Nghiên cứu ứng dụng vỏ bưởi trong xử lý môi trường đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

Thực trạng sử dụng phế phẩm nông nghiệp ở Việt Nam

Số lượng phế thải nông nghiệp ở Việt Nam đang trở thành một vấn nạn nghiêm trọng, với các chất phế thải sinh khối từ phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, cà phê, bã mía, vỏ bưởi, vỏ chuối và xơ dừa ngày càng gia tăng Diện tích canh tác và năng suất cây trồng tăng lên dẫn đến sản lượng trấu thu gom ở đồng bằng sông Cửu Long đạt từ 1,4 đến 1,6 triệu tấn Ngoài ra, tổng sản lượng phế thải sinh khối từ cây cà phê cũng đạt khoảng 0,3 – 0,5 triệu tấn Đặc biệt, khoảng 10 – 15% tổng lượng bã mía từ các nhà máy đường hiện nay không được sử dụng, gây lãng phí tài nguyên.

TS Tống Thị Minh Thu Trang 4

Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH ônhiễm môi trường, vừa không được tận dụng Một phần nhỏ trong số đó được sử dụng

Hấp phụ là phương pháp tách các chất thông qua việc các cấu tử lỏng hoặc khí bám vào bề mặt của chất rắn xốp có chứa mao quản Chất hấp phụ là các vật rắn, trong khi chất bị hấp phụ có thể ở pha lỏng hoặc khí Quá trình hấp phụ xảy ra khi dòng pha lỏng hoặc khí tiếp xúc với chất hấp phụ, dẫn đến sự di chuyển của các chất bị hấp phụ vào trong các lỗ mao quản và trên bề mặt của chất rắn Quá trình ngược lại được gọi là nhả hấp.

Hấp phụ vật lý xảy ra khi các nguyên tử, phân tử hoặc ion liên kết với bề mặt phân chia pha thông qua lực Van der Waals yếu Trong quá trình này, chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học, mà chỉ đơn giản là ngưng tụ trên bề mặt và được giữ lại nhờ các lực liên kết phân tử yếu như lực Van der Waals và liên kết hydro.

Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch Nhiệt hấp phụ không lớn.

Hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo thành hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ trên bề mặt phân chia pha, nhờ vào các lực hóa trị mạnh như liên kết ion, liên kết cộng hóa trị và liên kết phối trí Những lực này tạo ra các liên kết bền vững, làm cho quá trình hấp phụ hóa học luôn bất thuận nghịch Nhiệt hấp phụ hóa học có thể đạt tới giá trị cao, lên đến 800 kJ/mol.

Khoa CNKT-NNCNC Báo cáo đề tài NCKH

Hấp phụ được phân chia thành hai loại: hấp phụ trong điều kiện tĩnh và hấp phụ trong chất lỏng, như nước, khi các phân tử chất hấp phụ chuyển động cùng nhau Để thực hiện quá trình này, cần cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trong thời gian đủ để đạt trạng thái cân bằng nồng độ Sau đó, tiến hành lắng hoặc lọc để giữ lại chất hấp phụ và tách nước ra.

Hấp phụ trong điều kiện động xảy ra khi có sự chuyển động tương đối giữa các phân tử chất lỏng (nước) và phân tử chất hấp phụ Để thực hiện quá trình này, nước được lọc qua lớp vật liệu hấp phụ.

Các chất hấp phụ phổ biến bao gồm than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagel, keo nhôm và một số chất tổng hợp hoặc chất thải như xỉ tro, xỉ mạt sắt Trong số đó, than hoạt tính là lựa chọn được ưa chuộng nhất, với hai dạng bột và hạt Lượng chất hấp phụ cần thiết phụ thuộc vào khả năng hấp phụ của từng loại và hàm lượng chất bẩn trong nước Phương pháp hấp phụ này có thể loại bỏ từ 58% đến 95% các chất hữu cơ và màu, bao gồm phenol, ankylbenzen, sulfonic axit, thuốc nhuộm và các hợp chất thơm.

Hiện nay, than hoạt tính được sử dụng để xử lý amoni trong nước thải, đặc biệt là nước thải sau xử lý sinh học Quá trình này bao gồm việc cho bột than hoạt tính vào bể tiếp xúc với nước thải, sau đó lắng hoặc lọc bột than Do tính chất mịn của than hoạt tính, cần sử dụng thêm chất trợ lắng Ngoài ra, bột than hoạt tính cũng được đưa vào bể aeroten để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan Mặc dù than hoạt tính sau khi sử dụng có thể được tái sinh, nhưng phương pháp hiệu quả vẫn chưa được xác định Đối với than hoạt tính dạng hạt, quá trình tái sinh diễn ra trong lò đốt để oxy hóa các chất hữu cơ bám trên bề mặt, tuy nhiên, trong quá trình này, 5-10% hạt than có thể bị phá hủy và cần được thay thế bằng hạt mới.

1.4 Các loại vật liệu hấp phụ từ phế phẩm sinh học trường, đây là số lượng chất thải khổng lồ mà nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường và là một sự lãng phí lớn.

Trấu là một loại chất thải khó tái chế và có tính chất khó cháy, khó mục nát trong môi trường Hiện nay, lượng trấu được sử dụng vẫn còn rất thấp so với khối lượng lớn trấu thải ra hàng năm.

Trấu, lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát Vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi, sẽ cháy khi đốt, trong khi khoảng 25% còn lại sẽ chuyển thành tro.

Vỏ trấu có rất nhiều ứng dụng như:

- Xử lý nước thải, làm chất đốt, ứng dụng trong việc tạo sản phẩm công nghệ cao (sơn nano).

- Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn hoặc các tạp chất hữu cơ vô cơ trong nước thải.

- Làm sạch hóa chất, dược phẩm, làm chất thu hồi vàng bạc và các kim loại quý khác trong lĩnh vực luyện kim.

Vỏ trấu không chỉ được ứng dụng trong các sản phẩm truyền thống mà còn có nhiều công dụng khác như: làm thiết bị cách nhiệt, sản xuất các sản phẩm mỹ nghệ, làm chất độn và giá thể trong sản xuất nấm, cũng như dùng để đánh bóng các vật thể kim loại Ngoài ra, tro trấu còn có thể được sử dụng làm phân bón, góp phần nâng cao hiệu quả trong nông nghiệp.

