BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -c&d - NGUYỄN VĂN THỤ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ HẠT CÀ PHÊ ĐỂ HẤP PHỤ HIỆU QUẢ MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ TRONG DUNG DỊCH NƯỚC Chuyên ngành: Hóa lí thuyết Hóa lí Mã số: 60.44.01.19 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ VĂN KHU Hà Nội- 2015 LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành - Bộ môn Hóa lí thuyết hóa lí- Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Với lòng biết ơn sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Lê Văn Khu tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện tốt để hoàn thành đề tài Tôi vô biết ơn thầy cô giáo tổ môn Hóa lí thuyết hóa lí – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội quan tâm tạo điều kiện cho suốt trình học tập nghiên cứu trường Cuối xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp, bạn bè động viên, giúp đỡ suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 10 năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Thụ i MỤC LỤC Trang Trang xiv MỞ ĐẦU Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu .3 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp tiến hành nghiên cứu 1.1 tổng quan than hoạt tính .5 1.1.1 Thực trạng việc sử dụng chế tạo than hoạt tính Việt Nam 1.1.2 Phương pháp chế tạo than hoạt tính 1.1.2.1 Than hóa 1.1.2.2 Hoạt hóa 1.1.3 Cấu trúc than hoạt tính 1.1.3.1 Cấu trúc xốp than hoạt tính [32], [35] 1.1.3.2 Các nhóm chức bề mặt than hoạt tính 10 Hình 1.1 Các nhóm chức thường gặp bề mặt than hoạt tính [23] 11 Hình 1.2 Ảnh hưởng nhóm chức đến điện tích bề mặt than hoạt tính [31] 12 Hình 1.3 Sự phân hủy nhóm chức bề mặt than hoạt tính xác định phương pháp giải hấp phụ theo chương trình nhiệt độ [18] .13 1.1.4 Một số ứng dụng than hoạt tính 13 1.2 tổng quan thuốc nhuộm [9], [10] .14 1.2.1 Sự phân loại thuốc nhuộm 15 Hình 1.4 Cấu trúc phân tử thuốc nhuộm DR-23 (C35H25N7Na2O10S2) [3] 16 1.2.5 Các phương pháp xử lý màu nước thải dệt nhuộm .18 1.2.5.1 phương pháp hóa lý [ 4], [34] .18 1.2.5.2 Các phương pháp hóa học [4], [34] .20 1.2.5.3 Phương pháp xử lý sinh học 20 1.3.1 Hiện tượng hấp phụ .21 1.3.1.2 Hấp phụ hóa học 22 i 1.3.3.3 Hấp phụ môi trường nước 22 1.3.2 Cân hấp phụ 23 1.3.2.1 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 23 1.3.2.2 Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt BET (Brunauer-Emmet-Teller) [14] 25 1.3.2.3 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich .26 1.3.2.4 Phương trình Toth 26 1.3.2.5 Phương trình Redlich-Peterson .26 1.3.3 Tính chất hấp phụ than [8] 26 2.1 quy trình thực nghiệm 28 2.1.1 Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ 28 2.1.1.1 Hóa chất 28 2.1.2 Chế tạo than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê 28 2.1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 28 2.1.2.2 Than hóa hoạt hóa 29 2.1.3 Chuẩn bị dung dịch thuốc nhuộm 29 2.1.4 Xác định khả hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 dung dịch nước than hoạt tính 29 2.2 phương pháp phân tích sử dụng 30 2.2.1 Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (phương