Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG KIM THÀNH NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH BÃ MÍA VÀ ỨNG DỤNG LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ Chuyên ngành: Hoá Hữu Cơ Mã số: 604427 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Tự Hải Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tôt nghiệp thạc sĩ Khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày … tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Bước vào kỹ XXI, trình công nghiệp hóa, ñại hóa ngày ñược ñẩy mạnh chiều rộng lẫn chiều sâu, góp phần thiết thực nâng cao chất lượng sống cho người dân Song, trình ñó kéo theo gánh nặng ô nhiễm môi trường, ñó không kể ñến ô nhiễm nguồn nước Tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước có nhiều, ñó có tác nhân hóa học như: axit axetic, chất màu phẩm nhuộm, phenol, chất giặt rửa, ion kim loại nặng, Các tác nhân hóa học có mặt nước thải, ñặc biệt nguồn nước thải nhà máy, sở hóa chất nhà máy dệt, giấy, thuộc da, lò mổ cần phải ñược xử lí trước phát thải vào môi trường Đã có nhiều phương pháp ñược sử dụng ñể xử lí ô nhiễm nước, ñó phương pháp hấp phụ ñã thể nhiều ưu ñiểm riêng: ñó ñi từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có, qui trình ñơn giản không ñưa thêm vào môi trường tác nhân ñộc hại, không ñộc hại cho người sinh vật, ñơn giản, phổ cập, hiệu quả, thu hồi sản phẩm, tập trung chất thải ñể xử lí, hạn chế việc phát thải vào môi trường, Có nhiều vật liệu hấp phụ ñã ñược nghiên cứu ñược ứng dụng rộng rãi lĩnh vực ñời sống than hoạt tính, zeolit, silicagen, nhựa trao ñổi ion Hiện nay, có nhiều chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm (như: bã mía, vỏ lạc, lõi ngô, vỏ dừa, rơm, bèo tây, chuối sợi… ) ñược sử dụng ñể loại bỏ chất gây ñộc hại môi trường nước Bã mía (phụ phẩm ngành công nghiệp mía ñường) Footer Page of 126 Header Page of 126 ñang ñược ñánh giá tiềm ñể chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) ñể xử lí ô nhiễm môi trường Xuất phát từ tình hình trên, chọn ñề tài: “Nghiên cứu biến tính bã mía ứng dụng làm vật liệu hấp phụ số hợp chất hữu cơ” Mục ñích nghiên cứu Biến tính bã mía ñể tạo vật liệu hấp phụ số hợp chất hữu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Bã mía - Axit HCl, HNO3 axit Xitric - Axit axetic (CH3COOH) - Chất màu nhuộm vải (phẩm nhuộm hữu cơ) 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Xác ñịnh thành phần, cấu trúc bã mía - Khảo sát biến tính bã mía dung dịch axit yếu tố ảnh hưởng ñến trình biến tính - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ tác nhân: axit axetic, chất màu phẩm nhuộm bã mía ñã ñược biến tính Phương pháp nghiên cứu 4.1 Nghiên cứu lý thuyết Tổng quan tài liệu bã mía, axit axetic chất màu phẩm nhuộm hữu 4.2 Nghiên cứu thực nghiệm - Khảo sát biến tính bã mía dung dịch HCl, HNO3 axit Xitric Footer Page of 126 Header Page of 126 - Xác ñịnh thành phần cấu trúc bã mía chưa biến tính ñã biến tính axit - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ axit axetic chất màu phẩm nhuộm vật liệu bã mía ñã biến tính - Nghiên cứu nhiệt ñộng học trình hấp phụ Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài - Cung cấp tư liệu bã mía - Tìm ñiều kiện tối ưu cho trình biến tính bã mía - Tìm ñiều kiện tối ưu cho trình hấp phụ axit axetic, chất màu phẩm nhuộm vật liệu bã mía ñã ñược biến tính