• Các công trình nghiên cứu

Vào năm 2003, nhóm tác giả Lê Văn Cát và Trần Thị Kim Thoa đã nghiên cứu và chế tạo than từ vỏ trấu để hấp phụ P-nitrophenol Quá trình chế tạo than trấu được thực hiện thông qua phương pháp nhiệt phân yếm khí ở nhiệt độ từ 500 đến 900 độ C, với thời gian từ 1 đến 3 giờ, sử dụng tác nhân hoạt hóa là sô.

Khoa CNKT-NNCNC đã tiến hành nghiên cứu về việc tẩm trấu với hàm lượng từ 0 – 30%, sau khi rửa sạch sản phẩm than Kết quả cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich, với giá trị n cao nhất đạt 2.735 Thí nghiệm được thực hiện bằng cách trộn trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó phần vỏ trấu được cho vào nước cất và khuấy trộn.

Quá trình xử lý vỏ trấu bắt đầu bằng việc ngâm trong kiềm ở nhiệt độ phòng trong 45 phút, lặp lại cho đến khi hết kiềm Sau đó, vỏ trấu được ngâm trong axit xitric 0.6 M trong 12 giờ ở 70 o C, rồi được lọc và sấy khô ở 110 o C Tiếp theo, vỏ trấu được rửa sạch trên phễu lọc để loại bỏ axit và sấy khô ở 80 o C trong 3 giờ Kết quả hấp phụ được mô tả theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với q max đạt 30.8 mg/g.

Các loại vật liệu hấp phụ từ phế phẩm sinh học

trường, đây là số lượng chất thải khổng lồ mà nếu không xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường và là một sự lãng phí lớn.

Trấu là một loại chất thải khó tái chế, đồng thời cũng là vật liệu khó cháy và khó phân hủy trong môi trường Mặc dù hàng năm có một khối lượng lớn trấu được thải ra, nhưng lượng trấu được sử dụng hiện nay vẫn còn rất ít.

Trấu, lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa, được tách ra trong quá trình xay xát Vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi, cháy trong quá trình đốt, trong khi 25% còn lại sẽ chuyển thành tro.

Vỏ trấu có rất nhiều ứng dụng như:

- Xử lý nước thải, làm chất đốt, ứng dụng trong việc tạo sản phẩm công nghệ cao (sơn nano).

- Loại bỏ màu, mùi, vị không mong muốn hoặc các tạp chất hữu cơ vô cơ trong nước thải.

- Làm sạch hóa chất, dược phẩm, làm chất thu hồi vàng bạc và các kim loại quý khác trong lĩnh vực luyện kim.

Vỏ trấu không chỉ được sử dụng trong các ứng dụng truyền thống mà còn có nhiều công dụng khác như làm thiết bị cách nhiệt, sản xuất các sản phẩm mỹ nghệ, làm chất độn và giá thể trong trồng nấm, cũng như dùng để đánh bóng các vật thể kim loại Ngoài ra, tro trấu còn có thể được sử dụng làm phân bón hiệu quả.

Năm 2003, nhóm tác giả Lê Văn Cát và Trần Thị Kim Thoa đã nghiên cứu và chế tạo than từ vỏ trấu để hấp phụ P-nitrophenol Quá trình chế tạo than trấu được thực hiện bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí ở nhiệt độ từ 500 đến 900 độ C, trong khoảng thời gian từ 1 đến 3 giờ, với tác nhân hoạt hóa là sô.

Khoa CNKT-NNCNC đã thực hiện nghiên cứu về việc tẩm trấu với hàm lượng từ 0 – 30%, trong đó than sản phẩm được rửa sạch Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ tuân theo phương trình đẳng nhiệt Freundlich, với giá trị n cao nhất đạt 2.735 Quá trình trộn được thực hiện trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó vỏ trấu được cho vào nước cất và khuấy trộn đều.

Quá trình xử lý vỏ trấu diễn ra trong 45 phút ở nhiệt độ phòng và lặp lại cho đến khi hết kiềm Sau đó, vỏ trấu được ngâm trong axit xitric 0.6 M ở 70 o C trong 12 giờ, rồi lọc và sấy khô ở 110 o C Vỏ trấu được rửa sạch để loại bỏ axit và tiếp tục sấy khô ở 80 o C trong 3 giờ Kết quả hấp phụ được mô tả bằng mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir với q max đạt 30.8 mg/g.

Năm 2007, nhóm tác giả Đỗ Quang Huy, Đàm Quốc Khanh, Nghiêm Xuân Trường và Nguyễn Đức Huệ đã phát triển vật liệu hấp phụ từ tro than bay để ứng dụng trong phân tích môi trường Tro than bay được xử lý bằng kiềm 3,5M, cho phép nó hoạt động hiệu quả như một chất hấp phụ Trong nghiên cứu, 0,5 g chất hấp phụ này được nạp vào cột sắc ký có kích thước 300 mm x 6 mm để thử nghiệm tách hỗn hợp M1.

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu được sử dụng có khả năng làm giàu và tách các chất phân tích hiệu quả Độ thu hồi của chất phân tích trong hỗn hợp M1 đạt từ 83,3% đến 89,5%, trong khi đó hỗn hợp M2 có độ thu hồi dao động từ 51,28% đến 93,75%.

- Năm 2012, Trần Văn Đức- Đại học Đà Nẵng Nghiên cứu hấp phụ ion kim loại nặng

Cu 2+ và Zn 2+ có thể được tách ra khỏi nước bằng vật liệu SiO 2 được chiết xuất từ vỏ trấu Quy trình biến tính bắt đầu bằng việc rửa sạch vỏ trấu và nung ở nhiệt độ 800 o C để thu được tro trấu Sau đó, tro trấu được xử lý bằng dung dịch NaOH 5 M và đun nóng, tiếp theo là lọc và rửa sạch Cuối cùng, dung dịch HCl 4 M được thêm vào để tạo thành dung dịch dạng gel, sau đó hỗn hợp này được sấy khô.

Ở nhiệt độ 100 °C, SiO2.nH2O được tạo ra, sau đó SiO2.nH2O được nung để thu được SiO2 Kết quả hấp phụ được mô tả theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, với dung lượng hấp phụ cực đại q max cho Cu2+ là 1.787 mg/g và cho Zn2+ là 1.826 mg/g.

- Năm 2014, nhóm tác giả Nguyễn Trí Tuấn, Nguyễn Hữu Minh Phú, Hồ Ngọc Tri

Tân, Phạm Thị Bích Thảo, Nguyễn Thị Kim Chi, Lê Văn Nhạn, Nguyễn Trọng Tuân và Trịnh Xuân Anh đã nghiên cứu và tổng hợp hạt nano SiO2 từ tro vỏ trấu thông qua phương pháp kết tủa Quy trình biến tính bắt đầu bằng việc rửa sạch và phơi khô vỏ trấu, sau đó nung ở nhiệt độ 500°C Kết quả cho thấy các hạt nano SiO2 thu được có cấu trúc vô định hình với kích thước trung bình khoảng 15nm.

