Đang tải... (xem toàn văn)
BPA là một chất rắn không màu, tan trong các dung môi hữu cơ, nhưng kém tan trong nước. Nó đã được sử dụng thương mại kể từ năm 1957 8. Các nhà khoa học phát hiện nó có thể được sử dụng để sản xuất chất dẻo (như polycarbonate) và nhựa epoxy, rất thích hợp cho nhiều đồ dùng bằng nhựa khác nhau, từ chai nước đến các dụng cụ y tế, đĩa CD và DVD... Nhưng về sau có những bằng chứng khoa học cho thấy, ngay cả ở liều lượng thấp BPA cũng có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường. Hóa chất này được xếp loại là có khả năng gây rối loạn nội tiết, làm mất cân bằng hoocmôn trong cơ thể, có thể gây ung thư hoặc dị tật thai nhi. Liều lượng tham khảo tối đa cho BPA là 0,05 mg kg thể trọng ngày được đưa ra bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ 9. BPA không dễ phân hủy nên khó tiêu hủy một cách an toàn. Đặc biệt, BPA có khả năng tích tụ dần theo con đường sinh học trong chuỗi thức ăn với nồng độ đáng kể trong các sản phẩm như động vật thủy sinh, mỡ, sữa…Đây là mối đe dọa lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới con người và các sinh vật khác. BPA có thể được đưa vào môi trường nước thông qua quá trình sản xuất sản phẩm nhựa, rò rỉ từ sản phẩm nhựa, từ bãi chôn lấp, và từ nhiều nguồn khác gây ra sự nhiễm bẩn nước ngầm, nước mặt…
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG MÔN CHUYÊN ĐỀ Ô NHIỄM NƯỚC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Nghiên cứu so sánh hấp phụ loại bỏ bisphenol-A tro trấu carbon hoạt tính dạng hạt Adsorptive removal of bisphenol-A by rice husk ash and granular activated carbon—A comparative study TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2015 Các từ bài: • • • • • • • • • • Rice husk ash: tro trấu Granular activated carbon: carbon hoạt tính dạng hạt Intra-particle diffusion: khuếch tán hạt Resistance: sức kháng Pseudo-first-order: mô hình bậc Pseudo-second-order: mơ hình bậc hai Intraparticle diffusion models: mơ hình khuếch tán hạt Kinetic parameters: thơng số động học Adsorbent: chất hấp phụ Adsorbate: chất bị hấp phụ Danh mục từ viết tắt kí hiệu: BPA: bisphenol A GAC: Granular activated carbon (carbon hoạt tính dạng hạt) RHA: Rice husk ash (tro trấu) SEM: Scanning Electron Microscope (phương pháp kính hiển vi điện tử quét) FTIR: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (quang phổ hồng ngoại) ΔH: độ biến thiên nhiệt ΔG: độ biến thiên lượng tự Gibbs ΔS: độ biến thiên entropy MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.Giới thiệu phương pháp hấp phụ Theo GS Nguyễn Bin: “Hấp phụ trình hút chất rắn bề mặt vật liệu xốp nhờ lực bề mặt Các vật liệu xốp gọi chất hấp phụ, chất bị hút gọi chất bị hấp phụ” –Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm-tập Còn theo TS Phan Xuân Vận TS Nguyễn Tiến Qúy: “Hấp phụ, tượng bề mặt nhằm thu hút chất bị hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ làm giảm sức căng bề mặt chất hấp phụ”-Hóa keo, ĐH Nơng Nghiệp I, Hà Nội Tóm lại hấp phụ q trình tập trung chất lên bề mặt phân cách pha, lỏng-rắn, khí-lỏng hay khí-rắn, lỏng-lỏng Q trình giải hấp trình đẩy chất bị hấp phụ khỏi bề mặt chất hấp phụ Khi trình hấp phụ đạt trạng thái cân tốc độ hấp phụ tốc độ giải hấp Tùy theo chất lực tương tác chất hấp phụ chất bị hấp phụ mà người ta chia hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học Trong hấp phụ vật lý, chất bị hấp phụ tương