dung dịch axit Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở ñầu, kết luận tài liệu tham khảo, luận văn gồm chương: Chương 1: TỔNG QUAN Chương 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan mía ứng dụng 1.1.1 Giới thiệu mía 1.1.2 Giới thiệu vật liệu hấp phụ bã mía 1.1.3 Một số hướng nghiên cứu sử dụng bã mía làm VLHP xử lý môi trường 1.2 Giới thiệu phương pháp hấp phụ 1.2.1 Hiện tượng hấp phụ 1.2.1.1 Hấp phụ vật lý 1.2.1.2 Hấp phụ hoá học 1.2.2 Hấp phụ môi trường nước 1.2.3 Động học hấp phụ 1.2.4 Cân hấp phụ 1.3 Giới thiệu phương pháp phân tích trắc quang 1.3.1 Cơ sở phương pháp phân tích trắc quang 1.3.2 Các phương pháp phân tích ñịnh lượng trắc quang 1.4 Phương pháp chuấn ñộ axit- bazơ 1.4.1 Nguyên tắc chung 1.4.2 Chất thị phương pháp axit – bazơ 1.5 Phương pháp phân tích khối lượng 1.5.1 Phương pháp kết tủa 1.5.2 Phương pháp bay 1.6 Phương pháp kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) 1.7 Tổng quan thuốc nhuộm 1.7.1 Lí thuyết màu sắc 1.7.1.1 Tính chất vật lý màu sắc 1.7.1.2 Màu hấp thụ Footer Page of 126 Header Page of 126 1.7.1.3 Trong thiên nhiên 1.7.2 Phân loại thuốc nhuộm hữu 1.7.2.1 Thuốc nhuộm thiên nhiên 1.7.2.2 Thuốc nhuộm tổng hợp 1.7.3 Vấn ñề sử dụng hợp chất màu- Thuốc nhuộm 1.7.4 Tác hại ô nhiễm nước thải dệt nhuộm thuốc nhuộm 1.7.5 Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm 1.8 Tổng quan axit axetic 1.8.1 Giới thiệu chung 1.8.2 Sản xuất 1.8.2.1 Carconyl hóa metanol 1.8.2.2 Ôxy hóa axetaldehyt 1.8.2.3 Ôxy hóa etylen 1.8.2.4 Lên men ôxy hóa 1.8.2.5 Lên men kỵ khí 1.8.3 Ứng dụng 1.8.3.1 Monome vinyl axetat 1.8.3.2 Sản xuất este 1.8.3.3 Axetic anhydrit 1.8.3.4 Giấm 1.8.3.5 Làm dung môi 1.8.3.6 Các ứng dụng khác Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Hoá chất dụng cụ 2.1.1 Hoá chất 2.1.2 Dụng cụ 2.2 Phương pháp hóa lý nghiên cứu thành phần cấu trúc bã mía 2.2.1 Tinh chế bã mía 2.2.2 Phân tích thành phần hóa học bã mía trước sau biến tính 2.2.3 Diện tích bề mặt bã mía biến tính 2.2.4 Hình ảnh bề mặt bã mía bã mía trước sau biến tính 2.3 Phương pháp biến tính bã mía dung dịch HCl; HNO3 axit Xitric 2.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ: axit axetic chất màu phẩm nhuộm bã mía biến tính 2.5 Phương pháp chuẩn ñộ axit – bazơ ñể xác ñịnh hiệu suất hấp phụ axit axetic Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Kết xác ñịnh thành phần hóa học bã mía trước biến tính Lấy mẫu bã mía chưa biến tính, ñem ñi phân tích thành phần Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Theo TCVN 5103 : 1990, ISO 5498 : 1981 Xác ñịnh hàm lượng xơ thô - Phương pháp phân tích khối lượng Kết ñược thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Thành phần hoá học bã mía Thành phần Hàm lượng trước biến tính (%) Xenlulozơ 51,4 Hemixenlulozơ 22,7 Lignin 18,2 Chất hoà tan khác 7,7 Qua kết thu ñược ñem mẩu thử ñi xác ñịnh hàm lượng xenlulozơ, hemixenlulozơ lignin ta thấy, bã mía với thành phần xenlulozơ - chiếm 50% Ngoài ra, hemixenlulozơ lignin thành phần bã mía Trong bã mía có lượng nhỏ thành phần hoà tan khác protein, sáp, tro… 3.2 Kết khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến khả biến tính bã mía axit Bã mía thô → rửa sạch, phơi khô, cắt nhỏ, ñun sôi nước cất 50 phút ñể loại ñường dư → sấy 800C 26h → xay thành bột → rửa → sấy khô lại 800C, thu ñược bã mía dạng bột → ñem biến tính Footer