Việt Nam là một quốc gia phát triển trong ngành mía đường, với hàng năm các nhà máy đường thải ra một lượng lớn bã mía Bã mía chiếm từ 26,8% đến 32% tổng lượng mía ép, và bã mía khô chứa khoảng 34,5% xenlulozơ, 24% hemixenlulozơ, cùng 22% đến 25% lignin Những thành phần hữu cơ này có khả năng chuyển đổi để tạo ra các tâm hấp phụ, giúp hấp phụ các cation kim loại nặng hiệu quả.

- Là nguồn chất đốt cung cấp nhiệt cho nhà máy điện, lò hơi.

- Là nguyên liệu sản xuất bột giấy, làm ván ép, tầm trần.

- Dùng làm phụ gia trong chế biến thức ăn chăn nuôi, thức ăn ủ xanh, pha dung dịch thủy canh.

- Làm vật liệu lọc nước tự nhiên, chất hấp phụ kim loại nặng, bã mía còn thể hiện khả năng hấp phụ tốt đối với dầu.

- Nhóm tác giả Lê Hữu Thiềng, Ngô Thị Lan Anh, Đào Hồng Hạnh, Nguyễn Thị

Thúy từ Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên đã tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh trong dung dịch nước bằng các vật liệu hấp phụ được chế biến từ bã mía Kết quả nghiên cứu được trình bày chi tiết trong bảng 1.1 [7]

Bảng 1 1 Kết quả bã mía hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ = 99.23 mg/l

Bã mía đã qua xử lý bằng Fomadehit

- Tháng 3/ 2015, Handojo Djati Utomo- Singapo đã nghiên cứu khả năng hấp phụ metylen xanh từ vỏ bưởi Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.2.[8]

Bảng 1 2 Kết quả bã mía hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ = 3.739 mg/l

Năm 2016, nhóm tác giả P.Iyshwarya và R.G.Ramya Gayathri từ Ấn Độ đã tiến hành nghiên cứu về việc sử dụng bã mía để loại bỏ ion sắt trong nước uống, và kết quả nghiên cứu này được tóm tắt trong bảng 1.3.

Bảng 1 3 Kết quả bã mía loại bỏ ion sắt trong nước uống Cđ = 5 mg/l

1.4.3 Bã cà phê cà phê là một vật liệu lignoxenlulozơ, có khả năng tách kim loại nặng và màu, hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc xốp và thành phần xenlulozơ [10]

Tổng quan về ngành công nghiệp nhuộm- dệt may

1.5.1 Thực trạng ô nhiễm từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm hiện nay

Ô nhiễm nước thải tại các làng nghề dệt nhuộm ở Việt Nam chủ yếu xuất phát từ hoạt động sản xuất quy mô nhỏ với công nghệ thủ công, lỗi thời và phát triển tự phát Thiếu hệ thống xử lý nước thải bài bản do chi phí cao và sự thiếu hiểu biết của người dân về tác hại của nước thải dệt nhuộm đối với sức khỏe cộng đồng là những nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng này.

1.5.2 Nguồn gốc phát sinh nước thải dệt nhuộm

Trong ngành dệt nhuộm, nước là yếu tố quan trọng trong quá trình sản xuất, dẫn đến việc phát sinh nước thải ở nhiều công đoạn khác nhau, tùy thuộc vào loại sản phẩm Nước thải này thường có đặc điểm là pH, nhiệt độ, COD cao và độ màu lớn Do đó, việc áp dụng các biện pháp quản lý hiệu quả để xử lý nước thải là rất cần thiết.

1.5.3 Tác hại của nước thải dệt nhuộm đối với môi trường

Hầu hết các loại phẩm nhuộm đều có tính độc hại, và một số loại có khả năng gây ung thư Trong ngành tẩy nhuộm, thuốc nhuộm azo là nhóm lớn nhất, chiếm khoảng 65% thị trường.

[H 2 N - - NH 2 ] hay 4 Chloro - toluidine, β - naphtylamin đều thuộc nhóm có khả năng gây ung thư.

- Bụi bông: Là loại bụi gây dị ứng, viêm mũi, nổi ban

Khí sunfua dioxit (SO2) là một trong những chất ô nhiễm không khí hàng đầu, nổi bật với đặc điểm không màu, không cháy và có mùi hăng cay cùng vị chua đặc trưng của axit.

- Khí cacbon oxit (CO): CO là một khí không màu, không vị, không bị hấp thụ bởi than hoạt tính và rất độc.

Khí cacbon dioxit (CO2) được coi là không độc hại đối với con người và chỉ là một chất gây ngạt đơn thuần Tuy nhiên, thực tế cho thấy CO2 là nguyên nhân gây ra nhiều tai nạn chết người trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam.

- Hỗn hợp khí NO x : Có tất cả 6 loại nitơ oxit: N 2 O, NO, NO 2 , N 2 O 3 N 2 O 4 ,

Trong đó, N 2 O đóng vai trò quan trọng trong các vấn đề ô nhiễm không khí NO 2 độc gấp 4 lần NO và gấp 10 lần CO.

1.5.4 Phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm a Phương pháp trung hòa:

Phương pháp trung hòa nước thải được thực hiện bằng cách trộn dòng thải axit với dòng thải kiềm hoặc sử dụng hóa chất như H2SO4, HCl, NaOH, CO2, thường được thực hiện ở bể điều hòa hoặc bể thu gom Phương pháp keo tụ là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý nước thải dệt nhuộm, trong đó sử dụng phèn nhôm, phèn sắt kết hợp với sữa vôi như Sunfat sắt, Sunfat nhôm hoặc hỗn hợp của hai loại phèn này với hydroxyt canxi Ca(OH)2 nhằm khử màu và giảm COD Hiệu quả xử lý tốt nhất khi sử dụng sunfat sắt (II) ở pH = 10, trong khi sunfat nhôm đạt hiệu quả tối ưu ở pH = 5 – 6.

Hoặc sử dụng keo tụ PAC (Poly Aluminium Chloride) có ưu điểm vượt trội hơn phèn nhôm: Hóa chất PAC keo tụ.

Nguyên lý hoạt động của phèn là tạo ra các bông hydroxyt, giúp hấp phụ các chất màu và chất khó phân hủy sinh học Những bông cặn này sẽ lắng xuống và hình thành bùn Để tăng cường quá trình keo tụ và tạo bông, thường bổ sung các chất trợ keo tụ như polymer hữu cơ.