tác với bề mặt vật hấp phụ lực vật lý (như lực Van der Waals, lực tương tác tĩnh điện ) khơng có trao đổi e- hai chất Ngược lại hấp phụ hóa học, liên kết hình thành chất hấp phụ chất bị hấp phụ Bảng 1.1 so sánh hấp phụ vật lý hấp phụ hóa học [7] H Loại liên kết Tư Nhiệt hấp phụ V Năng lượng hoạt hóa K Khoảng nhiệt độ hấp phụ N Số lớp hấp phụ N Tính thuận nghịch C 1.2 Sơ lược bisphenol A (BPA) Tên gọi theo IUPAC 4,4'-(propane-2,2-diyl) diphenol, gọi tắt BPA Cơng thức hóa học: (CH3)2C(C6H4OH)2 BPA chất rắn không màu, tan dung môi hữu cơ, tan nước Nó sử dụng thương mại kể từ năm 1957 [8] Các nhà khoa học phát Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 sử dụng để sản xuất chất dẻo (như polycarbonate) nhựa epoxy, thích hợp cho nhiều đồ dùng nhựa khác nhau, từ chai nước đến dụng cụ y tế, đĩa CD DVD Nhưng sau có chứng khoa học cho thấy, liều lượng thấp BPA gây hại cho sức khỏe người mơi trường Hóa chất xếp loại có khả gây rối loạn nội tiết, làm cân hoocmơn thể, gây ung thư dị tật thai nhi Liều lượng "tham khảo" tối đa cho BPA 0,05 mg / kg thể trọng / ngày đưa Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ [9] BPA khơng dễ phân hủy nên khó tiêu hủy cách an tồn Đặc biệt, BPA có khả tích tụ dần theo đường sinh học chuỗi thức ăn với nồng độ đáng kể sản phẩm động vật thủy sinh, mỡ, sữa…Đây mối đe dọa lớn, ảnh hưởng nghiêm trọng tới người sinh vật khác BPA đưa vào mơi trường nước thơng qua q trình sản xuất sản phẩm nhựa, rò rỉ từ sản phẩm nhựa, từ bãi chơn lấp, từ nhiều nguồn khác gây nhiễm bẩn nước ngầm, nước mặt… 1.3 Sơ lược vật liệu hấp phụ Ngày có nhiều nguyên liệu để dùng làm vật liệu hấp phụ như: xơ dừa, vỏ trấu, bã mía, bã trà, khống sét (cao lanh), chitosan (từ vỏ tôm, cua), 1.3.1 Than hoạt tính Than hoạt tính vật liệu hấp phụ tốt hợp chất hữu phenol, xylen, etylen glycol, Ái lực mạnh phân tử chất hữu không phân cực phân cực nhẹ Tuy nhiên, nhược điểm lớn than hoạt tính khó hồn ngun sau hấp phụ bão hòa Than hoạt tính tạo cách hoạt hóa carbon thu từ q trình nhiệt phân nguyên liệu: gáo dừa, vỏ hạnh nhân… 700oC, nước CO2 nhiệt độ 800-900oC để tạo thành cấu trúc rỗng hạt carbon, nhờ mà than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng lớn Than hoạt tính thơng thường có hai loại: - Dạng bột (powdered activated carbon-PAC): đường kính hạt từ 10-50µm - Dạng hạt (granular activated carbon-GAC): kích thước hạt lớn, thay đổi tùy thuộc loại sản phẩm Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 1.1 Than hoạt tính dạng bột dạng hạt 1.3.2 Tro trấu, lõi ngô -Vỏ trấu khô từ phụ phẩm nơng nghiệp nung 800 0C, sau nghiền qua rây 0.5 mm để thu tro trấu [6] Ngoài số nghiên cứu khác, lấy tro trấu từ nhà máy đường, nhà máy giấy (nhiệt độ đốt ≥7000C) -Lõi ngơ: Nhóm nghiên cứu trường Đại Học North Carolina (Hoa Kỳ) tiến hành nghiên cứu đề xuất quy trình xử lý lõi ngơ dung dịch chứa NaOH va H 3PO4 để chế tạo vật liệu hấp phụ kim loại nặng Hiệu xử lý vật liệu hấp phụ tương đối cao Dung dịch hấp phụ cực đại hai kim loại nặng Cu Cd 0,39 0,62 mmol/g vật liệu 1.4 Các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Ba mơ hình đường đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich, Temkin, sử dụng để làm rõ đặc điểm trạng thái cân hấp phụ Bảng 1.2 Một số đường đẳng nhiệt hấp phụ [10] Đường đẳng Phương trình nhiệt Langmuir (Irving, 1918) Freundlich qe = Kf.Ce 1/n (Freundlich, 1906) Temkin qe = BT ln (KTCe) (Temkin and Pyzhev, 1940) Trong đó: Ghi Năng lượng bề mặt đồng Áp dụng cho bề mặt không đồng Để xem xét ảnh hưởng gián tiếp tương tác chất hấp phụ/chất hấp phụ Ce : Nồng độ chất bị hấp phụ nước trạng thái cân mg/L qe : nồng độ chất hấp phụ pha hấp phụ trạng thái cân (mg/g) max tối đa qmax lượng chất hấp phụ tối đa vật liệu hấp phụ (mg/g) KL số cân hấp phụ (l/mg) Kf : hệ số Frieundlich, mg chất bị hấp phụ/ g chất hấp phụ 1/n : thông số cường độ Frieundlich KT số đường đẳng nhiệt Temkin (l / g) BT số liên quan đến nhiệt đường đẳng nhiệt Temkin hấp phụ (kJ/mol) Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 1.5 Các phương pháp khảo sát vật liệu 1.5.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron Microscope (SEM) Kính hiển vi điện tử quét sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt cấu trúc lớp mỏng bề mặt điều kiện chân khơng Nó tạo ảnh với độ phân giải cao bề mặt mẫu vật cách sử dụng chùm điện tử (chùm electron) hẹp quét bề mặt mẫu Việc tạo ảnh mẫu vật thực thông qua việc ghi nhận phân tích xạ phát từ tương tác chùm điện tử với bề mặt mẫu vật [11] 1.5.2 Phổ XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X sử dụng để đo hàm lượng chất có vật rắn Phương pháp thường sử dụng khống sản, xác đo tỉ lệ chất với Khi đo phổ XRD người ta có thơng tin đỉnh phổ cường độ đỉnh phổ Đỉnh phổ đặc trưng cho mạng tinh thể có chất rắn, xác định chất cụ thể có vật rắn Còn cường độ đỉnh phổ đặc trưng cho mức độ tinh thể hóa chất Theo lý thuyết chung lượng vật chất chất nhiều đỉnh phổ cao ( tất tinh thể) Bằng cách so sánh phổ đỉnh phổ đo với phổ đỉnh phổ vật chất tinh khiết, người ta tính tốn suy khối vật rắn có chất hàm lượng [12] 1.5.3 Quang phổ hồng ngoại biến đổi chuỗi FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Xác định phổ IR sản phẩm tổng hợp được, chất chưa biết tên Từ định danh nhóm chức có hợp chất phân tích dùng chủ yếu phân tích định tính, định lượng hợp chất hữu cơ, cấu trúc hố học hợp chất vơ Mỗi hợp chất hoá học hấp thụ lượng hồng ngoại tần số đặc trưng Cấu trúc vật chất xác định vị trí vạch hấp thu phổ nhận CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu: Tìm khả sử dụng tro trấu vật liệu hấp phụ loại bỏ BPA từ dung dịch nước so sánh với hạt carbon hoạt tính (GAC) Ảnh hưởng thông số nồng độ ban đầu (Co), liều lượng hấp phụ (m), nhiệt độ (T), pH, thời gian (t) Động lực hấp phụ BPA lên RHA GAC phân tích mơ hình động Dữ liệu thí nghiệm xử lý với mơ hình đẳng nhiệt Freundlich, Langmuir Temkin để tìm mơ hình Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 đẳng nhiệt phù hợp Các thơng số nhiệt động lực học q trình hấp thụ nghiên cứu 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu: Carbon hoạt tính dạng hạt tro trấu thu sau đốt nhà máy đường 2.2 Vật liệu phương pháp 2.2.1 Chất bị hấp phụ chất hấp phụ - RHA lấy từ nhà máy đường Triveni, Deoband, UP, Ấn Độ - GAC cung cấp từ công ty Zeo Tech Adsorbents Pvt Ltd, New Delhi, Ấn Độ - BPA cung cấp Sisco Research Laboratories Pvt Ltd, Mumbai, Ấn Độ Dung dịch BPA 1.000 mg/L chuẩn bị cách trộn 1g BPA 1.000 mL nước cất 2.2.2 Dụng cụ -Philips nhiễu xạ tia X (XRD), đơn vị (PW1140/90) sử dụng lọc niken phân tích tiêu đồng cho phân tích nhiễu xạ tia X Bước sóng khơng đổi 1,542 A° với vận tốc góc 1°/phút -Kính hiển vi điện tử quét LEO 435 VP (SEM) dùng để phân tích cấu trúc rỗng BPA-chứa RHA GAC -Máy quang phổ Nicolet Avatar 370 CSI