pháp BET) [14] 30 2.2.1.1 Nguyên lý 30 Hình 2.1 Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K theo phân loại IUPAC 31 2.2.1.2 Thiết bị, điều kiện đo 31 Hình 2.2 Đồ thị phụ thuộc theo 33 2.2.2 Chuẩn độ Boehm 34 2.2.3 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 35 2.2.3.1 Nguyên tắc 35 2.2.3.2 Thiết bị đo điều kiện đo 36 2.2.4 Phương pháp TGA .36 2.2.4.1 Nguyên lý 36 2.2.4.2 Thiết bị đo điều kiện đo 37 ii 2.2.5 Phương pháp EDX .37 2.2.5.1 Nguyên lý 37 2.2.5.2 Thiết bị đo điều kiện đo 37 2.2.6 Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM: Scanning Electron Microscopy) .38 2.2.6.1 Nguyên tắc 38 2.2.6.2 Thiết bị đo điều kiện đo 39 2.2.7 Khảo sát pH điện tích không (pH point of zero charge) loại than [29] 39 2.2.8 Phương pháp nhiễu xạ tia X ( X-Ray Diffraction-XRD) .40 Hình 2.3 Sự tán xạ tia X từ mặt phẳng tinh thể .40 2.2.9 phương pháp đo phổ UV-Vis 41 2.2.9.1 Nguyên tắc .41 2.2.9.2 nguyên lý 41 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Qui trình chế tạo than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê .42 3.1.1 khảo sát sơ 42 3.1.1.1 Khảo sát phương pháp phân tích nhiệt 42 Hình 3.1 Giản đồ TGA-DTA vỏ hạt cà phê Ar 43 Hình 3.2 Giản đồ TGA-DTA mẫu than tẩm ZnCl2 Ar 44 3.1.1.2 Khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray) 45 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X vỏ hạt cà phê mẫu than 45 3.1.2 nghiên cứu chi tiết 46 3.1.2.1 Ảnh hưởng thời gian ngâm 46 Bảng 3.1 Điều kiện chế tạo kí hiệu mẫu than hoạt tính theo thời gian ngâm 47 3.1.2.1.1 Kết phân tích phương pháp SEM 47 Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu than chế tạo với thời gian ngâm khác 47 3.1.2.1.2 Kết phân tích phương pháp BET 48 iii Bảng 3.2 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản mẫu than chế tạo với thời gian ngâm than với ZnCl2 khác 48 Hình 3.5 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu than chế tạo điều kiện khác thời gian ngâm than với ZnCl2 49 Hình 3.6 Sự phân bố độ rộng mao quản tính theo phương pháp BJH mẫu than chế tạo điều kiện khác thời gian ngâm than với ZnCl2 51 3.1.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ ZnCl2/Than .51 Bảng 3.3 Điều kiện chế tạo kí hiệu mẫu than hoạt tính theo tỉ lệ ZnCl2/Than 52 3.1.2.2.1 Kết phân tích phương pháp SEM 52 Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu than chế tạo với thời gian ngâm khác 53 3.1.2.2.2 Kết phân tích phương pháp BET 54 Hình 3.8 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu than chế tạo điều kiện khác tỉ lệ ZnCl2/Than 54 Bảng 3.4 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản mẫu than chế tạo với tỉ lệ ZnCl2/Than khác 55 3.1.2.3 Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt hóa 56 Bảng 3.5 Điều kiện chế tạo kí hiệu mẫu than hoạt tính theo nhiệt độ hoạt hóa 56 3.1.2.3.1 Kết phân tích phương pháp SEM 56 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu than chế tạo nhiệt độ khác 57 3.1.2.3.2 Kết phân tích phương pháp BET 57 Hình 3.10 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu than chế tạo nhiệt độ khác .58 Bảng 3.6 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản mẫu than chế tạo nhiệt độ khác .59 iv 3.1.2.4 Ảnh hưởng thời gian hoạt hóa 59 Bảng 3.7 Điều kiện chế tạo kí hiệu mẫu than hoạt tính theo thời gian hoạt hóa 60 3.1.2.4.1 Kết phân tích phương pháp SEM 60 Hình 3.11 Ảnh SEM mẫu than chế tạo với thời gian hoạt hóa khác 60 3.1.2.4.2 Kết phân tích phương pháp BET 60 Hình 3.12 Các đường đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ N2 77K mẫu than chế tạo với thời gian hoạt hóa khác 61 Bảng 3.8 Bề mặt riêng đặc trưng mao quản mẫu than chế tạo với thời gian hoạt hóa khác 61 3.2 xác định số đặc trưng vật lí hóa lí, khả hấp phụ thuốc nhuộm số mẫu than tiêu biểu .63 Bảng 3.9 Điều kiện chế tạo kí hiệu bốn mẫu than lựa chọn 63 3.2.1 Nghiên cứu số đặc trưng vật lí hóa lí mẫu than 63 3.2.1.1 Nghiên cứu phương pháp EDX .63 Hình 3.13 Phổ EDX mẫu than CF5-48-600-2 .64 Bảng 3.10 Kết phân tích nguyên tố EDX .64 3.2.1.2 Nghiên cứu phương pháp phổ hồng ngoại (FT-IR) .64 Hình 3.14 Phổ FT-IR bốn mẫu than .65 3.2.1.3 Nghiên cứu phương pháp chuẩn độ Boehm 66 3.2.1.4 Xác định pH điểm điện tích không (pHPZC) .67 3.2.1.5 Nghiên cứu phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DTA) 68 Hình 3.16 Giản đồ TGA-DTA mẫu than nghiên cứu 69 Bảng 3.12 Độ giảm khối lượng khoảng nhiệt độ mẫu nghiên cứu 69 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 mẫu than 70 Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 300C 71 mẫu than 71 v Hình 3.19 Mô tả đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mô hình Langmuir, Freundlich, Toth Redlich-Peterson mẫu CF3-48-600-2 CF5-48-600-2 .73 Bảng 3.13 Các tham số bốn mô đẳng nhiệt phụ, tính từ kiện thực nghiệm hấp phụ DR-23 300C mẫu than, 74 Bảng 3.14 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 30C mẫu than .76 Hình 3.20 Đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mẫu than tính từ 77 KẾT LUẬN 79 I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT 80 II TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 80 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XRD: X-Ray diffraction (Nhiễu xạ tia X) EDX: Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán xạ lượng tia X) FE-SEM: Field Emissom Scanning Electron microscope (Kính hiển vi điện tử quét) UV-Vis: Ultraviolet–visible spectroscopy (Phổ tử ngoại khả kiến) FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy (Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier) BET: Brunauer-Emmett-Teller (Hấp phụ khử hấp phụ Nitơ) pHPZC: pH point of zero charge ( pH điện tích không) DR-23: Direct Scarlet 4BS (Thuốc nhuộm màu đỏ cờ) AC: Activated carbon (Than hoạt tính) ASA: Active surface area (Diện tích bề mặt hoạt động) ABS: Absorbance (Độ hấp thụ) HPVL: Hấp phụ vật lý HPHH: Hấp phụ hóa học vii lacton độ giảm khối lượng theo nhiệt độ hoạt hóa tương tự Kết bổ sung khẳng định kết phép chuẩn độ Boehm Luong nhom Cacboxyl + Lacton o Do giam khoi luong khoang 120-400 C 4 3 2 1 m (%) Luong nhom chuc (mmol/g) 0 CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 Hình 3.17 Biến thiên tổng lượng nhóm cacboxyl + lacton độ giảm khối lượng khoảng 120 ÷ 400oC mẫu than nghiên cứu 3.2.2 Khảo sát khả hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 mẫu than Để đánh giá khả hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 bốn mẫu than lựa chọn xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mẫu 30oC, khoảng nồng độ đầu thuốc nhuộm nằm khoảng 300 ÷ 700 mg/L Trên hình 3.18 giới thiệu đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 xác định từ thực nghiệm bốn mẫu than nghiên cứu 70 350 300 qe (mg/g) 250 200 150 CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 100 50 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Ce (mg/L) Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 300C mẫu than Dễ nhận thấy, theo tăng dần nồng độ cân DR-23 dung dịch, dung lượng hấp phụ DR-23 mẫu than tăng dần Ngoại trừ mẫu CF3-48-600-2, dung lượng hấp phụ ba mẫu lại ban đầu tăng nhanh, sau tăng chậm dần dần tiến gần tới giá trị bão hòa Trong khoảng nồng độ cân dung lượng hấp phụ mẫu than tăng dần theo thứ tự: CF248-600-2 < CF3-48-600-4 < CF5-48-600-2 < CF3-48-600-2 Để mô tả đường đẳng nhiệt hấp phụ xác định từ thực nghiệm sử dụng bốn mô hình đẳng nhiệt hấp phụ thông dụng, thường sử dụng để mô tả hấp phụ chất tan dung dịch nước lên bề mặt chất hấp phụ rắn mô hình Langmuir, mô hình Fruendlich, mô hình Toth mô hình Redlich-Peterson Mô hình Langmuir dựa giả thiết bề mặt chất hấp phụ đồng thể qua phương trình: q e = qmKL + K LCe (1) Trong qm dung lượng hấp phụ DR-23 cực đại, K L số Langmuir gắn liền với lượng tự trình hấp phụ 71 Mô hình Frenudlich dựa giả thiết bề mặt chất hấp phụ không đồng thể qua phương trình: q e = K FC1/n e (2) Trong KF là số Frenudlich liên quan đến khả hấp phụ n thể cường độ hấp phụ q ∞e Ce Mô hình Toth thể qua phương trình: q e = 1/Th [K Th + CTh e ] (3) ∞ đó: q e , KTh and Th tham số phương trình Toth Mô hình Redlich-Peterson thể qua phương trình: q e = K RP Ce + a RP Cea (4) đó: KRP , aRP a tham số phương trình Redlich-Peterson Các tham số bốn phương trình xác định thông qua việc xử lý hồi quy phi tuyến sở cực tiểu hóa giá trị HYBRID (Hybrid fractional error function) giá trị thực nghiệm giá trị tính theo phương trình: i i 100 N  q e,TN − q e,TT HYBRID = ∑  qi N − p i =1  e,TN  ÷ ÷  (5) Sự phù hợp mô hình đánh giá thông qua phần trăm sai số trung bình, APE (average percentage errors) APE(%) = N q i,exp − q i,pre × ∑ e i,exp e × 100 N i =1 qe (6) Trong N số điểm thực nghiệm; q i,exp , q i,pre dung lượng hấp e e phụ thực nghiệm tính từ phương trình 72 350 CF3-48-600-2 300 qe (mg/g) 250 200 Thuc nghiem Langmuir Freundlich Toth Redlich-Peterson 150 100 50 0 10 20 30 40 50 Ce (mg/L) 350 CF5-48-600-2 300 qe (mg/g) 250 200 Thuc nghiem Langmuir Freundlich Toth Redlich-Peterson 150 100 50 0 20 40 60 80 100 120 Ce (mg/L) Hình 3.19 Mô tả đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mô hình Langmuir, Freundlich, Toth Redlich-Peterson mẫu CF3-48600-2 CF5-48-600-2 Trên hình 3.19 giới thiệu kết thu sử dụng mô hình đẳng nhiệt hấp phụ để mô tả số liệu thực nghiệm hai mẫu tiêu biểu CF3-48-6002 CF5-48-600-2 Dễ nhận thấy hấp phụ DR-23 từ dung dịch hai mẫu than, mô hình Frendlich cho kết đường đẳng nhiệt hấp phụ lệch khỏi 73 giá trị thực nghiệm lớn, đặc