Phương pháp này được dùng để xử lý màu nước thải và hiệu suất khử màu đối với thuốc nhuộm phân tán. c Phương pháp hấp phụ:

Phương pháp hấp phụ là giải pháp hiệu quả để xử lý các chất không phân hủy sinh học và các hợp chất hữu cơ khó xử lý bằng biện pháp sinh học Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc khử màu nước thải có chứa thuốc nhuộm hòa tan và thuốc nhuộm hoạt tính, thông qua quá trình hấp phụ chất tan lên bề mặt của chất rắn (chất hấp phụ).

Do cấu trúc hóa học phức tạp của thuốc nhuộm, việc khử màu nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa cần sử dụng chất oxy hóa mạnh Ozon là chất oxy hóa phổ biến hiện nay, đặc biệt hiệu quả trong việc khử màu cho nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính Để khử màu 1g thuốc nhuộm hoạt tính, cần khoảng 0.5g O3 Phương pháp màng cũng được áp dụng trong quá trình này.

Phương pháp màng được áp dụng trong xử lý nước thải ngành dệt nhuộm nhằm thu hồi hóa chất để tái sử dụng, bao gồm tinh bột PVA, thuốc nhuộm indigo, muối và thuốc nhuộm Quá trình lọc màng diễn ra nhờ sự chênh lệch áp suất giữa hai phía của màng.

Nước thải dệt nhuộm chủ yếu chứa các chất có khả năng phân hủy sinh học, tuy nhiên, trong một số trường hợp, nó cũng có thể chứa các chất độc hại như kim loại nặng, formandehit, và các hợp chất khó phân hủy như chất tẩy rửa và dầu khoáng Do đó, trước khi tiến hành xử lý sinh học, cần thực hiện các biện pháp khử độc và giảm thiểu các chất khó phân hủy thông qua xử lý cục bộ.

Tổng quan về tràn dầu

Sự cố tràn dầu là hiện tượng rò rỉ dầu ra môi trường, gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho con người, hệ sinh thái và các hoạt động kinh tế - xã hội.

Tràn dầu thường xảy ra trong các hoạt động liên quan đến dầu mỏ như tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển và chế biến Nguyên nhân chính của hiện tượng này thường là do rò rỉ hoặc vỡ đường ống và bể chứa dầu, cũng như tai nạn va chạm tàu, đắm tàu, và sự cố tại các dàn khoan dầu khí Ngoài ra, tràn dầu còn có thể xảy ra do rò rỉ tự nhiên từ các cấu trúc địa chất dưới đáy biển, thường là do các hoạt động địa chất như động đất.

Dầu tràn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường biển và ven biển, tác động trực tiếp và gián tiếp đến sinh vật biển, hệ sinh thái và các hoạt động kinh tế như du lịch, bảo tồn, nuôi trồng thủy sản Việc dầu lan rộng trên biển và không được thu gom kịp thời có thể dẫn đến sự suy giảm đáng kể về số lượng sinh vật, gây thiệt hại lớn cho ngành khai thác và nuôi trồng thủy, hải sản.

Hình 1 1 Hình ảnh về hậu quả của việc tràn dầu ảnh hưởng đến môi trường

Hiện nay, việc xác định vị trí và khắc phục sự cố dầu tràn ở Việt Nam gặp nhiều khó khăn do thiếu hụt cơ sở pháp luật, trang thiết bị và phương tiện kỹ thuật chuyên dụng để xử lý ô nhiễm dầu hiệu quả.

1.6.1 Các vụ tai nạn tràn dầu ở Việt Nam và trên thế giới

Từ năm 1989 đến nay, Việt Nam ghi nhận hơn 100 vụ tràn dầu do tai nạn hàng hải, với lượng dầu tràn từ vài chục đến hàng trăm tấn, thường xảy ra từ tháng 3 đến tháng 6 Một ví dụ điển hình là sự cố tràn dầu của tàu Formosa One vào năm 2001 tại vịnh Gành Rái, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, khi tàu này không tuân thủ chỉ dẫn của Cảng vụ Vũng Tàu và đã va chạm với tàu Petrolimex-01, gây ra tràn khoảng 900 m³ (750 tấn) dầu DO.

Vào năm 2003, sự cố tràn dầu tàu Hồng Anh đã xảy ra do sóng lớn làm đắm tàu trong vịnh Gành Rái, dẫn đến việc tràn khoảng 100 tấn dầu FO Sự cố này đã gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến rừng phòng hộ Cần Giờ và các khu vực nuôi trồng thủy sản, với tổng thiệt hại về kinh tế và môi trường ước tính lên tới hàng chục tỷ đồng.

Vào đêm 23/12/2007, tại vùng biển cách mũi Ba Làng An, xã Bình Châu, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi khoảng 3 hải lý, đã xảy ra một vụ va chạm giữa hai tàu chở hàng lớn, dẫn đến việc hơn 170 m³ dầu diesel bị tràn ra biển Đây là vụ tai nạn nghiêm trọng đầu tiên giữa hai tàu chở hàng có trọng tải lớn tại biển Quảng Ngãi.

Trong chiến tranh vùng Vịnh năm 1991, khi quân đội Iraq rút khỏi Kuwait, họ đã mở van giếng dầu và phá hủy đường ống dẫn dầu để cản trở quân đội Mỹ, dẫn đến vụ tràn dầu lớn nhất trong lịch sử Ước tính khoảng 240 triệu gallon dầu thô đã tràn ra, tạo thành một diện tích dầu loang tương đương với kích thước của đảo Hawaii, gây ra tác động nghiêm trọng đến môi trường Vịnh Ba Tư.

Vào tháng 6 năm 1979, một vụ nổ khủng khiếp tại giếng dầu Ixtoc ở Vịnh Campeche đã dẫn đến sự cố tràn dầu nghiêm trọng Trong vòng 10 tháng sau đó, khoảng 140 triệu gallons dầu đã bị rò rỉ ra Vịnh Mexico, gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường biển.

- Vụ tràn dầu Atlantic Empress năm 1979: Một đêm giông bão vào tháng

Vào tháng 7 năm 1979, tại vùng biển Carribe thuộc Tobago, hai tàu chở dầu lớn đã va chạm, gây ra một vụ tràn dầu nghiêm trọng Cả hai tàu bị hư hỏng và bắt đầu rò rỉ dầu, trong khi ngọn lửa trên tàu Aegean Captain được kiểm soát và di chuyển đến Curacao để bảo vệ các thùng dầu Tuy nhiên, tàu Atlantic Empress đã bốc cháy, được hướng ra biển và phát nổ cách bờ 300 hải lý, dẫn đến cái chết của toàn bộ thuyền viên và gần 90 triệu gallon dầu tràn ra biển.

