Research application of K2CO3 activated coal coal and processing by HNO3 from cake shoulder to process Methylene Blue color

Abstract

Macadamia is a tree that produces dried fruits, with each ton of macadamia seeds producing 70 - 77% of the shell. Annually, the grain processing companies in Vietnam produce thousands of tons of seeds and release tens of thousands of tons of shells. As the demand for macadamia nuts is constantly increasing in the market, more in-depth studies are needed to handle this agricultural residue. Macadamia shell has a higher surface area than other seed pods and their ash content is very low at only 0.22%, the cellulose content in the shell is about 41.2%, this shows that Macadamia shell has the potential to prepare activated carbon when burning at high temperatures. The activated carbon surface can be modified appropriately to change adsorption characteristics, forming different types of surface functional groups (oxygen functional groups, carbon surface functional groups, carbon functional groups, carbon - nitrogen, carbon - halogen) and make coal more suitable for special applications. Results of researching to prepare bio-denatured material from activated carbon K₂CO₃ by chemical method using HNO₃ agent with optimal denaturing conditions such as concentration of 21%, denaturation time of 12 hours, degree MB adsorption reached 193.13 mg/g. The results of methylene blue adsorption adsorption tests at the optimal conditions show that at pH = 9.5 with the appropriate dose of coal is 1g/L in 120 minutes, it can be processed to reach 79.36% efficiency for water. Methylene Blue waste is 70 mg/L.

GIỚI THIỆU

Từ cuối thế kỷ 18 cho đến thế kỷ 19, than hoạt tính được phát hiện, nghiên cứu và ứng dụng để lọc sạch khí, tẩy màu 1 . Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon chiếm 85% đến 95%, thành phần còn lại là các hợp chất vô cơ, có diện tích bề mặt rất lớn từ 500 – 2500 m ² /g 1 . Than hoạt tính được chế tạo từ những nguyên liệu giàu cacbon như các loại quả, các loại thực vật (gỗ, mùn cưa,…), sọ dừa, gỗ, mạt cưa, các loại có nguồn gốc từ than mỏ như than antraxit, than bùn, than nâu, than bán cốc, hoặc từ các hợp chất hữu cơ như polime, lignin, dầu mỏ,… 1 .

Bề mặt than hoạt tính có thể biến tính thích hợp để thay đổi đặc điểm hấp phụ và làm cho than trở nên thích hợp hơn trong các ứng dụng đặc biệt. Sự biến tính bề mặt than hoạt tính có thể được thực hiện bằng sự tạo thành các dạng nhóm chức bề mặt khác nhau (nhóm chức oxy, nhóm chức bề mặt cacbon, nhóm chức cacbon, cacbon – nitơ, cacbon - halogen) 2 , 3 , 4 .

Cây Mắc-ca là loại cây cho quả khô quý hiếm, nhân Mắc-ca có hàm lượng dầu 78% với trên 87% là axit béo không no, hàm lượng protein trong nhân tới 9,2% gồm 20 loại axit amin, ngoài ra nhân Mắc-ca có chứa nhiều chất đường bột, chất khoáng và nhiều loại vitamin 5 . Vỏ hạt Mắc-ca có diện tích bề mặt cao hơn các loại vỏ hạt khác và hàm lượng tro của chúng rất thấp (dưới 1%), hàm lượng cellulose trong vỏ là khá cao chiếm khoảng 41,2%, có thể làm than hoạt tính khi đốt ở nhiệt độ cao 6 , 7 .

Một trong những ngành chứa nhiều hóa chất gây ô nhiễm được thải ra là ngành công nghiệp dệt nhuộm 8 , 9 . Nước thải từ các quá trình nhuộm được thải ra với độ màu khá cao 10 , 11 . Theo nghiên cứu của Garg và cộng sự 10 , độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật cũng như có khuynh hướng tạo ra các ion chelate kim loại gây độc cho vi khuẩn trong nước.

Trong nhiều thập kỉ qua, than hoạt tính là một trong những vật liệu hấp phụ thông dụng nhất để loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm trong nguồn nước 12 , 13 . Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng than hoạt tính K ₂ CO ₃ từ vỏ Mắc-ca và biến tính bằng tác nhân hóa học HNO ₃ để xử lý màu Methylen Blue trong nước thải dệt nhuộm được đề xuất.

PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

Phương tiện nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Methylene Blue - MB (C ₁₆ H ₁₈ CIN ₃ S.3H ₂ O - MB, 99%) có nồng độ 70mg/L (tương ứng 398 Pt-Co được xác định theo TCVN 6185:2005).

- Hóa chất nghiên cứu: Na ₂ HPO ₄ .12H ₂ O (98%), KH ₂ PO ₄ (98%), HNO ₃ (65%).

- Vật liệu nghiên cứu: Vỏ hạt Maccadamia được thu hoạch tại tỉnh Lâm Đồng.

Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm

Các phương pháp đánh giá

• Xác định pH được đo trực tiếp bằng máy đo pH Mettler Toledo (2017).

• Xác định độ màu theo TCVN 6185:2005.

• Xác định nhóm chức trong phân tử bằng phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại FT-IR (Fourier Transformation Infrared Spectrometer.

• Xác định chỉ số hấp phụ Methylen Blue theo tiêu chuẩn GB/T 12496.10 – 1999: xây dựng phương trình đường chuẩn và xác định chỉ số hấp phụ MB của vật liệu.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than hoạt tính K2CO3

Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than hoạt tính K2CO3

Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than hoạt tính K2CO3

Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than hoạt tính K2CO3

Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính trên màu Methylene Blue

Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính trên màu Methylene Blue

Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính trên màu Methylene Blue

Kết quả khảo sát khả năng xử lý của than biến tính trên màu Methylene Blue

KẾT LUẬN

Kết quả nghiên cứu điều chế vật liệu than biến tính sinh học từ than hoạt tính K ₂ CO ₃ bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân HNO ₃ với các điều kiện biến tính tối ưu như nồng độ 21%, thời gian biến tính 12 giờ, độ hấp phụ MB đạt 193,13mg/g. Kết quả xác định ba yếu tố ảnh hưởng lên hiệu suất cho thấy tại pH = 9,5 với liều lượng than thích hợp là 1g/L trong 120 phút có thể xử lý đạt hiệu suất 79.36% đối với nước thải Methylene Blue có nồng độ 70 mg/L.

XUNG ĐỘT LỢI ÍCH

Tuyên bố về quyền lợi: Tác giả xác nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi.

ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ

Tác giả Đào Minh Trung điều chế vật liệu và phân tích kết quả thí nghiệm, soạn bản thảo.

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủ Dầu Một và Sở Tài nguyên Môi Trường tỉnh Bình Dương đã hỗ trợ thiết bị và hóa chất nghiên cứu.