biệt vùng nồng độ cân nhỏ (< 30 mg mẫu CF3-48-600-2; < 60 mg/L mẫu CF5-48-600-2) Điều chứng tỏ bốn mô hình lựa chọn, mô hình Freundlich mô tả không tốt số liệu thực nghiệm đẳng nhiệt hấp phụ Đối với hai mẫu than lại, kết thu tương tự Kết xác định thông số phương trình giá trị HYBRID (HYB) APE tương ứng bốn mẫu than nghiên cứu tóm tắt bảng 3.13 Bảng 3.13 Các tham số bốn mô đẳng nhiệt phụ, tính từ kiện thực nghiệm hấp phụ DR-23 300C mẫu than, Mẫu than CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 Langmuir KL qm 285, 186,0 Freundlich KF N 121, 11,4 HYB = 97 HYB = 2,563 1,658 HYB = 1,477 HYB = 1,858 APE = APE = APE = 0,84% APE = 1,062% 1,83% 356, 0,14 74 HYB = 1,18% 97,5 3,21 HYB = 4,828 5,284 HYB = 6,344 HYB = 5,434 APE = APE = APE = 3,63% APE = 3,11% 3,45% 421, 206, 3,77% 44 97 HYB = 6,86 6,86 Toth q KTh Th 229, 0,35 0,33 ∞ e 13 335, 62 14,46 85 Redlich-Peterson KRP aRP A 92,8 0,60 50 1,2 69,4 0,30 59 82 245, 1392 4,5 29,1 01 00 25 43 0,955 0,887 0,04 1,222 HYB = 7,059 10,840 HYB = 0,6293 HYB = 5,58 APE = APE = APE = 1,00% APE = 1,19% 5,04% 0,41 270, 7,74% 147, 7,58 74 266, 5,08 1,27 84,3 0,25 1,047 95 HYB = 88 HYB = 25 2,808 5,465 HYB = 2,964 HYB = 3,805 APE = APE = APE = 1,69% APE = 2,17% 2,01% 3,90% Từ kết bảng 3.13 kết trình bày hình 3.19 nhận thấy: i) Đối với hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 từ dung dịch nước, mô hình Toth cho giá trị APE nhỏ mẫu: CF2-48-600-2, CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 Giá trị APE 0,84%; 1,00% 1,69% Điều có nghĩa mô hình Toth mô tả tốt số liệu thực nghiệm ba mẫu ii) Đối với hấp phụ DR-23 mẫu CF3-48-600-2, mô hình RedlichPeterson cho giá trị APE nhỏ (3,11%) Điều có nghĩa mô hình RedlichPeterson mô tả tốt số liệu thực nghiệm hấp phụ DR-23 mẫu 250 350 CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 300 200 100 qe (mg/g) qe (mg/g) 250 150 Thuc nghiem Toth 200 Thuc nghiem Redlich-Peterson 150 100 50 50 0 50 100 150 200 250 10 20 Ce (mg/L) 350 40 50 350 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 300 300 250 250 200 qe (mg/g) qe (mg/g) 30 Ce (mg/L) Thuc nghiem Toth 150 200 100 100 50 50 Thuc nghiem Toth 150 0 20 40 60 80 100 120 140 Ce (mg/L) 20 40 60 80 100 Ce (mg/L) Hình 3.19 Mô tả số liệu đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mẫu than 75 120 mô hình tối ưu tương ứng Như điều kiện nghiên cứu, hấp phụ đẳng nhiệt DR-23 dung dịch nước mẫu: CF2-48-600-2, CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Toth Trong hấp phụ mẫu CF3-48600-2 lại tuân theo mô hình Redlich-Peterson Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ mẫu tóm tắt bảng 3,15 Kết biểu diễn hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt hấp phụ tương ứng minh họa hình 3,19 Bảng 3.14 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 30C mẫu than Mẫu CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ qe = 229,13.Ce [0,354 + C0,339 ]1/0,339 e qe = 69, 482.Ce + 0,309C887 e 245,01.Ce [139200 + Ce4,525 ]1/4,525 266,8.Ce qe = [5,089 + C1,278 ]1/1,278 e qe = Để so sánh khả hấp phụ DR-23 dung dịch nước mẫu than xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 khoảng