1.6.2 Các phương pháp xử lý dầu tràn

Khi xảy ra sự cố tràn dầu, cần thực hiện các biện pháp nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Việc thu hồi dầu trên mặt nước có thể thực hiện bằng cách sử dụng phao quay nổi và thiết bị hút dầu, trong khi dầu trên bờ có thể được thu hồi bằng thiết bị xúc bốc hoặc vật liệu thấm dầu Đồng thời, sử dụng phao quây để khoanh vùng, ngăn chặn dầu tràn ra xa và tiến hành hút, tái chế dầu bị tràn.

Phân tán dầu trên biển có thể thực hiện bằng các hóa chất như chất phân tán, chất hoạt động bề mặt và các chất keo tụ Ngoài ra, việc đốt dầu tại chỗ hoặc chuyển đến vị trí khác để xử lý cũng là một phương pháp hiệu quả Các hóa chất dùng để kết tủa hoặc trung hòa dầu tràn thường được áp dụng thông qua các phương tiện như trực thăng, nhằm đảm bảo xử lý trên diện rộng.

Sử dụng chế phẩm vi sinh để kích thích sự phát triển của vi sinh vật phân hủy dầu giúp tận dụng nguồn hydrocacbon trong dầu làm nguồn carbon duy nhất Các sản phẩm phân hủy hydrocarbon từ vi sinh vật cũng cung cấp cơ chất cho sự phát triển của các vi sinh vật khác Phương pháp sinh học hiện nay là giải pháp xử lý dầu tràn hiệu quả và an toàn cho môi trường.

1.6.3 Vật liệu xử lý dầu tràn

Vật liệu xốp hấp thụ dầu được chế tạo từ sợi nano xenluloza (NFC), chiết xuất từ nguyên liệu chứa xenluloza như bột gạo, rơm hoặc giấy tái chế Quá trình sản xuất bắt đầu bằng việc nhào trộn nguyên liệu với nước, sau đó ép qua các đầu phun hẹp ở áp suất cao để tạo gel, và cuối cùng đông khô gel để tạo thành miếng xốp Mặc dù vật liệu này có khả năng hấp thụ cả nước và dầu, nhưng để nâng cao hiệu quả xử lý dầu tràn, các nhà nghiên cứu đã biến đổi tính chất hóa học của nano xenluloza bằng cách bổ sung alkoxysilan, giúp miếng xốp chỉ hút các chất dầu nhờn mà không còn ưa nước.

Kết quả khảo sát cho thấy xốp nano xenluloza đã xử lý có khả năng hấp thụ nhanh chóng nhiều chất như dầu động cơ, dầu silicon, etanol, aceton và cloroform NFC xử lý bằng silan sở hữu những đặc tính mong muốn như khả năng hấp thụ, nổi trên mặt nước ngay cả khi bão hòa hoàn toàn và khả năng tự phân hủy sinh học.

Chất hoạt động bề mặt

Surfactants, also known as surface active agents, are compounds that reduce surface tension between two liquids or between a liquid and a solid.

1.7.2 Thành phần và cấu trúc

Chất hoạt động bề mặt có cấu trúc phân tử bao gồm cả tính ưa nước (hydrophilic) và tính kỵ nước (hydrophobic) Điều này cho phép chúng bao gồm cả phần tan trong nước và phần không tan trong nước.

Phần kỵ nước (không tan trong nước): thông thường là một mạch hydro cacbon dài

Ankyl, mạch ankal và ankle mạch thẳng thường có các nhóm chức gắn liền như vòng clo hoặc benzene Phần ưa nước, thường là các nhóm ion hoặc không ion, bao gồm các nhóm phân cực mạnh như cacboxyl (COO-), hydroxyl (-OH), amin (-NH2) và sulfat (-OSO3), giúp tăng cường khả năng tan trong nước của các hợp chất này.

1.7.3 Các chất hoạt động thường dùng

Tính ưa, kỵ nước của chất hoạt động bề mặt được xác định bởi chỉ số HLB (hydrophilic lipophilic balance), với giá trị từ 0 đến 40 Chỉ số HLB cao cho thấy khả năng hòa tan tốt trong nước, trong khi chỉ số HLB thấp cho thấy khả năng hòa tan tốt trong các dung môi không phân cực như dầu.

Trong ngành công nghiệp, chất hoạt động bề mặt được phân loại thành bốn nhóm chính: anionic, cationic, lưỡng tính và non-ionic Hai loại chủ yếu được sử dụng trong chất tẩy rửa bề mặt kim loại là anionic và non-ionic, nổi bật với các đặc tính riêng biệt.

Chất hoạt động bề mặt anionic phân ly thành ion âm khi hòa tan trong nước, với nhóm ưa nước kết nối với nhóm kỵ nước qua liên kết cộng hóa trị Chúng có khả năng hoạt động bề mặt mạnh mẽ, khả năng hòa tan dầu cao và tạo bọt lớn, nhưng độ bền không cao Trong môi trường nước cứng chứa các ion như Ca²⁺, Mg²⁺ và các ion kim loại nặng như Al, Fe, các chất này sẽ bị thụ động hóa Anionic là loại chất hoạt động bề mặt phổ biến trong các sản phẩm tẩy rửa.

Chất hoạt động bề mặt không ion (non-ionic) là những hợp chất có nhóm phân cực không bị ion hóa trong dung dịch nước, với phần ưa nước chứa nguyên tử oxy, nitơ hoặc lưu huỳnh không ion hóa Sự hòa tan của chúng phụ thuộc vào các liên kết hydro giữa các phân tử nước và nhóm chức như ancol và este Phần kỵ nước gồm mạch hydrocacbon dài, không tích điện và ít bị ảnh hưởng bởi nước cứng cũng như pH môi trường Tuy nhiên, chúng vẫn có khả năng tạo phức với các ion kim loại nặng, nhẹ nhàng với da, lấy dầu ít và tạo bọt kém.

Vỏ bưởi

Ở Việt Nam bưởi được coi là loại trái cây bổ dưỡng và khá đa dạng về giống loại

Khoa CNKT-NNCNC đã báo cáo về đề tài NCKH liên quan đến sự lai tạo giữa các giống bưởi khác nhau, bao gồm bưởi đào, bưởi da xanh và bưởi năm roi Những giống bưởi này nổi bật với khả năng chống chịu tốt và sinh trưởng mạnh mẽ, thích nghi tốt với điều kiện sinh thái khác nhau ở từng vùng.