Page of 126 10 Header Page 10 of 126 3.2.1 Ảnh hưởng loại axit ñến khả biến tính bã mía BIẾN TÍNH: Lấy 4g bã mía bột 60 ml HCl 5% cho vào bình cầu 1Lít (tỉ lệ Rắn:Lỏng = 1:15), ñun cách thủy 500C, máy khuấy ñũa 3h Để ổn ñịnh 10 phút, sau ñó lọc với nước cất nhiều lần phểu lọc áp suất thấp-Busne tới nước lọc có pH ≈ không ion Cl- (thử máy ño pH AgNO3) Để khô tự nhiên 30 phút, sau ñó sấy khô bã mía 80°C, nghiền thành bột mịn sau ñó ñem hấp phụ axit CH3COOH Làm tương tự axit; với HNO3 5% axit Xitric 5% ñể so sánh HẤP PHỤ: Lấy 2g bã mía ñã biến tính loại axit ñem hấp phụ với 200ml CH3COOH 0,2M, khuấy máy khuấy từ tốc ñộ 150 vòng/phút, thời gian 30 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút Lọc giấy lọc, lấy 10ml dung dịch, chuẩn ñộ NaOH 0,1N ba lần, lấy kết trung bình Gọi C0 = 0,2M Ci nồng ñộ axit axetic trước sau hấp phụ Hiệu suất hấp phụ 2g bã mía ñược tính theo công thức: A= C0 − Ci 100 C0 Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Ảnh hưởng loại axit ñến khả biến tính bã mía Axit Không có axit HCl HNO3 Xitric C0 (M) 0,2 0,2 0,2 0,2 Ci (M) 0,16 0,12 0,14 0,15 A (%) 20,0 40,0 30,0 25,0 Footer Page 10 of 126 12 Header Page 12 of 126 suất hấp phụ giảm axit ñặc phá vỡ phần cấu trúc bã mía Ở nồng ñộ 10%, HCl có hiệu suất hấp phụ tốt ñể tiết kiệm hoá chất, chọn nồng ñộ HCl 5% cho lần biến tính 3.2.3 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến khả biến tính bã mía - Lấy 4g bã mía vào 60 ml HCl 5% vào bình cầu 1L, thay ñổi nhiệt ñộ ñun cách thủy 300C → 94°C, máy khuấy ñũa 3h Lấy gam bã mía ñã biến tính hấp phụ với CH3COOH có C0 = 0,2M Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.4: Bảng 3.4 Ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến khả biến tính bã mía t(°C) 30 40 50 60 70 C0 (M) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Ci (M) 0,14 0,13 0,12 0,13 0,13 A (%) 30,0 35,0 40,0 35,0 35,0 t(°C) 80 94 C0 (M) 0,2 0,2 Ci (M) 0,14 0,16 A (%) 30,0 20,0 Kết cho thấy khả hấp phụ bã mía sau biến tính axit HCl 5% nhiệt ñộ 500C tốt so với nhiệt ñộ biến tính khác, nhiệt ñộ cao trình xảy nhanh, nhiên nhiệt ñộ cao làm sập phần cấu trúc polime có khả hấp phu bã mía, lỗ hổng không nhiều nên phân tử CH3COOH chui vào lỗ hổng, Footer Page 12 of 126 13 Header Page 13 of 126 giảm khả hấp phụ bã mía Do ñó, nhiệt ñộ khuấy thời gian biến tính ñược chọn tối ưu 500C 3.2.4 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn-lỏng ñến khả biến tính bã mía Lấy 4g bã mía thể tích HCl 5% thay ñổi từ 48ml→160ml vào bình cầu 1L, nhiệt ñộ 50°C, máy khuấy ñũa 3h Lấy gam bã mía ñã biến tính hấp phụ với CH3COOH có C0 = 0,2M Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.5: Bảng 3.5 Ảnh hưởng tỉ lệ rắn-lỏng ñến khả biến tính bã mía VHCl(ml) 48 60 80 100 120 TL R:L 1:12 1:15 1:20 1:25 1:30 C0 (M) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Ci (M) 0,13 0,125 0,12 0,11 0,1 A (%) 35,0 37,5 45,0 50,0 VHCl(ml) 140 160 TL R:L 1:35 1:40 C0 (M) 0,2 0,2 Ci (M) 0,1 0,095 A (%) 50,0 52,5 40,0 Kết cho thấy, biến tính bã mía với thể tích HCl 5%, nhiệt ñộ 500C, thời gian biến tính giờ, tỉ lệ axit / bã mía tăng, hiệu suất hấp phụ tăng Điều ñược giải thích với khối lượng bã mía, thể tích HCl tăng, môi trường ñể bã mía tiếp xúc với axit lớn, khả thẩm thấu axit vào mao quản vật liệu tăng làm khả biến tính tăng, từ ñó bề mặt bã mía có diện Footer Page 13 of 126 14 