-i - CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH oOo Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ ĐỨC TRUNG Cán bộ chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) LUẬN VĂN THẠC SỸ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Ngày Tháng Năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM -ii - VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc oOo NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CAO HỌC Họ và tên : ĐẶNG MINH ANH Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 04-07-1985 Nơi sinh: TP. Hồ Chí Minh Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường Khóa : K2009 TÊN ĐỀ TÀI : “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL BẰNG TRO LỤC BÌNH” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Khảo sát vật liệu hấp phụ tro lục bình. − Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phenol bằng tro lục bình. − Đánh giá hiệu quả hấp phụ của vật liệu tro lục bình − Thử nghiệm xử lý nước thải có chứa phenol. Ngày giao nhiệm vụ: 20/4/2013 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 01/8/2013 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. LÊ ĐỨC TRUNG Chữ ký cán bộ hướng dẫn HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT: (ghi họ tên và chữ ký) Cán bộ phản biện 1 Cán bộ phản biện 2 Nội dung và Đề cương luận văn cao học đã được thông qua Hội Đồng Chuyên ngành Ngày tháng năm 2013 PHÒNG ĐÀO TẠO PHÒNG CHUYÊN MÔN CHỦ NHIỆM NGÀNH -iii - LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè đồng nghiệp của tôi, qua đây tôi muốn trân trọng gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến: - Tiến Sĩ Lê Đức Trung – Viện Tài Nguyên Môi Trường, thuộc Đại Học Quốc Gia TPHCM – đã gợi ý đề tài và hướng dẫn từ những bước cơ bản nhất để tôi có thể đi đến kết quả cuối cùng. - Thạc sỹ Nguyễn Hữu Danh - một người anh, người đồng nghiệp - đã tận tình giúp đỡ tôi những kiến thức chuyên môn để giải quyết được các vấn đề trong luận văn. - Bạn Nguyễn Tiến Bách, cán bộ quản lý phòng thí nghiệm Trung tâm kỹ thuật và Công nghệ môi trường, thuộc trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM, cùng toàn thể anh chị em của phòng thí nghiệm đã giúp đỡ cơ sở vật chất để tôi tiến hành thí nghiệm. - Anh Nguyễn Văn Sơn, cán bộ quản lý kỹ thuật công ty ROBERT BOSCH và bạn Nguyễn Thị Ngọc Lam, nhân viên phòng thí nghiệm Nhà máy xử lý nước thải KCN Tân Tạo đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian khảo sát tại đây. - Đặc biệt là gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên để tôi có thêm niềm tin hoàn thành luận văn. Đặng Minh Anh -iv - TÓM TẮT LUẬN VĂN Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol bằng tro lục bình ở dạng than hoạt tính, nguyên liệu rễ lục bình được than hóa và nghiền nhỏ đến kích thước 180 – 300 μm để làm vật liệu hấp phụ. Tiến hành các thí nghiệm khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bằng tro lục bình, ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau về pH, thời gian phản ứng, nồng độ phenol, liều lượng chất hấp phụ. Kết quả thu được: pH tối ưu cho quá trình hấp phụ phenol là ở pH 7; trong khoảng pH 2 đến 6, dung lượng hấp phụ không thay đổi đáng kể; ở pH > 9 dung lượng hấp phụ giảm mạnh. Thời gian để quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng là 120 phút, và tốc độ hấp phụ nhanh đột biến trong khoảng 30 phút đầu, đạt 87 – 91% trên tổng số phenol bị hấp phụ. Quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình Langmuir và Freundlich, hệ số xác định (R 2 ) tương ứng là 0,96 và 0,95; dung lượng hấp phụ cực đại đạt 21,247 mg/g. Khảo sát động học hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 (R 2 = 0,99). Hiệu quả xử lý phenol trên 2 mẫu nước thải đạt lần lượt 39,39 % và 52%. Ngoài ra chúng tôi cũng tiến hành chụp ảnh SEM và phổ hồng