Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sắn

Tài liệu Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sắn: Tp chí Khoa hc Lc Hng 33 JSLHU JOURNAL OF SCIENCE OF LAC HONG UNIVERSITY Tp chí Khoa hc Lc Hng 2019, 7, 001-001 CH TO VT LIU HP PH T THÂN CÂY SN Synthesis absorb material from cassava stem Trn Th Hng Mây1, Nguyn Ngc2, Nguyn Trng Anh3* Khoa K thut Hóa hc và Môi trng, Trng i hc Lc Hng, ng Nai, Vit Nam 1hongmay211724@gmail.com, 2nguyenngoc9332@gmail.com, 3tronganh2008@gmail.com TÓM TT. Sn xut than hot tính t ph phm nông nghip thân cây sn không ch mang li hiu qu kinh t mà còn góp phn gii quyt các vn môi trng do ph thi nông nghip gây ra. Ngoài ra vt liu than hot tính c ch to có th thay th các loi vt liu khác có giá thành cao trong x lý nc thi và các lnh vc khác nh quân s, y t Trong bài báo này chúng tôi ã ch to thành công than hot tính t thân cây sn di tác dng ca cht bin tính Na2CO3. Than hot tính ã c to ra khi thân cây sn c bin tính vi Na2CO3, sau ó nun...

pdf5 trang | Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 300 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Chế tạo vật liệu hấp phụ từ thân cây sắn, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Tp chí Khoa hc Lc Hng 33 JSLHU JOURNAL OF SCIENCE OF LAC HONG UNIVERSITY Tp chí Khoa hc Lc Hng 2019, 7, 001-001 CH TO VT LIU HP PH T THÂN CÂY SN Synthesis absorb material from cassava stem Trn Th Hng Mây1, Nguyn Ngc2, Nguyn Trng Anh3* Khoa K thut Hóa hc và Môi trng, Trng i hc Lc Hng, ng Nai, Vit Nam 1hongmay211724@gmail.com, 2nguyenngoc9332@gmail.com, 3tronganh2008@gmail.com TÓM TT. Sn xut than hot tính t ph phm nông nghip thân cây sn không ch mang li hiu qu kinh t mà còn góp phn gii quyt các vn môi trng do ph thi nông nghip gây ra. Ngoài ra vt liu than hot tính c ch to có th thay th các loi vt liu khác có giá thành cao trong x lý nc thi và các lnh vc khác nh quân s, y t Trong bài báo này chúng tôi ã ch to thành công than hot tính t thân cây sn di tác dng ca cht bin tính Na2CO3. Than hot tính ã c to ra khi thân cây sn c bin tính vi Na2CO3, sau ó nung nhit cao. nh hng ca nng cht bin tính, thi gian nung và nhit nung n cht lng than hot tính ã c ánh giá qua vic chp hình nh b mt, cu trúc ca than hot tính và kh nng hp ph Methyl blue trong dung dch ca than. Kt qu cho thy mu than c to ra nng cht bin tính 1 M, thi gian nung vt liu bin tính 90 phút và nhit nung 500oC có hình nh b mt, cu trúc tt và kh nng hp ph Methyl blue cao nht (96,25%) so vi các mu than c to ra các giá tr c kho sát khác v nng cht bin tính, thi gian nung và nhit nung, và cao hn 4,5% than hot tính ngoài th trng (91,75%). Nghiên cu này không ch mang li li ích v mt kinh t cho bà con nông dân mà bên cnh ó còn góp phn gii quyt các vn môi trng do ph ph phm nông nghip gây ra. Nh vy bng quá trình bin tính vt liu kt hp vi than hóa chúng tôi ã ch to thành công than hot tính có kh nng hp ph tt hn so vi mu than hot tính có trên th trng. T KHOÁ: vt liu hp ph, than hot tính, thân cây sn ABSTRACT. The production of the activated charcoal from the waste of the cassava stem which doesn’t only bring