Header Page 14 of 126 tích tiếp xúc lớn hơn, ñồng ñều nên hiệu hấp phụ cao Tuy tỉ lệ rắn-lỏng 40-1 hiệu suất hấp phụ cao 35-1 30-1 ñộ chênh lệch không lớn Vì vậy, chọn tỉ lệ rắn-lỏng 30-1 (4g bã mía với 120ml dung dịch HCl 5%) cho lần biến tính 3.2.5 Ảnh hưởng thời gian ñến khả biến tính bã mía Lấy 4g bã mía 120ml HCl 5% vào bình cầu 1L, nhiệt ñộ 50°C, thay ñổi thời gian khuấy từ 1h → 6h Lấy gam bã mía ñã biến tính hấp phụ với CH3COOH có C0 = 0,2M Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.6: Bảng 3.6 Ảnh hưởng thời gian ñến khả biến tính bã mía T (giờ) 1h 1,5h 2h 3h 4h C0 (M) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Ci (M) 0,125 0,125 0,12 0,1 0,1 A (%) 37,5 37,5 40,0 50,0 50,0 T (giờ) 5h 6h C0 (M) 0,2 0,2 Ci (M) 0,095 0,095 A (%) 52,5 52,5 Kết cho thấy, thời gian biến tính tăng hiệu suất hấp phụ tăng Điều ñược giải thích thời gian biến tính nhiều, khả thẩm thấu axit vào mao quản vật liệu hoàn toàn, làm cho bề mặt vật liệu hấp phụ có ñộ xốp ñồng ñều hơn, khả hấp phụ tốt Tuy hiệu suất hấp phụ thời gian lớn ñộ chênh lệch không lớn Vì vậy, chúng Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 chọn thời gian biến tính tối ưu thời gian ñược sử dụng ñể biến tính bã mía cho khảo sát Kết luận: Điều kiện biến tính bã mía tối ưu là: Axit HCl 5%, nhiệt ñộ = 50°C, tỉ lệ R:L = 1:30, t = 3h 3.3 Một số tính chất bã mía biến tính 3.3.1 Kết xác ñịnh thành phần hóa học bã mía sau biến tính Lấy mẫu bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu, ñem ñi phân tích thành phần Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Theo TCVN 5103 : 1990, ISO 5498 : 1981 Xác ñịnh hàm lượng xơ thô - Phương pháp phân tích khối lượng Kết ñược thể bảng 3.7 Bảng 3.7 Thành phần hoá học bã mía sau biến tính Thành phần Hàm lượng sau biến tính (%) Xenlulozơ 56,9 Hemixenlulozơ 24,0 Lignin 18,5 Chất hoà tan khác 0,6 Qua kết thu ñược ñem mẩu thử ñi xác ñịnh hàm lượng xenlulozơ, hemixenlulozơ lignin ta thấy, hàm lượng thành phần bã mía ñều tăng chất hoà tan khác ñã giảm Điều ñược giải thích thành phần hoà tan khác bã mía protein, sáp, tro… bị phân huỷ phần làm tăng hàm lượng tương ñối thành phần Sau thành phần phụ giảm, polime sau biến tính trở nên hoạt hoá hơn, khả hấp phụ tốt Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 16 3.3.2 Kết ño diện tích bề mặt bã mía biến tính Hình 3.8 trình bày ñường ñẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ N2 bã mía 77,35K Trong khoảng P/P0 = 0,15 → 1,00, ñường hấp phụ khử hấp phụ gần trùng nhau, ñó khả hấp phụ giải hấp phụ bã mía biến tính tương ñối ñồng ñều Từ số liệu giản ñồ hấp phụ, ñồ thị phương trình BET bã mía ñược xây dựng trình bày hình 3.9 Bằng phương pháp tính toán dựa phương trình BET, diện tích bã mía biến tính ñược xác ñịnh 165,97 m2/g ñường kính trung bình mao quản 85,6 A0 Kết phù hợp với nhiều số liệu bề mặt riêng ñã ñược xác ñịnh nhiều tác giả [8], [21] Từ số liệu thu ñược, rút kết luận rằng, bã mía có diện tích bề mặt tương ñối lớn, vật liệu rắn xốp, thuộc loại có kích thước mao quản trung bình với hệ thống mao quản chuyển tiếp thứ cấp ñồng 3.3.3 Kết chụp ảnh kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) bề mặt bã mía trước sau biến tính Để khảo sát ñặc ñiểm bề mặt bã mía chưa biến tính sau ñã biến tính ñiều kiện tối ưu, tiến hành chụp SEM bề mặt vật liêu Kết ñược thể hình 3.10 hình 3.11 Qua ảnh SEM bã