ngoại FTIR để xác định đặc điểm hình thái và cấu trúc của vật liệu hấp phụ. -v - ABSTRACT Researching the potential of water hyacinth ash in the form of charcoal for phenol adsorption. The dried roots of water hyacinth were carbonized at the appropriate temperature and then sieved to the particle size of 180 – 300 μm. Studies were carried out to examine the factors affecting the adsorption process by water hyacinth ash under varying experimental conditions of pH, contact time, phenol concentration and adsorbent dosage. The optimum pH for adsorption was found to be 7; the uptake of phenol was almost constant in the pH range of 2,5 – 9; at pH over 9, the extent of adsorption dropped suddenly. The equilibrium time required for the adsorption of phenol on water hyacinth ash was 120 minutes, 87 – 91% of the total amount of phenol uptake was found to occur in the first rapid phase (30 min). The adsorption process was found to obey Langmuir adsorption isotherm and Freundlich adsorption isotherm, with the determination coefficient (R 2 ) is 0,96 and 0,95, respectively; maximum adsorption capacity of the adsorbent was found to be 21,247 mg/g. The result of the adsorption kinetics experiments showed that kinetic data closely followed the pseudo-second-order model (R 2 = 0,99). The phenol removal on 2 wastewater samples is 39,39 % and 52%. The scanning electron microscopy (SEM) analysis and the Fourier transform infra red (FTIR) spectral analysis were used to study the structural and morphological characteristics of adsorbent. -vi - MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv MỤC LỤC vi KÝ HIỆU VIẾT TẮT viii DANH MỤC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Tính mới của đề tài 2 3. Mục tiêu nghiên cứu 2 4. Phạm vi nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 6. Ý nghĩa của đề tài 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Giới thiệu chung về phenol và các hợp chất phenol 4 1.1.1. Cấu tạo, tính chất, sản xuất và ứng dụng của phenol 4 1.1.2. Hiện trạng ô nhiễm phenol trong nước thải và ảnh hưởng của phenol đến môi trường và con người 5 1.1.3. Các phương pháp để xác định phenol 7 1.1.4. Một số phương pháp xử lý phenol trong nước thải 10 1.2. Cơ sở lý thuyết của hấp phụ 15 1.2.1. Khái niệm. 15 1.2.2. Cân bằng hấp phụ 19 1.2.3. Các mô hình cơ bản của hấp phụ 20 1.2.4. Động học hấp phụ 23 1.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 24 1.2.6. Phương pháp hấp phụ đa phân tử BET 25 -vii - 1.2.7. Giới thiệu một số nghiên cứu về chất hấp phụ phenol trong nước thải 27 1.3. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu lục bình 32 1.3.1. Giới thiệu chung về cây lục bình 32 1.3.2. Các ứng dụng từ lục bình 34 1.3.3. Một số nghiên cứu về ứng dụng của lục bình trong xử lý nước thải 35 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1. Đối tượng nghiên cứu 38 2.2. Hóa chất 38 2.3 Dụng cụ và thiết bị 39 2.4. Phương pháp nghiên cứu 39 2.4.1. Tạo vật liệu hấp phụ từ rễ lục bình 39 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm, lấy mẫu và xử lý số liệu 39 2.4.2.1. Phương pháp thí nghiệm và lấy mẫu 39 2.4.2.2. Phương pháp xử lý số liệu 40 2.4.3. Nội dung thí nghiệm 41 2.4.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ 41 2.4.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ phenol 42 2.4.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 42 2.4.3.4. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 42 2.4.3.5. Nghiên cứu động học hấp phụ 43 2.4.3.6. Thử nghiệm xử lý nước thải chứa phenol 43 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 44 3.1 Vật liệu hấp phụ 44 3.2. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ phenol 48 3.3. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ phenol ban đầu 49 3.4. Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ 51 3.5. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ 53 3.6. Động học hấp phụ 58 3.7. Thử nghiệm xử lý phenol trong nước thải bằng tro lục bình 63 CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 4.1. Kết luận 65 4.2. Kiến nghị 66 -viii - TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC -ix - KÝ HIỆU VIẾT TẮT - EPA : United State Environmenyal Protection Agency - LC-MS : Liquid chromatography mass spectrometry - SIM : Secondary ion mass - UV : Ultra violet - p-CBDA : p-Chlorobenzen Diazonium Fluoroborat - DIPE : Diisopropyl Ether - MIBK : Methyl Isopropyl Ketone - WAO : Wet air oxidation - CWAO : Catalyst wet air oxidation - IUPAC : International Union of Pure and Applied Chemistry - BET : Brunauer-Emmett-Teller - FTIR : Fourier transform infra red - SEM : Scanning electron microscopy - q e : dung lượng hấp phụ cân bằng - q max : dung lượng hấp phụ cực đại - K L : hằng số Langmuir - K F : hằng số Freundlich - R L : tham số cân bằng - r : hệ số tương quan - R 2 : hệ số xác định -x - DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Giá trị giới hạn nồng độ cho phép của tổng nồng độ phenol và dẫn xuất 7 Bảng 1.2 Tóm tắt một số phương pháp xử lý hợp chất phenol trong nước thải 11 Bảng 1.3 Thành phần cây lục bình 33 Bảng 1.4 Một số thông số của lục bình đã xử lý ở 400 o C 33 Bảng 1.5 Thành phần hóa học trong tro lục bình 33 Bảng 3.1 Độ ẩm của nguyên liệu rễ lục bình 44 Bảng 3.2 Tính chất vật lý của vật liệu 44 Bảng 3.3 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào pH 48 Bảng 3.4 Dung lượng hấp phụ của vật liệu theo thời gian với các nồng độ phenol khác nhau 50 Bảng 3.5 Dung lượng và hiệu suất hấp phụ phenol ở các liều lượng chất hấp phụ khác nhau 51 Bảng 3.6 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đối với phenol 53 Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ cực đại của 1 số vật liệu hấp phụ đối với phenol 54 Bảng 3.8 Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt bằng tham số R L 55 Bảng 3.9 Giá trị tham số cân bằng R L của quá trình hấp phụ bằng tro lục bình 56 Bảng 3.10 Sự phụ thuộc lnq e vào lnC e đối với mô hình Freundlich 57 Bảng 3.11 So sánh hai mô hình hấp phụ Langmuir và Freundlich đối với vật liệu hấp phụ tro lục bình 58 Bảng 3.12 Giá trị ln(qe-q) theo thời gian ở các nồng độ phenol khác nhau 59 Bảng 3.13 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 1 59 Bảng 3.14 Phương trình động học bậc 1 của quá trình hấp phụ ở các nồng độ phenol khác nhau 59 Bảng 3.15 Giá trị t/q theo thời gian ở các nồng độ phenol khác nhau 61 Bảng 3.16 Giá trị các tham số của phương trình động học hấp phụ bậc 2 61 Bảng 3.17 Phương trình động học bậc 2 của quá trình hấp phụ ở các nồng độ phenol khác nhau 62 Bảng 3.18 Khả năng hấp phụ phenol trong nước thải bằng tro lục bình 63 [...]... hấp phụ - So sánh tính chất và khả năng hấp phụ của tro lục bình so với các vật liệu hấp phụ truyền thống khác - So sánh khả năng hấp phụ của tro lục bình với các vật liệu hấp phụ từ phụ phẩm, phế phẩm của nông nghiệp đã được nghiên cứu trước đây - Bước đầu xác định diện tích bề mặt riêng của tro lục bình 4 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phenol bằng tro lục. .. tài nhằm nghiên cứu đánh giá khả năng hấp phụ phenol trong nước thải của than đốt từ rễ lục bình, từ đó góp phần tạo thêm một loại chất hấp phụ có giá thành thấp mà khả năng xử lý hiệu quả 2 Tính mới của đề tài Đề xuất một nghiên cứu mới về vật liệu hấp phụ hiệu quả, rẻ tiền cũng như một ứng dụng mới cho rễ cây lục bình 3 Mục tiêu nghiên cứu - Khảo sát khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình và các... Langmuir Tham số cân bằng RL đối với quá trình hấp phụ phenol bằng tro lục bình Sự phụ thuộc lnqe vào lnCe đối với mô hình Freundlich Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 của phenol