dùng để thu quang phổ FTIR 4,000-400 cm-1 -Mật độ khối RHA GAC đo máy mật độ khối lượng thể tích MAC -Máy quang phổ HACH DR với 5.000 tia kép UV-vis dùng để xác định nồng độ ban đầu cuối BPA -Diện tích bề mặt chất hấp phụ xác định hấp phụ chất lỏng N 77,15K 2.3 Nghiên cứu khả hấp phụ mẻ Mỗi thí nghiệm thực cách sử dụng 100 ml dung dịch biết nồng độ BPA bình nón với lượng biết RHA GAC Dung dịch HCl NaOH dùng để điều chỉnh pH ban đầu Hỗn hợp BPA chất hấp phụ khuấy máy khấy tốc độ khơng đổi 150 rpm, nhiệt độ kiểm sốt Tỷ lệ loại bỏ BPA tính tốn dựa mối quan hệ sau đây: Tỷ lệ loại bỏ BPA với thời gian t: H = x 100 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Sự hấp phụ chất bị hấp phụ thời gian "t" tính tốn theo cơng thức sau đây: qt (mg/g) = x V Với: Co nồng độ BPA ban đầu (mg/L) Ct nồng độ BPA thời điểm t m khối lượng vật liệu hấp phụ (g) V thể tích dung dịch (L) CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất chất hấp phụ Diện tích bề mặt xác định theo Brunauer Emmett Teller RHA GAC tìm thấy 21,6 137,9 m 2/g Các dạng RHA đốt nóng trấu nhiệt độ cao gây giảm hàm lượng carbon RHA tăng tỷ lệ silicon dioxide RHA Tỷ lệ carbon RHA thấp gây diện tích bề mặt RHA thấp so với GAC Mật độ thể tích RHA GAC tìm thấy 251 638 kg / m Phổ XRD (hình 3.1) GAC cho thấy diện silicon oxide (SiO 2), aluminum oxide hydroxide [4Al2O3.H2O], Fersilicate (FeSi), RHA tìm thấy có chứa silica (SiO2) (a) RHA-blank (ban đầu) RHA-BPA loaded (sau hấp phụ) Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 (b) GAC-blank (ban đầu) and GAC-BPA loaded (sau hấp phụ) Hình 3.1 Phổ XRD trước sau hấp thu BPA RHA GAC Điểm biến động khoảng 2θ từ 15-30 ° GAC RHA (tại 2θ = 28°) tương ứng với diện silica Có thể nhìn thấy hình.1 khơng có thay đổi đáng kể quang phổ XRD quan sát sau hấp phụ BPA Hình thái chất hấp phụ nghiên cứu phân tích SEM Hình ảnh SEM GAC tinh khiết 10 Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 GAC RHA hấp phụ BPA hiển thị hình 3.2 Hình 3.2 SEM BPA GAC ban đầu sau hấp phụ Hình ảnh SEM RHA cho thấy có mặt cấu trúc dạng sợi tuyến tính với nhiều lỗ cấu trúc giống xương Ngồi ra, RHA có lỗ so với GAC Quang phổ FTIR chất hấp phụ thể hình 3.3 Peak rộng khoảng 3,100-3,700 cm-1 quan sát thấy chất hấp phụ Những peak có diện nhóm OH bề mặt chất hấp phụ Phổ FTIR cho thấy nhóm OH liên kết với gốc methyl chất hấp phụ Kéo dài tới 3,400 cm-1 Si gắn với nhóm OH nước Peak yếu rộng khoảng 1,6001,800 cm-1 cho thấy diện nhóm CO liên kết với xeton andehit Peak 1,600 cm-1 hydro carbon liên kết với nhóm cacbonyl Peak mức 1,100 cm-1 linh động nhóm chức CO có lactones Cấu trúc CH thơm carboxyl-carbonate xác định peak khoảng 1,360-1,420 cm-1 Các dải yếu rộng không cung cấp thông tin xác thực chất khác bề mặt RHA GAC FTIR RHA hay GAC khác nhau, có loại nhóm chức khác bề mặt RHA GAC FTIR vật liệu hấp phụ ban đầu (RHA GCA) vật liệu hấp phụ chứa BPA tương tự, có thay đổi biên peak trước sau hấp phụ trình hấp phụ chủ yếu vật lý tự nhiên 11 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 3.3 Quang phổ FTIR chất hấp phụ trước sau hấp phụ 3.2 Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ pH Ảnh hưởng khối lượng chất hấp phụ (m) với loại bỏ BPA thể hình 3.4 12 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 3.4 Hiệu hấp phụ loại bỏ BPA RHA (t = 180 phút, pH , T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) GAC (t = 120 phút, pH 