mía chưa biến tính bã mía ñã biến tính ñộ phóng ñại ñộ phân giải, thấy bề mặt bã mía ñã biến tính xốp hơn, có cấu trúc mao quản tương ñối ñồng ñều ñó có ñộ bền học cao, tâm hấp phụ ñồng ñều so với bề mặt bã mía chưa biến tính Như vậy, sơ ñánh giá ñược khả hấp phụ bã mía ñã biến tính tốt so với bã mía chưa biến tính Footer Page 16 of 126 17 Header Page 17 of 126 3.4 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng ñến trình hấp phụ tác nhân hữu cơ: axit axetic phẩm nhuộm hữu vật liệu bã mía biến tính 3.4.1 Kết dùng bã mía biến tính hấp phụ axit axetic 3.4.1.1 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến hiệu suất hấp phụ axit axetic bã mía biến tính Lấy 2g bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu hấp phụ với 200ml CH3COOH 0,2M; tốc ñộ khuấy 150 vòng/phút, thời gian khuấy hấp phụ thay ñổi từ 10 phút → 180 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút Lọc giấy lọc, chuẩn ñộ NaOH 0,1N ba lần, lấy kết trung bình Phần trăm hấp phụ 2g bã mía: A = C − C i 100 C0 Trong ñó: C0 nồng ñộ axit ban ñầu Ci nồng ñộ axit lại Bảng 3.8 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến hiệu suất t(phút) C0 (M) Ci (M) A (%) t(phút) C0 (M) Ci (M) A (%) hấp phụ axit axetic 10 20 30 0,2 0,2 0,2 0,122 0,105 0,1 39,0 47,5 50,0 60 90 0,2 0,2 0,095 0,095 52,5 52,5 45 0,2 0,095 52,5 Kết cho thấy, thời gian hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ tăng, trạng thái cân ñã ñược thiết lập sau 45 phút, sau thời gian này, khả hấp phụ không thay ñổi Thời gian ñạt cân hấp phụ bã mía với axit axetic lớn so với vật liệu hấp phụ Footer Page 17 of 126 18 Header Page 18 of 126 khác bentonit, than hoạt tính [5,6,8], khả hấp phụ polime bã mía chậm so với ôxit, mạng tinh thể vật liệu vô truyền thống Thời gian 45 phút ñược chọn thời gian tối ưu cho trình hấp phụ ñược áp dụng cho lần khảo sát 3.4.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Rắn:Lỏng ñến hiệu suất hấp phụ axit axetic bã mía biến tính Làm tương tự trên, thay ñổi khối lượng bã mía từ 0,5g → 4,5g hấp phụ 200ml CH3COOH 0,2M; tốc khuấy ñộ 150 vòng/phút, thời gian hấp phụ 45 phút nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút Lọc giấy lọc, chuẩn ñộ NaOH 0,1N ba lần, lấy kết trung bình Hiệu suất hấp phụ bã mía: A = C0 − Ci 100 C0 Với C0 = 0,2M.Phần trăm hấp phụ tính cho gam bã mía: Ai= A/m (với m khối lượng bã mía biến tính cho lần hấp phụ) Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.9: Bảng 3.9 Ảnh hưởng tỉ lệ Rắn:Lỏng ñến hiệu suất hấp phụ axit axetic 1,5 0,2 0,2 0,15 0,122 25,0 39,0 25,0 26,0 3,5 0,2 0,035 82,5 23,6 0,5 2,5 m (g) 0,2 0,2 C0 (M) 0,2 0,176 Ci (M) 0,095 0,069 12,0 65,5 A (%) 52,5 24,0 26,2 Ai(%) 26,25 m (g) 0,2 C0 (M) 0,044 Ci (M) 78,0 A (%) 26,0 Ai(%) Từ kết ta dễ dàng nhận thấy, khối lượng vật liệu hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ tăng, chứng tỏ bã mía biến tính ñã hấp phụ tốt axit axetic Nhưng vào hiệu suất hấp phụ cho 1g bã Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 19 mía, ta nhận thấy sau 45 phút, tỉ lệ Rắn : Lỏng 2g bã mía biến tính /200ml dung dịch CH3COOH 0,2M khả hấp phụ bã mía lớn (52,5% cho 2g hay 26,25% gam bã mía biến tính) Tỉ lệ Rắn : Lỏng ñược dùng cho khảo sát 3.4.1.3 Khảo sát giới hạn hấp phụ axit axetic bã mía biến tính Làm tương tự, lấy khối lượng bã mía g hấp phụ với 200ml CH3COOH có nồng ñộ thay ñổi từ 1M →0,01M; tốc khuấy ñộ 150 vòng/phút, thời gian hấp phụ 45 phút nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút Lọc giấy lọc, chuẩn ñộ NaOH 0,1N ba lần, lấy kết trung bình Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.10: Bảng 3.10 Giới hạn hấp phụ axit axetic bã mía biến tính 0,05 0,1 0,15 0,2 C0 (M) 0,01 0,095 Ci (M) 2.10-4 7,5.10-3 0,028 0,06 85,0 72,0 60,0 52,5 A (%) 98,0 0,6 0,8 C0 (M) 0,4 0,3 0,48 0,72 0,94 Ci (M) 25,0 20,0 10,0 6,0 A (%) Kết cho thấy, với nồng ñộ bã mía 2,0g/200ml dung dịch axit axetic, thời gian hấp phụ 45 phút ñã xử lí gần hoàn toàn (98,0%) dung dịch CH3COOH 0,01M, nồng ñộ axit lại nhỏ 2.10-4M Chứng tỏ sau biến tính HCl 5% với ñiều kiện tối ưu khác, bã mía ñã có khả hấp phụ tốt 3.4.2 Kết dùng bã mía biến tính hấp phụ màu phẩm nhuộm 3.4.2.1 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến hiệu suất hấp phụ màu phẩm nhuộm bã mía biến tính Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 Lấy 2g bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu + 200ml dung dịch màu phẩm nhuộm nồng ñộ 0,6 g/l; pH = 7; tốc khuấy ñộ 150 vòng/phút, thời gian khuấy hấp phụ thay ñổi từ 10 phút → 120 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút, lọc lấy phần dung dịch, ñem xác ñịnh nồng ñộ màu phẩm nhuộm lại dung dịch sau hấp phụ Phần trăm hấp phụ 2g bã mía: C − Ci A= 100 C0 Với C0 = 0,6 g/l Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.11: Bảng 3.11 Ảnh hưởng thời gian khuấy ñến hiệu suất hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía biến tính t(phút) 10 20 40 60 70 C0 (g/l) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 Ci (g/l) 0,51 0,45 0,36 0,27 0,25 A (%) 15,0 25,0 40,0 55,0 58,3 t(phút) 90 100 120 80 C0 (g/l) 0,6 0,6 0,6 0,6 Ci (g/l) 0,22 0,21 0,2 0,22 A (%) 63,3 65,0 66,7 63,3 Kết cho thấy, thời gian hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ màu phẩm nhuộm tăng Tuy hiệu suất hấp phụ sau 100 phút 120 phút có cao so với sau 80 phút, song chênh lệch không nhiều, xem trạng thái cân hấp phụ ñược thiết lập sau 80 phút khuấy liên tục Thời gian ñạt cân hấp phụ màu phẩm nhuộm lớn so với axit axetic, phân tử màu có kích thước lớn hơn, cồng kềnh nên việc thẩm thấu vào mao quản bã mía diễn chậm Chúng chọn 80 phút thời gian tối ưu áp dụng cho lần khảo sát hấp phụ Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 21 3.4.2.2 Ảnh hưởng tỉ lệ Rắn : Lỏng ñến hiệu suất hấp phụ màu phẩm nhuộm bã mía biến tính Thay ñổi khối lượng từ 0,5g → 4g bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu + 200ml dung dịch màu phẩm nhuộm nồng ñộ 0,6 g/l; pH = 7; tốc khuấy ñộ 150 vòng/phút, thời gian khuấy hấp phụ 80 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút, lọc lấy phần dung dịch, ñem xác ñịnh nồng ñộ màu phẩm nhuộm lại dung dịch sau hấp phụ Phần trăm hấp phụ bã mía: A = C0 − Ci 100 Với C0 = 0,6 g/l Phần trăm hấp phụ tính cho C0 gam bã mía biến tính: Ai= A/m (với m khối lượng bã mía biến tính cho lần hấp phụ) Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.12: Bảng 3.12 Ảnh hưởng tỉ lệ Rắn : Lỏng ñến hiệu suất hấp m (g) C0 (g/l) Ci (g/l) A (%) Ai (%) m (g) C0 (g/l) Ci (g/l) A (%) Ai (%) phụ phẩm nhuộm hữu 0,5 1,5 0,6 0,6 0,6 0,6 0,54 0,51 0,36 0,22 10,0 15,0 40,0 63,3 20,0 15,0 20,7 31,65 3,5 0,6 0,6 0,6 0,12 0,115 0,1 80,0 80,8 83,3 26,7 23,1 20,8 2,5 0,6 0,12 80,0 32,2 Từ kết cho thấy, khối lượng vật