đ/kg 170.000 0,5 kg 85.000 quan trọng là giá trị diện tích bề mặt riêng của biến tính 2 mẫu than vỏ lạc (BET= 750 m /g) thấp hơn hẳn Giá điện đ/KWh 1.518 4,4 7.000 so với mẫu than thân cây sắn (BET = 1212,56m2/g) và thấp hơn hẳn so với hai mẫu than đối chứng - Chi phí sản xuất 1kg than là 92.000 VND. trên thị trường (than tre và than gáo dừa). Vì So với giá thành của than tre dạng mảnh, than vậy tác giả đã lựa chọn mẫu than thân cây sắn thân cây sắn đã hoạt hóa có giá thấp hơn. Tuy để khảo sát khả năng hấp phụ amoni trong nước nhiên với mẫu than gáo dừa, chi phí sản xuất và so sánh với mẫu than trên thị trường. than thân cây sắn cao hơn. Những kết quả nghiên cứu trên cho thấy tiềm 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ năng ứng dụng than hoạt tính chế tạo từ thân Than hoạt tính chế tạo từ thân cây sắn không cây sắn làm vật liệu lọc trong xử lý nước ngầm chỉ đem lại hiệu quả xử lý tốt mà nó còn thân nhiễm amoni. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên thiện với môi trường và có thể thay thế một số cứu ảnh hưởng của thời gian, tỷ lệ hóa chất biến vật liệu lọc trên thị trường. Than thân cây sắn có tính khác nhau đến chất lượng than tạo thành. diện tích bề mặt riêng lên tới 1215,56 m2/g, có Ngoài ra, cần nghiên cứu xử lý amoni trong một hiệu suất xử lý độ màu thuốc nhuộm đạt 96%. số loại hình nước thải như nước thải sinh hoạt, Bên cạnh đó than thân cây sắn có tải trọng hấp bệnh viện, nước thải ngành chế biến thực phụ cực đại amoni đạt 6,9735 mg/g cao hơn so phẩm Bên cạnh đó việc đánh giá khả năng ứng với mẫu than tre trên thị trường (tải trọng hấp dụng vào thực tế dựa thông qua mô hình pilot phụ cực đại của than tre 5,9172 mg/g). Kết quả cần phải tiến hành. 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 136 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ 52 (3/2016)
9. 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 o found optimal conditions such as: Denatured chemical ZnCl2 2M, charring at temperature of 350 C 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