Bưởi, có nguồn gốc từ Châu Á và Malaysia, phát triển dọc theo bờ sông Fiji và Friendly, được đưa vào Trung Quốc khoảng 100 năm trước công nguyên Hạt giống bưởi đầu tiên được thuyền trưởng Shaddock mang đến Châu Mỹ vào cuối thế kỷ 17, vì vậy loại trái cây này còn được gọi là Shaddock.

Bưởi đào chủ yếu được trồng tại xã Thanh Hồng, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương, nơi có khoảng 15 hộ gia đình đạt doanh thu hàng trăm triệu đồng từ vườn bưởi Với diện tích trồng khoảng 130 ha, sản lượng bưởi đào đạt khoảng 1000 tấn mỗi năm tính đến năm 2017.

Bưởi Năm Roi là một trong những loại bưởi ngon được người tiêu dùng ưa chuộng và có giá trị kinh tế cao Loại bưởi này chủ yếu được trồng ở vùng đồng bằng sông Cửu Long, đặc biệt là tỉnh Vĩnh Long, với tổng diện tích lên tới 9,2 nghìn ha Trong đó, diện tích trồng bưởi Năm Roi đạt 4,5 nghìn ha, sản lượng đạt 31,3 nghìn tấn, chiếm 48,6% diện tích và 54,3% sản lượng bưởi Năm Roi toàn quốc.

Bưởi da xanh, đặc sản nổi tiếng của xứ dừa Bến Tre, có nguồn gốc từ ấp Thanh Sơn, xã Thanh Tân, Mỏ Cày, bên kia sông Hàm Luông Tỉnh Bến Tre hiện có hơn 5.500 ha bưởi da xanh, trong đó 4.200 ha đang cho trái, với sản lượng đạt gần 48.000 tấn mỗi năm, là con số lớn nhất trong khu vực (năm 2017).

1.8.1 Thành phần chính của vỏ bưởi

Xenlulose hay còn được gọi là chất xơ chiếm 46.22% Hemicellulose chiếm 18.84%. Lignin chiếm 10.24% Pectin chiếm 1-2% Ngoài ra còn có Narigin, đường ramnose…

Hình 1 2 Cấu trúc của Hemicellulose

Hình 1 3 Cấu trúc của Cellulose

Hình 1 4 Cấu trúc của Pectin

Hình 1 5 Cấu trúc của Naringin 1.8.2 Ứng dụng của vỏ bưởi

Vỏ bưởi có rất nhiều công dụng bổ ích trong cuộc sống như: vỏ bưởi có thể dùng

Khoa CNKT-NNCNC đã thực hiện nghiên cứu khoa học về chế biến món ăn giải nhiệt mùa hè và khử mùi tanh trong bếp Bên cạnh việc chiết xuất tinh dầu, vỏ bưởi còn được ứng dụng trong xử lý môi trường, bao gồm xử lý kim loại nặng, nước thải dệt nhuộm và dầu tràn.

1.8.3 Các công trình nghiên cứu

Hiện nay, vỏ bưởi được ứng dụng trên toàn cầu trong việc xử lý kim loại nặng, metylen xanh và dầu tràn Tuy nhiên, tại Việt Nam, vẫn chưa có nghiên cứu nào khai thác tiềm năng của vỏ bưởi trong lĩnh vực này.

Năm 2012, nhóm tác giả Yuanyuan Pei và Jingyong Liu từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, Đại học Công nghệ Quảng Đông, Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu sử dụng vỏ bưởi được kích hoạt bằng ZnCl2 để loại bỏ ion Pb (II) trong dung dịch, với kết quả được tóm tắt trong bảng 1.8.

Bảng 1.8: Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 100 mg/l

Năm 2014, Penpun Tasaso đã nghiên cứu việc sử dụng vỏ bưởi để loại bỏ ion Cu (II) trong dung dịch Quy trình này được thực hiện dưới các điều kiện tối ưu với cả vỏ bưởi chưa tách pectin và đã tách pectin Kết quả nghiên cứu được tóm tắt trong bảng 1.9 [22].

Bảng 1.9: Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Cu2+ trong dung dịch Cđ = 125 mg/l

TS Tống Thị Minh Thu

In 2016, a research team from Mahidol University in Thailand, comprising Sasiwimol Chanmalee, Pisit Vatanasomboon, and Chaowalit Warodomrungsimun, investigated the use of grapefruit peels for the removal of Pb (II) from solutions The findings of their study are summarized in Table 1.10.

Bảng 1 10 Kết quả vỏ bưởi loại bỏ Pb2+ trong dung dịch Cđ = 10 mg/l

- Năm 2009, nhóm nghiên cứu Jianlong Li đã sử dụng vỏ bưởi được biến tính bởi

NaOH để hấp phụ metylen xanh Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.11 [32]

Bảng 1 11: Kết quả vỏ bưởi hấp phụ metylen xanh trong dung dịch Cđ= 300 mg/l

Vỏ bưởi xử lý bằng NaOH

- Tháng 12/2015, nhóm nghiên cứu Koninika Tanzim, M Z Abedin đã sử dụng vỏ bưởi để hấp phụ metylen xanh Kết quả nghiên cứu được tóm tắt ở bảng 1.12 [18]

TS Tống Thị Minh Thu

❖ Xử lý nước nhiễm dầu:

Năm 2015, nhóm tác giả Wenbo Chai và cộng sự đã nghiên cứu sử dụng vỏ bưởi được xử lý bề mặt với anhydride và styrene làm chất hấp phụ để loại bỏ ô nhiễm dầu Quy trình biến tính bao gồm việc rửa vỏ bưởi bằng nước cất, sấy khô ở 60 o C, và nghiền thành hạt có kích thước từ 0,25 đến 1,00 mm Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ đạt 18,9 g/g đối với vỏ bưởi xử lý bằng anhydride và 26,36 g/g đối với vỏ bưởi xử lý bằng styrene.

Năm 2015, nhóm tác giả Junchen Zou và các cộng sự đã nghiên cứu vỏ bưởi từ tính như một chất hấp phụ mới cho nước bị ô nhiễm dầu Họ đã tiến hành nghiên cứu động học hấp phụ và cân bằng diesel từ dung dịch nước trên vỏ bưởi đã được xử lý, cho thấy hệ số tương quan tốt với mô hình động học đẳng nhiệt Freundlich Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ tối đa của vỏ bưởi đạt 27,98 g/g.