liệu hấp phụ tăng, hiệu suất hấp phụ tăng, chứng tỏ bã mía biến tính ñã hấp phụ tốt màu phẩm nhuộm hữu Nhưng vào hiệu suất hấp phụ cho 1g bã mía, ta nhận thấy sau 80 phút, tỉ lệ Rắn : Lỏng 2,5 g bã mía biến tính /200ml dung dịch màu phẩm nhuộm hữu khả hấp phụ bã mía lớn (80 % cho 2,5g hay 32,2 % gam Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 22 bã mía biến tính) Tỉ lệ Rắn : Lỏng ñược dùng cho khảo sát 3.4.2.3 Khảo sát giới hạn hấp phụ màu phẩm nhuộm bã mía biến tính Lấy 2,5 g bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu + 200ml dung dịch màu phẩm nhuộm có nồng ñộ thay ñổi từ 0,1g/l → 0,6g/l; pH = 7; tốc khuấy ñộ 150 vòng/phút, thời gian khuấy hấp phụ 80 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút, lọc lấy phần dung dịch, ñem xác ñịnh nồng ñộ màu phẩm nhuộm lại dung dịch sau hấp phụ Phần trăm hấp phụ 2,5 g bã mía: A = C − C i 100 Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.13: C0 Bảng 3.13 Giới hạn nồng ñộ hấp phụ màu phẩm nhuộm bã C0 (g/l) C0 (g/l) Ci g/l) A (%) C0 (g/l) C0 (g/l) Ci g/l) A (%) mía biến tính 0,1 0,2 0,05 0,6 0,6 0,6 1,5.10-3 0,01 0,025 90,0 87,5 97,0 0,8 0,6 0,6 0,28 0,66 65,0 34,0 0,4 0,6 0,07 82,5 0,6 0,6 0,12 80,0 Kết cho thấy với tỉ lệ rắn : lỏng là: 2,5g bã mía biến tính hấp phụ với 200ml dung dịch màu phẩm nhuộm, thời gian hấp phụ 80 phút, hấp phụ gần hoàn toàn dung dịch màu 0,05g/lít 0,1g/lít (90%→97%) Nồng ñộ màu lại 1,5.10-3 g/l, chứng tỏ bã mía sau hấp phụ HCl 5% với ñiều kiện tối ưu ñã có khả hấp phụ tốt chất hữu Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 3.5 So sánh khả hấp phụ axit axetic phẩm nhuộm hữu bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính 3.5.1 So sánh khả hấp phụ axit axetic bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính tối ưu than hoạt tính Để so sánh ñánh giá khả hấp phụ axit axetic bã mía biến tính, thực sau: Lấy 2g vật liệu hấp phụ + 200ml CH3COOH 0,2M; tốc ñộ khuấy 150 vòng/phút, thời gian khuấy hấp phụ 45 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút Lọc giấy lọc, chuẩn ñộ NaOH 0,1N ba lần, lấy kết trung bình - Hiệu suất hấp phụ ñược tính theo công thức: A= C0 − Ci 100 C0 Hấp phụ với CH3COOH có C0 = 0,2M Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.14: Bảng 3.14 So sánh khả hấp phụ axit axetic bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính Bã mía Bã mía chưa Than hoạt tính VLHP biến tính biến tính C0 (M) 0,2 0,2 0,2 Ci (M) 0,15 0,095 0,07 A (%) 25,0 52,5 65,0 Kết cho thấy, bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu có khả hấp phụ axit axetic tốt nhiều so với chưa biến tính Do bề mặt bã mía ñã biến tính xốp hơn, có cấu trúc mao quản tương ñối ñồng ñều so với bề mặt bã mía chưa biến tính nên có khả hấp phụ tốt Tuy hiệu suất hấp phụ không cao than Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 24 hoạt tính, xét mặt kinh tế môi trường, bã mía biến tính hứa hẹn tiềm sử dụng làm vật liệu hấp phụ tốt 3.5.2 So sánh khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính Để so sánh ñánh giá khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía biến tính, thực sau: Lấy 2,5 g vật liệu hấp phụ + 200ml dung dịch màu phẩm nhuộm nồng ñộ 0,6 g/l; pH = 7; thời gian khuấy hấp phụ 80 phút, nhiệt ñộ thường, ñể ổn ñịnh phút, lọc lấy phần dung dịch, ñem xác ñịnh nồng ñộ màu phẩm nhuộm lại dung dịch sau hấp phụ - Hiệu suất