the economic efficiency but also contribute solving the environmental problems due to the agricultural waste. Besides, manufactured activated charcoal materials can replace other costly materials in wastewater treatment or defferent areas like military, health care, etc. According to this article, we have been successful the activated charcoal from cassava stem reacted by denatured chemical Na2CO3 was invented successfully. This research doesn’t only bring the economic efficiency for the farmers but also contribute to deal with many environmental problems caused by agricultural waste. Throughout research’s process, it showed that denatured chemical 1 M, charring at 500oC within 90 minutes. The result showed the traetment efficiency of Methyl blue reaches 96,25%. KEYWORDS: adsorption; activated charcoal; cassava 1. GII THIU Theo Tng cc thng kê, tng sn phm thu c t nông nghip nm 2017 c tính tng 2,07% so vi nm 2016 [1]. Tuy nhiên, ngoài vic sn xut nông nghip ang phát trin thì còn mc phi mt s vn v các bãi cha, u ra cho các ph phm nông nghip sau thu hoch nh rm r, v tru, thân cây chui, v lc, thân cây sn ... Vic tái ch tn dng cht thi không nhng mang li li ích v mt kinh t, xã hi mà còn có ý ngha trong vic bo v môi trng. Din tích trng sn ca c nc t 569,9 nghìn ha so vi tng sn lng nông sn ca c nc, tuy nhiên lng thi b ca các ph phm ca ngành trng sn là khá ln [2]. V mt môi trng thân cây sn c coi là mt loi ph thi, nhng mt góc khác thân cây sn c coi là mt ngun tài nguyên nu nh con ngi bit thu hi và tn dng nh là mt ngun vt liu t nhiên, giá thành thp, thân thin vi môi trng trong vic x lý nc và nc thi. Than hot tính (THT) c bit n nh mt loi vt liu hp ph r tin dùng trong các lnh vc x lý môi trng nh: lc nc, lc không khí, x lý kim loi nng, kh màu, phòng c ... [3-5]. THT thng c sn xut ch yu t các nguyên liu r tin, thông thng là các ngun ph ph phm nông nghip nh: THT t v tru, lá tre, rm r, mùn ca, lá mía, lá ngô, lõi Ngô [6]; v su riêng [7]; v sn [8, 9]. Trong thân cây sn có thn phn và cu trúc cellulose, hemicellulose và lingnin ging nh các ph ph phm ã c nghiên cu, ngoài ra trong thân cây sn có hàm lng cacbon cao, hàm lng tro thp và xp ln. Cho nên, vic s dng thân cây sn ch to THT có hot tính và xp cao là hoàn toàn có th. Chính vì vy, trong nghiên cu này chúng tôi tin hành ch to vt liu hp ph THT t thân cây sn ng dng trong x lý môi trng ã c thc hin. 2. NI DUNG 2.1 Chun b nguyên liu Hình 2.1 Thân cây sn 2.2 Phng pháp nghiên cu Received: December, 11th, 2018 Accepted: June, 20th, 2019 *Nguyn Trng Anh Email: tronganh2008@gmail.com JOURNAL OF SCIENCE OF LAC HONG UNIVERSITY JSLHU https://tapchikhdt.lhu.edu.vn Tp chí Khoa hc Lc Hng Tp chí Khoa hc Lc Hng34 Trn Th Hng Mây, Nguyn Ngc, Nguyn Trng Anh Hình 2.2 S quy trình sn xut than hot tính Thân cây sn c thu gom và làm sch v, phi khô t nhiên, ct nh vi kích thc 2-5 cm. Ngâm nguyên liu bng Na2CO3 tng ng vi t l 1:4 trong 24 gi vi các nng khác nhau (0.5 M - 2 M) tìm iu kin hot hóa tt nht. Xác nh thi gian than hóa nguyên liu trong 60-120 phút nhit c nh 350oC. Vi nng và thi gian c xác nh tin hành than hóa nguyên liu