nồng độ Ce từ ÷ 100 mg/L Các đường tính toán sở phương trình đẳng nhiệt bảng 3,15 Kết trình bày hình 3,20 76 400 qe (mg/g) 300 200 CF2-48-600-2 CF3-48-600-2 CF3-48-600-4 CF5-48-600-2 100 0 20 40 60 80 100 120 Ce (mg/L) Hình 3.20 Đường đẳng nhiệt hấp phụ DR-23 mẫu than tính từ phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Từ hình 3.20 nhận thấy khoảng nồng độ cân dung lượng hấp phụ DR-23 mẫu thay đổi theo trật tự sau: CF2-48-600-2 < CF348-600-4 ≈ CF5-48-600-4 < CF3-48-600-2 Kết giải thích mẫu CF3-48-600-2 có diện tích mao quản trung bình lớn (238 m2/g), mẫu CF248-600-2 có diện tích mao quản trung bình nhỏ (131 m 2/g) Hai mẫu CF3-48600-4 CF5-48-600-2 có diện tích mao quản trung bình 210 m 2/g 225 m2/g, nằm trung gian hai giá trị nên khả hấp phụ hai mẫu lớn mẫu CF2-48-600-2 nhỏ mẫu CF3-48-600-2 Như hấp phụ DR-23 từ dung dịch nước, diện tích mao quản trung bình yếu tố có vai trò định đến khả hấp phụ than Mẫu có diện tích mao quản trung bình cao, khả hấp phụ lớn 77 78 KẾT LUẬN Trong công trình nghiên cứu đã: Chế tạo thành công 15 mẫu than hoạt tính từ nguyên liệu ban đầu vỏ hạt cà phê, sử dụng tác nhân hoạt hóa ZnCl điều kiện khác thời gian ngâm với ZnCl2, tỉ lệ ZnCl2 /than, thời gian hoạt hóa nhiệt độ hoạt hóa Xác định đặc trưng vật lí hóa lí mẫu than hoạt tính Từ điều kiện chế tạo ảnh hưởng đến tính chất than hoạt tính điều chế Kết cho: - Than gồm hạt có dạng "gần cầu" với kích thước đồng đều, biến thiên khoảng 30 ÷ 100 nm than chế tạo từ vỏ hạt cà phê - Than có bề mặt riêng lớn: biến đổi khoảng 1108 ÷ 1387m2/g chứa mao quản có độ rộng nằm khoảng ÷ 50 nm Than có bề mặt riêng lớn (1376 m2/g) độ rộng mao quản trung bình lớn (2,8nm) thu điều kiện: tỉ lệ ZnCl2/than = 3; thời gian ngâm 48h, thời gian hoạt hóa 2h nhiệt độ hoạt hóa 6000C - Có chứa nhiều nhóm chức bề mặt có tính axit tính bazơ so với than Trà Bắc loại than thương mại thị trường Khảo sát hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 dung dịch nước bốn mẫu than tiêu biểu chế tạo Kết cho thấy: - Sự hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 than mô tả tốt mô hình Toth Redlich- Peterson Dung lượng hấp phụ DR-23 than chế tạo từ vỏ hạt cà phê lớn trình hấp phụ chịu ảnh hưởng nhiều khuếch tán lòng mao quản trung bình Các kết nghiên cứu bước đầu mở triển vọng cho việc sử dụng vỏ hạt cà phê để chế tạo than hoạt tính dùng xử lý ô nhiễm môi trường nước môi trường không khí chất hữu 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Nguyễn Đình Huề - Trần Kim Thanh – Nguyễn Thị Thu, Động hóa học xúc tác, NXB Giáo dục (2003)198-121 Nguyễn Thị Hà, Hồ Thị Hòa (2008), Nghiên cứu hấp phụ màu/xử lý COD nước thải nhuộm cacbon hoạt hóa chế tạo từ bụi Tạp chí khoa học ĐHQG, Khoa học Tự Nhiên Công nghệ 24, 16 Lê Văn Khu, Trần Thị Nam, Nguyễn Minh Tuấn, Nguyễn Ngọc Hà Nghiên cứu hấp phụ hợp chất CI Direct Red 23 Rhodamine B Extra dung dịch nước than hoạt tính Z1 Tạp chí Hóa học, T.48 (4C) (2010) 188-193 Lê Văn Khu, Nguyễn Minh Tuấn (2009) Nghiên cứu tính chất hấp phụ phenol đỏ số than hoạt tính Tạp chí Hóa học, T.47 (6A),269 Lê Văn Khu, Đặng Văn Cử, Lương Thị Thu Thủy Nghiên cứu tính chất hấp phụ BTX than hoạt tính Trà Bắc Tạp chí hóa học (2015) 63-70 Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí, Tập 2, NXBGD, Hà Nội Trần Văn Nhân, Hồ Thị Nga (2005), Giáo trình công nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội, Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nxb KHKT, Hà Nội Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lí nước cấp nước thải dệt nhuộm, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 10 Nguyễn Hữu Phú (2003), Hoá lý hoá keo, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 11 Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội II TÀI LIỆU TIẾNG NƯỚC NGOÀI 12 K Annamalai and I Puri, Combustion Science and Engineering, CRC Press, Boca Raton, Fla, USA, 2007 80 13 H Boehm, Some aspects of the surface chemistry of cacbon blacks and other cacbons Cacbon 32 (1994) 759-769 14 S Brunauer, P H Emmett, E Telller, Adsorption of Gases in Multimolecular Layer, Journal of the American Chemical Society 60 (1938) 309-319 15 T Budinova, E Ekinci, F Yardim, A Grimm, E Björnbom, V Minkova, M.Goranova, Characterization and application of activated carbon produced by H3PO4 and water vapor activation, Fuel Process Technol 87 (2006) 899–905 16 A.L Cazetta, A.M.M Vargas, E.M Nogami, M.H Kunita, M.R Guilherme, A.C Martins, T.L Silva, J.C.G Moraes, V.C Almeida, NaOH-activated carbon of high surface area produced from coconut shell: Kinetics and equilibrium studies from the methylene blue adsorption, Chem Eng J 174 (2011) 117–125 17 A Dabrowski, Adsorption – from theory to practice, Adv Coll Interface Sci., 93 (2001) 135–224 18 J.L Figueiredo, M.F.R Pereira, M.M.A Freitas, J.J.M Orfao, Modification of the surface chemistry of activated carbons Carbon 37 (1999) 1379-1389 19 G Gordillo and K Annamalai, “Gasfication of coal and dairy manure, with airsteam as oxidizing agent” in proceeding of the ASME/SME Thermal engineering Summer Heat Transfer Conferece, Vancouver, Canada, July, 2007 20 H Hadoun, Z Sadaouib, N Souami, D Sahel, I Toumert, Characterization of mesoporous carbon prepared from date stems by H3PO4 chemical activation, Applied Surface Science 280 (2013) 1– 21 Zhonghua Hu, E.F Vansant, A New Composite Adsorbent Produced by Chemical Activation of Elutrilithe with Zinc Chloride Journal of Colloid and Interface Science, 176 (2) (1995) 422–431 22 Benaddi, H., Bandosz, T.J., Jagiello, J., Schwarz, J.A., Rouzaud, J.N., Legras, D., Beguina, F (2000), Surface functionality and porosity of activated carbons obtained from chemical activation of wood, Carbon 38, pp.669–674 23 John K Brennan, Teresa J Bandosz, Kendall T Thomson, Keith E Gubbins, Review: Water in porous carbons, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 187–188 (2001) 539 81 24 N Kawasaki, H Kinoshita, T Oue, T Nakamura, S Tanada Study on adsorption kinetic of aromatic hydrocarbons onto activated carbon in gaseous flow method Journal of Colloid and Interface Science, 275 (1) (2004) 40–43 25 L J Kennedy, J.J Vijaya, G Sekaran, Electrical conductivity study of porous carbon composite derived from rice husk, Mater Chem Phys., 91, (2005) 471-476 26 Le Van