1.9 Các phương pháp phân tích – xác định chỉ tiêu nước thải

1.9.1 Phương pháp quan sát kính hiển vi điện tử quét SEM

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) là một thiết bị quang học sử dụng điện tử để tạo ra hình ảnh bề mặt với độ phân giải cao.

1.9.2 Phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt (BET)

Lý thuyết BET (Brunauer – Emmett – Teller) giải thích quá trình hấp phụ vật lý của các phân tử khí trên bề mặt rắn, đồng thời là nền tảng cho kỹ thuật phân tích quan trọng để xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu.

Diện tích bề mặt của vật liệu thường được xác định bằng phân tích BET đường hấp

Khoa CNKT-NNCNC đã báo cáo về đề tài nghiên cứu khoa học liên quan đến phụ đẳng nhiệt khí N2 ở nhiệt độ -196 °C, đồng thời cho phép sử dụng các đầu đo với khí hấp phụ khác Kích thước lỗ xốp được xác định trong khoảng meso đến microporous, với đường kính từ 0 đến 500 Å, thông qua phân tích BJH hoặc DA đường hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 ở -196 °C, hoặc khí CO2 ở -10 °C, nhằm nâng cao độ phân giải trong khoảng micropore.

1.9.3 Phương pháp phổ hồng ngoại IR

Phương pháp xác định hiệu suất hấp phụ

2.7.1 Phương pháp xác định hiệu suất của metylen xanh

• Tỷ lệ loại bỏ metylen xanh có thể tính theo công thức:

Trong đó: C t – nồng độ dung dịch ở thời điểm t (mg/l).

C o – nồng độ dung dịch ở thời điểm t o (mg/l).

• Lượng hấp phụ ở trạng thái cân bằng được kí hiệu là q e (mg/g) và được tính bằng công thức: q e

Trong đó: C 0 – nồng độ dung dịch ở thời điểm ban đầu (mg/l).

C e – nồng độ dung dịch ở thời điểm cân bằng (mg/l).

V– Thể tích của dung dịch (l).

W– khối lượng chất hấp phụ sử dụng (g).

2.7.2 Phương pháp xác định hiệu suất hấp phụ dầu của vỏ bưởi

Lấy một cốc có thể tích V 1 (ml) có chứa V 2 (ml) nước hoặc (và) V 3 (ml) dầu Quy

Khoa CNKT-NNCNC đã thực hiện báo cáo đề tài NCKH liên quan đến quá trình hấp phụ vỏ bưởi Bắt đầu với khối lượng vỏ bưởi M3, vỏ bưởi được cho vào túi lọc có khối lượng M1 Sau thời gian t phút, túi lọc chứa vỏ bưởi đã hấp phụ được lấy ra khỏi cốc V1 (ml) Vỏ bưởi này sau đó được chuyển vào túi lọc mới và treo trong 15 phút để dầu chảy ra hết, rồi đặt vào đĩa thủy tinh có khối lượng M2 Cuối cùng, mẫu được gia nhiệt ở 60 độ C trong 2 giờ để loại bỏ lượng nước hấp phụ, đạt được khối lượng không đổi.

M4 là khối lượng hấp phụ sau quá trình gia nhiệt, trong khi M5 thể hiện khả năng hấp phụ của túi lọc trống sau khi hấp phụ Khả năng hấp phụ cuối cùng được xác định thông qua một công thức cụ thể.

Hình 2 4 Mô hình ngâm, lọc mẫu với dầu diesel

Mô hình ngâm, lọc mẫu với nước cất

Phương pháp xác định hàm lượng muối trong nước biển

Để xác định lượng hấp phụ của vật liệu vỏ bưởi trong nước biển, cần biết hàm lượng muối % trong nước biển, mà điều này thay đổi theo từng vùng và thời điểm Chúng tôi đã thu thập nước biển tại bãi trước thành phố Vũng Tàu vào bốn thời điểm khác nhau (sáng, trưa, chiều, tối) để xác định hàm lượng muối Sau đó, chúng tôi tiến hành thử nghiệm khả năng xử lý dầu tràn bằng vỏ bưởi biến tính nhằm đánh giá hiệu quả hấp phụ tại từng thời điểm.

Để xác định hàm lượng muối, tôi sẽ thực hiện quy trình sau: Đun sôi 2 lít nước biển ở 90°C trong 10 giờ để nước bay hơi từ từ Khi nước trong nồi gần cạn, tôi sẽ chuyển 500 ml ra cốc (khối lượng M1) và để dung dịch còn lại trong nồi vào tủ sấy cho đến khi muối kết tinh trong 24 giờ Sau khi muối đã khô và đạt khối lượng ổn định, tôi sẽ cân được M2 Khối lượng muối được tính bằng công thức: muối = M2 - M1.

Hàm lượng % muối được tính theo công thức:

% muối Trong đó: mdd là khối lượng 2 lít nước biển ban đầu (g)

Các phương trình đường đẳng nhiệt hấp phụ metylen xanh

2.9.1 Phương trình đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình toán học đầu tiên mô tả quá trình hấp phụ đẳng nhiệt được Freundlich và Küster công bố năm 1894: q e

Trong đó: q e – dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

C e – nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l). k F – hằng số (mg.g -1 (Lmg -1 ) l/n ) là hằng số hấp phụ Freundlich.

Hệ số K F là chỉ số quan trọng cho tương tác giữa hấp phụ và bị hấp phụ, với giá trị K F = q e khi C e = 1 Giá trị K F có thể được sử dụng để so sánh khả năng hấp phụ của các hệ thống khác nhau; một giá trị K F lớn cho thấy khả năng hấp phụ cao hơn của hệ đang được khảo sát.

Dạng đường thẳng rút ra từ phương trình 2.3 là: lnq

Dựa vào số liệu thực nghiệm dựng đồ thị với trục tung là lnqe và trục hoành là lnCe ta có thể tìm được các hằng số k F và 1/n.

2.9.2 Phương trình đẳng nhiệt Langmuir

Theo Langmuir, bề mặt chất hấp phụ có trường lực hóa trị chưa bão hòa, cho phép hấp phụ chất bị hấp phụ tại các vị trí này Để xây dựng phương trình hấp phụ, Langmuir đã đưa ra một số giả định quan trọng.

- Các chất bị hấp phụ hình thành một lớp đơn phân tử.

- Năng lượng hấp phụ là đồng nhất.