nhit 350-500oC. THT sau khi than hóa ngui và ra sch loi b mui than và trung hòa pH n trung tính (7±0.5) bng nc ct ri mang i sy khô. ánh giá cht lng than bng hp ph Methyl blue vi 0.5 g than/200ml Methyl blue. So sánh vi than trên th trng tng ng vi 0.5g than/200 ml Methyl blue. 2.3 Kho sát các yu t nh hng n quá trình ch to than hot tính 2.3.1 Kho sát nh hng nng cht bin tính Ln lt cho 100 ml dung dch Methyl blue có nng ban u 1 g/l vào erlen 200 ml cha 0.5g than các nng cht bin tính khác nhau (0.5 M; 1 M; 1.5 M và 2 M) nung 350oC. Lc u vi vn tc 150 vòng/phút. Xác nh lng Methyl blue còn li sau thi gian phn ng bng phng pháp quang ph t 0 phút – 90 phút. 2.3.2 Kho sát nh hng thi gian than hóa Cho 100 ml dung dch Methyl blue vào 0.5 g than cha trong 3 erlen tng ng vi thi gian than hóa 30 phút, 60 phút và 90 phút vi nng cht bin tính 1 M, nung nhit 350oC. Lc mu vi vn tc 150 vòng/phút, sau ó dùng phng pháp quang ph xác nh lng Methyl blue. 2.3.3 Kho sát nh hng nhit than hóa Tng t cho 100 ml dung dch Methyl blue vào 0.5 g than cha trong 4 erlen tng ng vi than nung nhit 350oC, 400oC, 4500oC, 500oC vi nng cht bin tính 1 M và thi gian nung 90 phút. Dùng phng pháp quang ph xác nh lng Methyl blue còn li sau các khong thi gian 10 phút. 2.4 Kt qu và bin lun 2.4.1 nh hng ca nng bin tính Hình 2.3 Hình nh SEM ca than hot tính nng cht bin tính khác nhau: (a) 0 M; (b) 0.5 M; (c) 1 M; (d) 1.5 M; (e) 2 M Hình nh 2.3 là hình nh SEM ca vt liu THT vi nng cht bin tính khác nhau c ngâm trong 24h và nung nhit 350oC vi thi gian nung 60 phút. Thông qua hình 2.3a cho chúng ta thy mu THT không c x lý qua cht bin tính có b mt phng và b nhit nung làm vn v không còn gi c hình dng ban u ca vt liu. i vi mu than qua quá trình ngâm 24h trong cht bin tính các nng khác nhau cho ta thy b mt than vn gi c b mt phng ca than, cu trúc ca than và không b v vn. Khi nng cht bin tính tng t 1 M n 2 M (hình 2.3c- e), cho chúng ta thy kh nng bc các lp Cellulose ca thân cây sn mnh hn làm cho quá trình nung tn ng nhiu nhng lp mui than hoc than mng tn ti không liên kt bên trên b mt ca than theo vic tng nng cht bin tính. Hình 2.4 Kh nng x lý Methyl blue ca than hot tính vi s thay i nng cht bin tính: (a) 0 M; (b) 0.5 M; (c) 1 M; (d) 1.5 M; (e) 2 M Hình 2.4 là hình nh kh nng hp ph Methyl blue ca than hot tính sau 90 phút vi s thay i nng cht bin tính khác nhau c nung 350oC trong thi gian 60 phút. Kt qu x lý Methyl blue cho thy vi nng cht bin tính khác nhau cho ta thy kh nng hp ph Methyl blue khác nhau. i vi mu than không c x lý qua cht bin tính thì kh nng hp ph Methyl blu kém hiu qu hn so vi các mu than c x lý qua cht bin tính. ng cong (a) trong hình 2.4 là hình nh biu th kh nng x lý Methyl blue ca mu than không qua x lý cht bin tính, qua hình nh chúng ta thy trong 10 phút u thì hiu qu t khong 26,48%, 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 a b c d e Thi gian(min) Abs Bin tính vt liu vi Na2CO3 (0.5 M- 2 M) Than hóa nguyên liu t 350-500oC (trong 60-120 phút) Ra b mi than và sy khô trong 105oC Hp ph Methyl blue, so sánh vi than trên th trng. Vt liu (d) (c) (e) (b) (a) Tp chí Khoa