hấp phụ ñược tính theo công thức: A = C − C i 100 C0 Hấp phụ với dung dịch màu phẩm nhuộm nồng ñộ C0 = 0,6 g/l; Kết hấp phụ ñược thể bảng 3.15: Bảng 3.15 So sánh khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính Bã mía Bã mía chưa VLHP Than hoạt tính biến tính biến tính C0 (g/l) 0,6 0,6 0,6 Ci (g/l) 0,4 0,12 0,11 A (%) 33,3 80,0 81,7 Kết cho thấy, bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu có khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu tốt nhiều so với chưa biến tính Bã mía biến tính có khả hấp phụ màu phẩm nhuộm tốt hấp phụ axit axetic Hiệu suất hấp phụ bã mía biến tính tương ñương với than hoạt tính Điều ñược giải thích bề mặt bã mía ñã biến tính xốp hơn, có cấu trúc mao quản tương ñối ñồng ñều so với bề mặt bã mía chưa biến tính nên có khả hấp phụ tốt Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, ñề tài ñã thu ñược số kết sau: Thành phần hoá học bã mía - Thành phần, hàm lượng chất trước biến tính: Xenlulozơ 51,4 %; Hemixenlulozơ 22,7 %; Lignin 18,2 % ; Chất hoà tan khác 7,7 % - Thành phần, hàm lượng chất sau biến tính (%): Xenlulozơ 56,9 %; Hemixenlulozơ 24,0 %; Lignin 18,5 %; Chất hoà tan khác 0,6 % Đã biến tính bã mía axit tìm ñược ñiều kiện biến tính bã mía tối ưu là: - Axit HCl; Nồng ñộ axit HCl 5%; Nhiệt ñộ khuấy 50oC; Tỉ lệ rắn: lỏng = 1: 30; Thời gian khuấy liên tục: Bã mía sau biến tính HCl 5% có bề mặt xốp hơn, có cấu trúc mao quản tương ñối ñồng ñều so với bề mặt bã mía chưa biến tính Diện tích bề mặt ñược xác ñịnh theo phương trình BET là: 165,97 m2/g Đường kính mao quản là: 85,6 A0 Đã khảo sát khả hấp phụ bã mía biến tính ñối với hợp chất hữu cơ: - Hấp phụ axit axetic: Tỉ lệ R:L 2g bã mía : 200ml dung dịch CH3COOH 0,2M, thời gian hấp phụ 45 phút Với ñiều kiện ñó, xử lí gần hoàn toàn (98% nồng ñộ axit lại 2.10-4M) ñối với dung dịch CH3COOH 0,01M - Hấp phụ chất màu phẩm nhuộm hữu cơ: Tỉ lệ R:L 2,5g bã mía : 200ml dung dịch phẩm nhuộm hữu 0,6g/lít, ñiều kiện hấp phụ: thời gian 80 phút, pH = 7, nhiệt ñộ thường Trong ñiều Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 kiện ñó, bã mía biến tính hấp phụ gần hoàn toàn dung dịch màu 0,05g/lít 0,1g/lít (trên 97% → 90%) Bã mía ñã biến tính ñiều kiện tối ưu có khả hấp phụ axit axetic không cao than hoạt tính tốt nhiều so với chưa biến tính - Bã mía biến tính có khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu tốt nhiều so với chưa biến tính Hiệu suất hấp phụ bã mía biến tính tương ñương với than hoạt tính * Để hoàn chỉnh hướng ñề tài, xin có số kiến nghị sau: Tiếp tục nghiên cứu biến tính bã mía tác nhân khác như: Axit oxalic axit succinic, fomanñehit Dùng bã mía biến tính hấp phụ ion kim loại chất hữu khác nước thải Nghiên cứu trình tái xử lý bã mía sau hấp phụ Footer Page 26 of 126 ... tài: Nghiên cứu biến tính bã mía ứng dụng làm vật liệu hấp phụ số hợp chất hữu cơ Mục ñích nghiên cứu Biến tính bã mía ñể tạo vật liệu hấp phụ số hợp chất hữu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1... sánh khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính Để so sánh ñánh giá khả hấp phụ phẩm nhuộm hữu bã mía biến tính, thực sau: Lấy 2,5 g vật liệu hấp phụ + 200ml... biến tính, bã mía biến tính than hoạt tính 3.5.1 So sánh khả hấp phụ axit axetic bã mía chưa biến tính, bã mía biến tính tối ưu than hoạt tính Để so sánh ñánh giá khả hấp phụ axit axetic bã mía biến