6, T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) Hình cho thấy GAC hiệu RHA việc loại bỏ BPA Ảnh hưởng pH hiển thị hình 3.5 Hình 3.5 Ảnh hưởng pH lên hấp phụ loại bỏ BPA RHA (t = 180 phút, m = 30 g/L, T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) GAC (t = 120 phút, m = 20 g/L, T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) 13 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Các giá trị khác pH dao động 2-12 có điều chỉnh với dung dịch HCl NaOH Kết hiệu suất xử lý không bị ảnh hưởng nhiều thay đổi pH Nó tính chất vật lý q trình hấp phụ chứng minh FTIR phân tích nhiệt động lực học (được đưa phần sau) Nghiên cứu phần sau thực pH tự nhiên dung dịch BPA 3.3 Ảnh hưởng nồng độ BPA ban đầu Ảnh hưởng C0 thể hình 3.6 Hiệu loại bỏ BPA giảm đáng kể nồng độ dung dịch BPA tăng từ 20 lên 350 mg/L Ở nồng độ BPA thấp hơn, phần trăm loại bỏ cao số lượng phân tử bị hấp phụ cạnh tranh cho vị trí hấp phụ so với nồng độ BPA cao Do đó, nồng độ C cao hiệu loại bỏ BPA thấp Hình 3.6 Ảnh hưởng nồng độ BPA ban đầu việc loại bỏ BPA RHA (t = 180 phút, pH 6, m = 30 g/L, C0 = 10–400 mg/L) GAC (t = 120 phút, pH 6, m = 20 g/L, C0 = 10–400 mg/L) 3.4 Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc động học hấp phụ Kết thể hình 3.7 nồng độ BPA cụ thể, phần trăm loại bỏ BPA tăng với gia tăng thời gian tiếp xúc 14 Báo cáo chuyên đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 3.7 Ảnh hưởng thời gian với việc loại bỏ BPA RHA (m = 30 g/L, pH 6, T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) GAC (m = 20 g/L, pH 6, T = 30˚C, C0 = 100 mg/L) Đối với thời gian xử lý lâu hơn, chất bị hấp phụ có khả khuếch tán xa vượt qua sức kháng đạt cân Sự hấp thu nhanh chóng chất bị hấp phụ quan sát 30 phút trình hấp phụ Tỷ lệ loại bỏ cao lúc đầu sau thời gian, trở nên cho thấy bề mặt hấp phụ có giới hạn Sau thời gian, nồng độ BPA pha nước bề mặt chất hấp phụ đạt trạng thái cân khơng khả hấp phụ Q trình hấp phụ BPA RHA GAC nghiên cứu cách sử dụng mơ hình động học cụ thể pseudo-first-order (mơ hình bậc nhất), pseudo-second-order (mơ hình bậc hai), mơ hình khuếch tán hạt (intraparticle diffusion models) Phương trình mơ hình bậc biểu diễn dạng toán học sau: Trong đó: qt lượng chất bị hấp phụ hấp phụ thời điểm t (mg/g), qe khả hấp phụ trạng thái cân (mg/g) kf số mơ hình bậc Phương trình mơ hình bậc hai gồm dạng sau đây: Trong đó: ks số tốc độ mơ hình bậc hai (g/phút mg) 15 Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 Tốc độ hấp phụ ban đầu, h (mg/g phút) xác định là: Các giá trị phù hợp thông số động học k f, h, qe, ks thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Các thông số động học Giá trị hệ số tương quan (R2) cho thấy liệu động học hấp phụ phù hợp với mơ hình bậc hai cho hai chất hấp phụ Ta thấy giá trị h q e GAC cao RHA cho C0 3.5 Mơ hình khuếch tán nội phân tử/ tốc độ điều khiển Trong trình hấp phụ, việc vận chuyển chất bị hấp phụ từ dung dịch tới bề mặt chất hấp phụ, bao gồm bước sau đây: (a) chuyển động chất bị hấp phụ từ dung dịch tới bề mặt chất hấp phụ gọi phủ lớp màng mỏng (film) hay phân tán bên (b) chuyển giao chất bị hấp phụ từ lớp biên đến bề mặt (c) khuếch tán phân tử BPA đến điểm hấp phụ trình khuếch tán vào lỗ rỗng thông qua chế khuếch tán bề mặt rắn (d) hấp phụ chất bị hấp phụ điểm hấp phụ Cơ chế hấp phụ BPA vào RHA GAC nghiên cứu mơ hình khuếch tán vào bên hạt: qt = kidt1/2+ I (6) kid :được xác định số tốc độ khuếch tán vào hạt (mg/g ½) I :là số, biểu thị từ mối quan hệ q e t0.5 Giá trị I hình dung độ dày lớp biên 16 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 3.8 Đồ thị Webber-Morris loại bỏ BPA RHA GAC Hình 3.8 cho thấy mối liên hệ q t 0.5 nồng độ khác BPA chất hấp phụ Các đường hình khơng qua gốc dẫn đến kết luận có khác biệt tốc độ ban đầu tốc độ cuối hấp phụ Từ đồ thị này, rõ ràng biểu đồ đa tuyến Các phần tuyến tính đại diện khuếch tán lỗ rỗng to khuếch tán bề mặt quy cho giai đoạn cân dần với khuếch tán hạt chiếm ưu Phần tuyến tính thứ hai đại diện cho khuếch tán lỗ trung trình khuếch tán vào hạt Giá trị k id.1 , I1 , kid,2 , I2 thể bảng Từ kết trên, quan sát thấy giá trị k id phần tuyến tính gấp khoảng sáu lần phần thứ hai mà biểu thị tốc độ cao hấp phụ Từ Bảng 1, điều chứng minh tăng nồng độ, giá trị kid tăng 3.6 Nghiên cứu đường đẳng nhiệt hấp phụ Nhiệt độ hoạt động trình hấp phụ ảnh hưởng đến cân hấp thu dung lượng khác Đồ thị qe, so với Ce cho BPA-RHA BPA-GAC thể hình 3.9 nhiệt độ khác (15, 30, 45˚C) 17 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Hình 3.9 Đường hấp phụ đẳng nhiệt nhiệt độ khác để loại bỏ BPA RHA GAC Quá trình hấp phụ thường coi trình tỏa nhiệt, khả hấp phụ giảm nhiệt độ tăng Tuy nhiên, nghiên cứu này, trái với quan sát bình thường, hấp phụ tăng tăng nhiệt độ cho hai chất hấp phụ Tăng khả hấp phụ hoạt hố vị trí tăng nhiệt độ tăng tính di động phân tử BPA nhiệt độ cao Khuyếch tán tác động nhiệt độ góp phần việc tăng cường khả hấp phụ chất hấp phụ tăng nhiệt độ, trình hấp phụ kiểm sốt q trình khuếch tán, nói phần trước Mối quan hệ số lượng chất bị hấp phụ hấp phụ vật liệu hấp phụ nồng độ dung dịch trạng thái cân nhiệt độ không đổi gọi hấp phụ đẳng nhiệt Mô hình đường đẳng nhiệt Langmuir đơn lớp hấp phụ với lượng bề mặt đồng khơng có chuyển đổi chất tan Mơ hình đường đẳng nhiệt Freundlich áp dụng cho bề mặt không đồng Mơ hình giả định vị trí có lượng liên kết khác vị trí có lượng liên kết mạnh chiếm giữ Đường đẳng nhiệt Temkin giải thích tương tác chất bị hấp phụ chất hấp phụ Trong mơ hình, giả định giảm nhiệt phân tử hấp phụ tuyến tính phạm vi Các giá trị tham số cho mơ hình đường đẳng nhiệt khác cụ thể Langmuir, Freundlich, Temkin đánh giá trình bày bảng với giá trị R2 nhiệt độ khác 18 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 Bảng 3.2 Thơng số đường đẳng nhiệt cho việc loại bỏ Bisphenol-A RHA (t = h, m = 30 g / L) GAC (t = h, m = 20 g / L) Đối với đường đẳng nhiệt Langmuir, gia tăng giá trị tham số (Q b) với tăng nhiệt độ khẳng định tính chất thu nhiệt q trình Từ bảng 2, quan sát giá trị 1/n cho đường đẳng nhiệt Freundlich nhỏ tất nhiệt độ cho hai chất hấp phụ, khả hấp phụ BPA thuận lợi hai chất hấp phụ 3.7 Ước lượng thông số nhiệt động lực học Phương trình sau sử dụng để xác định thơng số nhiệt động lực học Trong đó: ΔG˚ thay đổi lượng tự (kJ / mol) R số khí (8,314 J / mol K) T nhiệt độ (K) Kads số cân cho BPA dung dịch bề mặt vật liệu hấp phụ ΔH˚ thay đổi enthalpy (kJ / mol) ΔS˚ thay đổi entropy (kJ / mol K) Kads đánh giá từ ln (qe / Ce) so với qe Giá trị tất tham số liệt kê bảng 3.3 Bảng 3.3 Tham số nhiệt động lực cho hấp phụ Bisphenol-A RHA (t = h, m = 30 g / L) GAC (t = h, m = 20 g / L) Giá trị ΔG˚ âm cho thấy trình hấp phụ dẫn đến sụt giảm ΔG˚ trình hấp phụ thực tự phát Nói chung, giá trị ΔG˚ -20 kJ / mol cho hấp thu vật lý; khoảng -80 đến -400 kJ/mol cho hấp thu hóa học Hầu hết giá trị ΔG˚ nằm -20 kJ/mol hấp phụ 19 Báo cáo chun đề nhiễm nước nhóm 04 BPA vào RHA GAC thuộc vật lý tự nhiên Giá trị dương ΔH˚ chất thu nhiệt hấp phụ BPA vào GAC RHA Rắn/lỏng q trình hấp phụ hồn thành hai bước: bước liên quan đến việc giải hấp phân tử nước hấp phụ trước bước thứ hai, chất bị hấp phụ hấp phụ chất hấp phụ Quá trình cạnh tranh cần trao đổi phân tử nước phân tử BPA Cần lượng để hồn thành q trình hấp phụ BPA thu nhiệt Trong hấp thu vật lý, mối quan hệ chất hấp phụ chất bị hấp phụ tương tác lực van der Walls ΔH˚ thường khoảng 510 kJ/mol cho giai đoạn hấp phụ pha lỏng Trong trường hợp hấp thu hóa học, liên kết hóa học hình thành phân tử bị hấp phụ bề mặt; nói chung lượng hấp thu hóa học khoảng 30-70 kJ/mol Gá trị đưa bảng cho thấy hấp phụ cho BPA lên RHA GAC hấp phụ vật lý Các giá trị dương ΔS˚ cho thấy tăng tính ngẫu nhiên bề rắn/dung dịch với số thay đổi cấu trúc chất bị hấp phụ chất hấp phụ Giá trị ΔS˚ dương tương ứng với mức độ tăng tính tự hấp phụ BPA CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Dựa vào kết thực nghiệm thu nghiên cứu so sánh hấp thụ loại bỏ bisphenol-A dung dịch nước tro trấu carbon hoạt tính dạng hạt, rút số kết luận sau: Một, điều kiện tối ưu cho dung dịch chứa 100 mg / L BPA là: liều lượng hấp phụ 30 g / L RHA 20 g / L GAC; thời gian = h cho RHA h cho GAC pH tự nhiên dung dịch Hai, tối ưu hóa điều kiện xử lý, hiệu suất loại bỏ BPA RHA GAC phát 73,2% 94% Khả hấp phụ để loại bỏ BPA GAC tốt so với RHA Ba, mô hình đại diện tốt cho RHA GAC mơ hình đường đẳng nhiệt Freundlich Temkin Sự hấp phụ BPA lên GAC RHA trình thu nhiệt tự nhiên 4.2 Khả áp dụng nghiên cứu Việt Nam Hiện nay, việc phát triển nhanh chóng khu cơng nghiệp đô thị Việt Nam nguyên nhân gây nhiễm mơi trường nghiêm trọng Trong đó, nguồn gây ô nhiễm chủ yếu chất thải từ nhà máy, hóa chất sử dụng công nghiệp 20 Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 nơng nghiệp Một hóa chất ảnh hưởng nhiều tới sức khỏe người q trình nhiễm nguồn nước nhóm chất gây rối loạn nội tiết (EDCs), đặc biệt Bisphenol-A (BPA) BPA hóa chất cơng nghiệp quan trọng, sử dụng rộng rãi công nghiệp sản xuất chất dẻo, polyme Nghiên cứu “Sự phân bố Bisphenol-A nước bề mặt trầm tích số khu vực miền Bắc miền Trung Việt Nam” “Groundwater screening for 940 organic micro-pollutants in Hanoi and Ho Chi Minh City, Vietnam” cho thấy BPA xuất hầu hết mẫu nước mặt, nước ngầm, trầm tích vùng Việt Nam, cụ thể điểm lấy mẫu khu vực sông Hồng, sông Hương, sơng Đồng Nai… nơi tiếp nhận nguồn nước thải từ khu công nghiệp lớn nước thải sinh hoạt dọc khu dân cư dọc hệ thống sông Bảng 4.1 Địa điểm phân bố nồng độ BPA nước mặt trầm tích Nguồn: “Sự phân bố Bisphenol-A nước bề mặt trầm tích số khu vực miền Bắc miền Trung Việt Nam” Tuy hàm lượng BPA mẫu nằm ngưỡng cho phép, với tính chất tích lũy thể sinh vật PBA khả gây ảnh hưởng tới người hóa chất lớn Bên cạnh đó, hàm lượng BPA nước ngầm, nước mặt, nước thải mơi trường có xu hướng ngày gia tăng gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường, người, sinh vật khác khơng có biện pháp kiểm sốt, xử lí phù hợp Mặt khác, theo thống kê năm 2014, sản lượng lúa nước đạt 44,84 triệu tấn, tăng 80,4 vạn so với năm 2013, có xu hướng tiếp tục tăng năm Đây nguồn phát sinh vỏ trấu với số lượng không nhỏ Tuy nhiên nay, vỏ trấu chủ yếu sử dụng chất đốt, phân bón nơng