hc Lc Hng 35 Ch to vt liu hp ph t thân cây sn trong khi ó các mu than c x lý qua cht bin tính thì hiu qu x lý t t 35,48% n 43,74%. Nhìn chung hiu qu x lý Methyl blue gim mnh khong 40 phút u và gim dn trong khong 50 phút sau, iu này có th gii thích do lúc u khi mi tip xúc vi Methyl blue THT vi kh nng hp ph tt nên hiu qu x lý Methyl blue cao, ngc li khi thi gian x lý kéo dài thì nng Methyl blue trong THT t n trng thái gn bão hòa dn n kh nng hp ph Methyl blue chm li. Hiu qu x lý Methyl blue tng dn và t khong 73% sau 90 phút i vi mu than không qua x lý chât bin tính. i vi các mu than ã qua x lý cht bin tính các nng khác nhau (Hình 2.4 b-e), qua hình nh chúng ta thy c hiu qu x lý Methyl blue khong 91%; 92%; 84% và 85% tng ng vi nng cht bin tính 0.5 M; 1 M; 1.5 M và 2 M. Qua kt qu x lý Methyl blue kt hp vi kt qu SEM chúng tôi thy nng cht bin tính 1 M là có hiu qu tt nht vì vy chúng tôi la chn nng cht bin tính là 1 M làm iu kin cho nng cht bin tính tin hành kho sát các yu t khác. 2.4.2 nh hng ca thi gian than hóa Hình 2.5 Hình nh SEM ca than hot tính thi gian nung khác nhau: (a) 60 phút; (b) 90 phút và (c) 120 phút Hình nh 2.5 là hình nh SEM ca vt liu THT vi nng cht bin tính 1 M c ngâm trong 24h và nung nhit 350oC vi thi gian nung thay i t 60 phút n 120 phút. Qua hình nh SEM cho ta thy: khi thi gian nung tng lên 90 phút thì kh nng loi b các lp mui than qua quá trình tách bc các lp Cenlulose to thành trong quá trình nung than tt hn (hình 2.5b). Ngc li, khi thi gian nung tng lên 120 phút thì quá trình to thành các lp mui than trên b mt than nhiu hn (hình 2.5c), iu này có th c gii thích do khi thi gian nung than tng lên nhiu làm cho quá trình cháy bc tách các lp Cellulose to thành các lp mui than trên b mt than ng thi làm cho cu trúc ca than b bít li gây nh hng n các l xp ca than. Hình 2.6 hình nh kh nng x lý Methyl blue ca THT sau 90 phút vi s thay i thi gian nung khác nhau c nung 350oC. Kt qu x lý Methyl blue cho thy vi thi gian nung khác nhau cho ta thy kh nng hp ph Methyl blue khác nhau. Hiu sut x lý Methyl blue t 42,2%; 44,49% và 39,98% trong 10 phút u i vi mu than c nung trong thi gian 60 phút; 90 phút và 120 phút. Sau thi gian 90 phút thì hiu qu x lý Methyl blue t 91,75%; 93,4% và 87,25% tng ng vi các mu than c nung trong thi gian 60 phút; 90 phút và 120 phút. Qua kt qu chúng tôi nhn thy thi gian nung mu 90 phút cho hiu qu x lý Methyl blue tt nht vì vy chúng tôi la chn thi gian nung mu là 90 phút. Hình 2.6 Kh nng x lý Methyl blue ca than hot tính vi s thay i thi gian nung: (a) 60 min; (b) 90 min; (c) 120 min 2.4.3 nh hng ca nhit than hóa Hình 2.7 Hình nh SEM ca (a) than hot tính không qua x lý cht bin tính nung nhit 500oC vi thi gian nung 90 phút và nhit nung khác nhau: (b) 350oC; (c) 400oC; (d) 450oC; (e) 500oC Hình nh 2.7a là hình nh SEM ca THT không qua x lý cht bin tính nung nhit 500oC vi thi gian nung 90 phút, qua hình nh cho chúng ta thy mu than b gãy vn và không gi c cu trúc l xp. Ngc li, i vi các mu than c x lý qua cht bin tính vn gi c cu trúc l xp. Hình nh 2.7b-e là hình nh SEM ca vt liu THT vi nng cht bin tính 1 M c ngâm