lên tro lục bình Động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 của phenol lên tro lục bình Khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình đối với mẫu A Khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình đối với mẫu B 4 22 22 25 26 32 38 44 44 45 46 47 47 48 51... liệu hấp phụ tro lục bình Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc và nồng độ ban đầu đến quá trình hấp phụ phenol Ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đối với dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ phenol Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ vào nồng độ đối với phenol Sự phụ thuộc Ce/qe vào Ce đối với mô hình Langmuir Tham số cân bằng RL đối với quá trình hấp phụ phenol bằng. .. tạo khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ nhờ vi sinh vật [4]  Hấp phụ trong môi trường nước Trong nước, tương tác giữa một chất hấp phụ và chất bị hấp phụ phức tạp hơn rất nhiều vì trong hệ có ít nhất ba thành phần gây tương tác: nước, chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Do sự có mặt của dung môi nên trong hệ sẽ xảy ra quá trình hấp phụ cạnh tranh giữa chất bị hấp phụ và dung môi trên bề mặt chất hấp phụ. .. Liều lượng vật liệu hấp phụ; - Thời gian hấp phụ; - Nồng độ chất hấp phụ 1.2.2 Cân bằng hấp phụ Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Khi tốc độ hấp phụ (quá trình thuận) bằng tốc độ giải hấp phụ (quá trình nghịch) thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng Với một lượng xác định, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích q... hoặc C) (1.1) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g) T: Nhiệt độ P: Áp suất C: Nồng độ của chất bị hấp phụ trong pha thể tích (mg/l)  Dung lượng hấp phụ cân bằng Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt độ [5] (1.2) Trong đó: q: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g) V:... Sự hấp phụ hóa học còn đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó xảy ra chậm - Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt Một số trường hợp tồn tại đồng - 17 - thời cả hai hình thức hấp phụ Ở vùng nhiệt độ thấp thường xảy ra hấp phụ vật lý, khi tăng nhiệt độ khả năng hấp phụ vật lý giảm, khả năng hấp phụ hóa học tăng lên  Giải hấp phụ. .. thống kê, xử lý các số liệu nhận được trong quá trình thí nghiệm 6 Ý nghĩa của đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học - Bước đầu khảo sát khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình - Thử nghiệm 1 loại chất hấp phụ mới từ lục bình, dễ sản xuất, giá thành thấp, nguồn gốc tự nhiên, hiệu quả hấp phụ cao hơn một số loại chất hấp phụ có nguồn gốc từ phụ phẩm nông nghiệp đã được nghiên cứu trước đây - Vừa giảm được 1 lượng... hợp chất Phenol gây ô nhiễm môi trường chủ yếu hiện nay là: 4-Cloro-3-Methylphenol; 2Clorophenol; 2,4-Diclorophenol; 2,4-Dimethylphenol; 2,4-Dinitrophenol; 2- Methyl-4,6-Dinitrophenol; 2-Nitrophenol; 4-Nitrophenol; Pentaclorophenol; 2,4,6Triclorophenol và Phenol Ngoài ra, còn nhiều dẫn xuất họ Phenol khác như : Pyrocatechol, Resorcinol; 3-NitroPhenol; 1,3-Diclorophenol; 2,3,4,6- Tetraclorophenol … . : “NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL BẰNG TRO LỤC BÌNH” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: − Khảo sát vật liệu hấp phụ tro lục bình. − Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ phenol bằng tro. trình hấp phụ. - So sánh tính chất và khả năng hấp phụ của tro lục bình so với các vật liệu hấp phụ truyền thống khác. - So sánh khả năng hấp phụ của tro lục bình với các vật liệu hấp phụ từ phụ. Động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 của phenol lên tro lục bình 60 Hình 3.15 Động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 của phenol lên tro lục bình 62 Hình 3.16 Khả năng hấp phụ phenol của tro lục bình đối