nghiệp Một lượng vỏ trấu nghiên cứu sử dụng làm vật liệu lọc nước, sản xuất khí gas sinh học khơng đáng kể Phần lại trở thành phụ phẩm nơng nghiệp khơng xử lí xử lí chưa cách, trở thành nguồn gây ô nhiễm môi trường đất, nước khơng khí 21 Báo cáo chun đề ô nhiễm nước nhóm 04 Bên cạnh đó, nghiên cứu “So sánh hấp thụ loại bỏ bisphenol-A dung dịch nước tro trấu carbon hoạt tính dạng hạt” tiềm ứng dụng tro trấu xử lý BPA thông qua thông số nồng độ ban đầu (Co), liều lượng hấp thụ (m), nhiệt độ (T), pH, thời gian (t) hiệu suất hấp thu BPA So sánh với GAC, khả hấp thụ loại bỏ BPA RHA có số hạn chế, GAC có giá thành cao, khả tái sinh khơng lớn lại làm tăng giá thành sản phẩm Với nguồn vật liệu dồi dào, sẵn có, rẻ tiền vỏ trấu Việt Nam, ứng dụng tro trấu làm vật liệu hấp thụ xử lí BPA khơng có ưu điểm định mặc kinh tế mà mở hướng cho loại phụ phẩm nông nghiệp Kết hợp yếu tố: Hàm lượng BPA xuất nước thải, nước ngầm, nước mặt ngày gia tăng nguy hiểm tiềm tàng tới sức khỏe người; nguồn vỏ trấu dồi dào, sẵn có, giá thành rẻ ưu vượt trội mặt kinh tế sử dụng RHA so với GAC xử lý BPA nước khẳng định nhiều tiềm ứng dụng đề tài nghiên cứu Việt Nam 22 Báo cáo chuyên đề nhiễm nước nhóm 04 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adsorptive removal of bisphenol-A by rice husk ash and granular activated carbon—A comparative study, tác giả P Sudhakar, Indra Deo Mall*, Vimal Chandra Srivastava [2] Hanh Thi Duong, Kiwao Kadokami, Hong Thi Cam Chau, Trung Quang Nguyen, Thao Thanh Nguyen, Lingxiao Kong (2015) Groundwater screening for 940 organic micro-pollutants in Hanoi and Ho Chi Minh City, Vietnam Environmental Science and Pollution Research [3] Trần Tân Văn, NHỮNG VẤN ĐỀ BỆNH HỌC LIÊN QUAN TỚI CÁC HÓA CHẤT GÂY RỐI LOẠN NỘI TIẾT (http://idm.gov.vn/nguon_luc/Xuat_ban/2008/a309/a51.htm) [4] Hồ Mỹ Dung, Trần Thị Liễu, Nguyễn Phạm Châu, Hoàng Thị Tuệ Minh, Lý Thu Hà (2004) Sự phân bố Bisphenol- A nước bề mặt trầm tích số khu vực miền Bắc miền Trung Việt Nam.Hội nghị Khoa học cán nữ 9, Hà Nội [5] Trung tâm Nông nghiệp Thống kê, Bộ Nông nghiệp phát triển nông thôn (2014) Báo cáo kết thực kế hoạch năm 2014 ngành nông nghiệp phát triển nông thôn (http://www.mard.gov.vn/Lists/appsp01_statistic/Attachments/87/Baocao_12_2014.pdf ) [6] Loại bỏ fluoride nước phương pháp hấp phụ sử dụng tro trấu phủ alumium hydroxide (Huỳnh Thị Nhi, 2015) [7] http://voer.edu.vn/c/su-hap-phu-adsorption/4d06b941/a21b8bc3 [8] https://en.wikipedia.org/wiki/Bisphenol_A [9] http://www.bisphenol-a.org/human/consafety.html [10] http://www.jesc.ac.cn/jesc_cn/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=2008200320 [11].https://vi.wikipedia.org/wiki/K%C3%ADnh_hi%E1%BB%83n_vi_%C4%91i %E1%BB%87n_t%E1%BB%AD_qu%C3%A9t [12] http://diendanvatlychatran.forumakers.com/t95-topic 23 ... RHA-blank (ban đầu) RHA-BPA loaded (sau hấp phụ) Báo cáo chuyên đề ô nhiễm nước nhóm 04 (b) GAC-blank (ban đầu) and GAC-BPA loaded (sau hấp phụ) Hình 3.1 Phổ XRD trước sau hấp thu BPA RHA GAC Điểm... mặt RHA GAC FTIR RHA hay GAC khác nhau, có loại nhóm chức khác bề mặt RHA GAC FTIR vật liệu hấp phụ ban đầu (RHA GCA) vật liệu hấp phụ ch a BPA tương tự, có thay đổi biên peak trước sau hấp phụ. .. giả P Sudhakar, Indra Deo Mall*, Vimal Chandra Srivastava [2] Hanh Thi Duong, Kiwao Kadokami, Hong Thi Cam Chau, Trung Quang Nguyen, Thao Thanh Nguyen, Lingxiao Kong (2015) Groundwater screening