trong 24h và nung các nhit nung khác nhau vi thi gian nung 90 phút. Qua hình nh SEM cho ta thy: kh nng hình thành cu trúc dng xp t ong tng khi nhit nung tng lên (hình 2.7c, d), ngc li khi nhit nung tng lên cu trúc xp t ong vn c gi và không làm gãy các cu trúc bên trong ca vt liu. Quá trình nung 500oC trong 90 phút (hình 2.7d) vt liu than không b b gãy các liên kt, các Cellulose trong thân cây sn b thiêu hy bi nhit cao li khung l xp bn to nên cu trúc THT xp. Vi kh nng to c các l xp và không làm hng cu trúc ca than to nên vt liu THT có th có c din tích b mt ln và to ra kh nng hp ph tt hn. Qua ó chúng ta có th thy khi mu than c x lý bng cht bin tính thì cht bin tính có th h tr giúp làm n nh cu trúc trong quá trình nung. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 a b c Abs Thi gian (min) (a) (c) (b) (a) (b) (c) (d) (e) Tp chí Khoa hc Lc Hng36 Trn Th Hng Mây, Nguyn Ngc, Nguyn Trng Anh Hình 2.8 Kh nng x lý Methyl blue ca than hot tính vi s thay i nhit nung: (a) mu than nung 500oC trong thi gian 90 phút không qua x lý cht bin tính; (b) 350oC; (c) 400oC; (d) 450oC; (e) 500oC Hình nh 2.8 là hình nh kh nng x lý Methyl blue ca THT sau 90 phút vi s thay i nhit nung khác nhau. Kt qu cho thy, i vi mu than không qua x lý cht hot tính nung nhit 500oC (hình 2.8a) sau 10 phút u ch x lý t 26,48% trong khi ó vi mu than qua x lý cht bin tính (hình 2.8e) x lý t 69,99%, cao hn so vi mu không qua x lý cht bin tính khong 43,51%. Sau 90 phút x lý thì hiu qu x lý Methyl blue ca mu than không qua x lý cht bin tính t 75,99% và mu than qua x lý cht bin tính t 93,4%; 94,22%; 94,75% và 96,25% tng ng vi các mu than c nung nhit 350oC; 400oC; 450oC và 500oC. Qua kt qu nhn thy nhit nung 500oC cho hiu qu x lý Methyl blue tt nht. Nh vy than hot tính c sn xut iu kin x lý qua cht bin tính vi nng 1 M, thi gian nung 90 phút nhit 500oC cho mu than có hiu qu x lý tt nht. Hình 2.9 Hình nh TEM ca (a) mu than không qua x lý cht bin tính nung 500oC, thi gian nung 90 phút; mu than qua x lý cht bin tính vi nng 1 M: (b) mu than nung 350oC trong thi gian 60 phút; (c) mu than nung 350oC trong thi gian 90 phút; (d) mu than nung 500oC trong thi gian 90 phút Qua hình nh TEM chúng ta thy c: i vi mu than không qua x lý cht bin tính c nung 500oC trong thi gian 90 phút (Hình 2.9a) cu trúc vt liu than là các lp mng liên kt vi nhau và chúng không to thành dng cu trúc l xp. Ngc li i vi mu than c x lý qua cht bin tính (Hình 2.9d) cu trúc vt liu gm các lp màng mng liên kt vi nhau to thành cu trúc l xp. Hình 2.9b-d là mu THT c x lý qua cht bin tính nung các nhit than hóa khác nhau, qua hình nh chúng ta thy khi nhit than hóa càng tng thì kh nng to thành các lp màng mng càng tt. Khi nhit than hóa tng lên 500oC (hình 2.9d) vt liu THT c cu thành bi các lp mng và có cu trúc l xp. 2.4.4 So sánh kh nng x lý Methyl blue vi than hot tính trên th trng. Hình 2.10 Kh nng x lý Methyl blue ca than hot tính: (a) mu than không qua x lý cht bin tính; (b) mu qua bin tính; (c) mu than th trng Kt qa cho thy mu THT ngoài th trng có hiu sut x lý Methyl blue 10 phút u là 39,32%, tng i cao hn so vi mu