Sự hấp phụ là một quá trình thuận nghịch, trong đó chất bị hấp phụ có thể bứt ra khỏi bề mặt và chuyển vào pha lỏng Khi đó, trung tâm hấp phụ vừa được giải phóng có khả năng tiếp tục hấp phụ các chất khác.

- Các chất bị hấp phụ chỉ tương tác với bề mặt chất hấp phụ mà không tương tác và ảnh hưởng đến các phân tử bị hấp phụ khác.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

Có thể chuyển về dạng tuyến tính như sau:

Trong đó: q m - là dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g). q e - là dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

C e - là nồng độ chất bị hấp phụ tạ thời điểm cân bằng (mg/l).

K L - là hằng số hấp phụ Langmuir (l/mg) đặc trưng có năng lượng của tâm hấp phụ.

2.9.3 Phương trình đẳng nhiệt Temkin

Phương trình được tính theo công thức sau:

Trong đó: A T - hằng đẳng nhiệt Temkin cân bằng liên tục không đổi (L/g). b T - hằng số đẳng nhiệt Temkin.

R- hằng số khí phổ biến (8.314 J/mol/K).

B- hằng số liên quan đến nhiệt hấp phụ (J/mol).

2.9.4 Mô hình phương trình đẳng nhiệt Dubinin- Radushkevich

Trong đó: q e , q s , K ad , là q e - lượng chất bị hấp phụ trên chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g). q s - dung tích bão hòa đẳng nhiệt (mg/g).

K ad - hằng số đẳng nhiệt Dubinin- Radushkevich (mol 2 /KJ 2 ).

- hằng số đẳng nhiệt Dubinin- Radushkevich.

Cách phân biệt giữa vật lý và hấp thụ hóa học của các ion kim loại thường dựa vào năng lượng tự do trung bình, E, của mỗi phân tử hấp phụ Năng lượng này có thể được tính toán thông qua mối quan hệ giữa việc loại bỏ một phân tử từ vị trí của nó trong không gian hấp phụ đến vô cùng.

Trong đó: B DR - hằng số đẳng nhiệt.

Trong khi đó, tham số có thể được tính như sau:

Khi nghiên cứu sự hấp phụ, mối quan hệ giữa nhiệt độ và lượng hấp phụ được thể hiện qua hàm logarit của lượng hấp phụ (lnqe) so với bình phương của năng lượng tiềm năng Tất cả dữ liệu thu thập từ các nhiệt độ khác nhau sẽ đồng nhất trên một đường cong, được gọi là đường cong đặc trưng.

2.9.5 Phương trình đẳng nhiệt Flory- Huggins

Dạng đẳng tuyến của đẳng nhiệt này được trình bày dưới dạng phương trình:

Trong đó: n- số ion chiếm các vị trí hấp phụ trên hai màng.

K FH - hằng số cân bằng. Θ = (1 − )- mức độ màng bao phủ bề mặt.

C e - nồng độ cân bằng của anion phosphate (mEq/L).

C o - nồng độ ban đầu của anion phosphate (mEq/L).

Phương trình động học hấp phụ của dầu

2.10.1 Phương trình động học hấp phụ bậc 1

Quá trình động học hấp phụ của dầu được thể hiện thông qua phương trình vi phân bậc nhất:

Trong nghiên cứu hấp phụ, qt đại diện cho lượng hấp phụ tại thời điểm t, trong khi qe là lượng hấp phụ đạt được tại thời điểm cân bằng Hằng số tốc độ của hệ thứ nhất được ký hiệu là k1 với đơn vị là 1/phút Bằng cách lấy tích phân của phương trình (2.7), chúng ta có thể xác định giới hạn q = 0 tại thời điểm t = 0, dẫn đến kết quả ln q.

Phương trình (2.8) có thể viết lại: ln (q e

2.10.2 Phương trình động học hấp phụ bậc 2

Mặt khác, sự hấp phụ của dầu cũng được thể hiện ở phương trình vi phân bậc hai: dq dt

Trong đó: k 2 là hằng số tốc độ bậc hai

Tích phân phương trình (2.10), ta được giới hạn q = 0 tại thời điểm t = 0 đưa ra như sau: q e - q q t

Phương pháp xây dựng đường chuẩn (hấp phụ metylen xanh)

Pha một loạt dung dịch chuẩn có nồng độ tăng dần một cách đều đặn (khoảng 5 –

9 mẫu, trong đó có một mẫu nước cất) Các dung dịch chuẩn phải có cùng điều kiện như dung dịch xác định.

Trong nghiên cứu này, nồng độ metylen xanh ban đầu được thiết lập là 100 mg/l với thể tích dung dịch chuẩn là 50 ml Để pha dung dịch chuẩn, các thể tích metylen xanh (0; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 5.0 ml) được thêm vào bình định mức 50 ml và sau đó bổ sung nước cất đến vạch mức Thể tích metylen xanh cần pha được xác định theo công thức đã được nêu.

Trong đó: C 1 - Nồng độ metylen xanh ban đầu.

C 2 - Nồng độ dung dịch chuẩn.

V 1 - Dung dịch metylen xanh cần pha.

Dãy dung dịch chuẩn được sử dụng cho các mẫu có nồng độ C sau ≤ 5 mg/l Đối với các mẫu có nồng độ C sau > 5 mg/l, cần pha loãng mẫu trước khi đo Kết quả đo được sẽ được nhân với hệ số pha loãng để xác định nồng độ sau khi hấp phụ.

Các phương pháp đo lường, phân tích đặc trưng được sử dụng

Các phương pháp phân tích đặc trưng của vật liệu, mãu thí nghiệm được dùng trong nghiên cứu này là:

BET được thực hiện tại Khoa Công nghệ Vật liệu thuộc Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, có địa chỉ tại số 1 Mạc Đỉnh Chi, Quận 1, TP Hồ Chí Minh.

FTIR đã được thực hiện tại phòng hóa nông thuộc Viện Công nghệ Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, địa chỉ số 1 Mạc Đỉnh Chi, Quận 1, TP Hồ Chí Minh.

Mẫu đo góc thấm ướt được thực hiện tại Viện Công nghệ Nano, Thủ Đức, Hồ Chí Minh Độ hấp thụ quang của dung dịch nghiên cứu được so sánh với dung dịch chuẩn thông qua phép đo phổ UV-VIS tại Sở Tài Nguyên-Môi Trường tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu.

Các thí nghiệm đo lường, phân tích khác được thực hiện tại phòng thí nghiệm hóa học trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu.

TS Tống Thị Minh Thu Trang 42 Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu

Định dạng
Số trang	114
Dung lượng	5,56 MB