Khu, Dang Van Cu, Bui Huu Hai, Journal of Catalysis and Adsorption, 2(1) (2013) 136-142 27 K Le Van, T.T Luong Thi Activated carbon derived from rice husk by NaOH activation and its application in supercapacitor Progress in Natural Science: Materials International 24 (2014) 191–198 28 M.A Lillo-Rodenas, D Cazorla-Amoros, A Linares-Solano, Understanding chemical reactions between carbons and NaOH and KOH An insight into the chemical activation mechanism.Carbon 41 (2003) 267 29 M.V Lopez-Ramona, F Stoecklib, C Moreno-Castillaa, F Carrasco-Marina, On the characterization of acidic and basic surface sites oncarbons by various technique Carbon 37 (1999) 1215 30 A.M Puziy, O.I Poddubnaya, A Martínez-Alonso, F Suárez-García, J.M.D Tascón, Synthetic carbons activated with phosphoric acid: I Surface chemistry and ion binding properties, Carbon 40 (2002) 1493–1505 31 F Rodriguez-Reinoso, M Molina-Sabio, Textural and chemical characterization of microporous carbons Advances in Colloid and Interface Science 76-77 (1998) 271 32 Roop Chand Bansal Meenakshi Goyal, Activated Carbon Adsorption (2005), Taylor & Francis Group 33 J Rouquérol, D Avnir, C.W Fairbrige, D.H Everett, J.H Haynes, N Pernicone, J.D.F Recommendations Ramsay, for the K.S.W Sing, characterization Pure&Appl.Chem., 66, 1739 82 K.K Unger (1994), of porous solids 34 Shuang Song, Haiping Ying, Zhiqiao He, Jianmeng Chen (2007), Mechanism of decolorization and degradation of CI Direct Red 23 by ozonation combined with sonolysis, Chemosphere 66, 1782 35 K.S.W Sing, D.H Everett, R.A.W Haul, L Moscou, R.A Pierotti, J Rouquérol, T Siemieniewska (1985), Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity.Pure & Appl Chem., 57, 603 36 Langergren, S., Svenska, B.K., (1898), Zur theorie der sogenannten adsorption geloester stoffe, Veternskapsakad Handlingar, 24(4), pp.1-39 37 A.P Terzyk, The influence of activated carbon surface chemical composition on the adsorption of acetaminophen (paracetamol) in vitro: Part II TG, FTIR, and XPS analysis of carbons and the temperature dependence of adsorption kinetics at the neutral pH, Colloids Surf A 177 (2001) 23–45 83 XÁC NHẬN LUẬN VĂN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG - Nội dung 1: Trang 3: số chất màu → thuốc nhuộm DR-23 - Nội dung 2: Trang 29: Rửa than → (bỏ trống) - Nội dung 3: Mục lục: Chưa có phần KẾT LUẬN → bổ sung thêm phần KẾT LUẬN HỌC VIÊN CAO HỌC Nguyễn Văn Thụ CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS Lê Minh Cầm TS Lê Văn Khu ... lớn dung dịch nước, khuân khổ luận văn tốt nghiệp chọn đề tài: Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê để hấp phụ hiệu số chất hữu dung dịch nước Mục đích nghiên cứu - Chế tạo than hoạt. .. lí than chế tạo - Nghiên cứu khả hấp phụ thuốc nhuộm DR-23 dung dịch nước than chế tạo Phương pháp tiến hành nghiên cứu - Nghiên cứu thu thập tài liệu liên quan đến nội dung dự định nghiên cứu. .. than chế tạo Đối tượng nghiên cứu - Vỏ hạt cà phê thải tỉnh Sơn La - Thuốc nhuộm DR-23 Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo than hoạt tính từ vỏ hạt cà phê, sử dụng tác nhân hoạt hóa ZnCl điều kiện