THT không qua x lý cht bin tính, tuy nhiên thp hn mu THT qua x lý cht bin tính ca chúng tôi. Sau thi gian hp ph 90 phút, hiu qu hp ph ca mu THT trên th trng t 91,75% cao hn so vi mu than không qua x lý cht bin tính ca chúng tôi (75,99%), nhng li thp hn so vi mu than qua x lý bng cht bin tính ca chúng tôi (96,25%). Nh vy bng quá trình bin tính vt liu kt hp vi than hóa chúng tôi ã ch to thành công THT có kh nng hp ph tt hn so vi mu THT có trên th trng. 3. KT LUN Qua kt qu nhn thy nhit nung 500oC cho hiu qu x lý Methyl blue tt nht. Nh vy THT c sn xut iu kin x lý qua cht bin tính vi nng 1 M, thi gian nung 90 phút nhit 500oC cho mu than có hiu qu x lý tt nht. Mu THT có th áp ng loi b Methyl blue trong phòng thí nghim. Nh vy chúng ta có th s dng mu THT trên th nghim x lý nc thi cho các ngành nh dt nhum, xi m, in hoc ng dng làm vt liu lc trong x lý nc. Ngoài ra, có th ly mu than dùng làm nguyên liu cho quá trình nghiên cu sn xut THT có kích thc nano ng dng trong các lnh vc khác. 4. CM N Trc ht tôi xin gi li cm n n ban Lãnh o Khoa K thut Hóa hc – Môi trng, các thy cô giáo trong Khoa và trong b môn Công ngh Môi trng, gia ình và cùng toàn th bn bè ã h tr ti a v phng tin cng nh trang thit b vt cht trong sut quá trình chúng tôi làm nghiên cu này. 5. TÀI LIU THAM KHO [1] Tng cc thng kê, 2017. [2] Nguyn Th Hng Hnh, Nguyn Hng Quang. Hin trng s dng sn và ph phm t sn trong chn nuôi gia sc ti Vit Nam.Tp chí Khoa hc và công ngh. [3] Lin, L., Zhai, S.R., Xiao, Z.Y., Song, Y., An, Q.D., Song, X.W. Dye adsorption of mesoporous activated carbons produced from 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 a b c d e Abs Thi gian (min) (d) (c) (a) (b) Tp chí Khoa hc Lc Hng 37 Ch to vt liu hp ph t thân cây sn NaOH-pretreated rice husks. Bioresource Technol. 2013, 136: 437-434. [4] Masoud, S.M., M. El-Saraf, W., M. Abdel-Halim, A., Alaa E. Ali, Essam A. Mohamed, Hamad M.I. Hasan. Rice husk and activated carbon for waste water treatment of El-Mex Bay, Alexandria Coast, Egypt. Arabian Journal of Chemistry, 2012, 1-7. [5] Santi, Raya, I., Zakir, M. The Adsorption of Pb (II) Ions on Activated Carbon from Rice Husk, Irradiated by Ultrasonic Waves: Kinetic and Thermodynamics Studies. Journal of Natural Sciences Research, 2014, 4: 18-24. [6] Tng Th Kiu Loan. Nghiên cu ch to than sinh hc (Biochar) t ph ph phm nông nghip và ng dng trong môi trng, 2016. [7] Lê Th Kim Phng, Lê Anh Kiên. Ti u quá trình than hóa v su riêng ng dng trong x lý cht màu, 2013. [8] Rajeshwarisivaraj, S. Sivakumar, P. Senthilkumar, V. Subburam. Carbon from Cassava peel, an agricultural waste, as an adsorbent in the removal of dyes and metal ions from aqueous solution. Department of Environmental Sciencer, Bhavathiav Uniuevrity, Coimbatove, 2000, 64l, 046, Tamil Nadu, India. [9] Y. Sudaryanto, S.B. Hartono, W. Irawaty, H. Hindarso, S. Ismadji. High surface area activated carbon prepared from cassava peel by chemical activation. Department of Chemical Engineering, Widya Mandala Surabaya Catholic University, 2005.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdf6_241_2221413.pdf