CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



lưu trong máy nhiệt phân trong khoảng 1 đến 2 giờ để giảm nhiệt độ xuống dưới

100 0C.

Các thông số về bề mặt, thành phần của mẫu than thu được qua quá trình

nhiệt phân được thể hiện trong bảng 3.3:

Bảng 3.3: Kết quả phân tích thành phần than bã cà phê



Mẫu



S2



Vật liệu

Than bã

cà phê



o



TC



BET

(m2g-1)



TP chất

bay hơi

(% )



Tro

(%)



TP cacbon

cố định

(%)



500



150



23,5



5,3



71,2



Hình

3.1: Bề mặt than bã cà phê được nhiệt phân ở 5000C (chụp SEM)

Hàm lượng các chất dễ bay hơi trong mẫu than thu được liên quan đến điều

kiện nhiệt độ phản ứng,cho thấy hàm lượng các chất bay hơi còn lại trong quá trình

cacbon hóa. Tuy nhiên, do hàm lượng tro cao hơn đáng kể, nên phần hữu cơ mất đi

trong than cũng tương đối điều này thể hiện bởi hàm lượng Cacbon cố định còn

trong mẫu than. Khi nhiệt độ phản ứng đối với mẫu vật liệu tăng lên, lượng chất

bay hơi còn lại trong than giảm đi [25].

Lượng cacbon cố định trong than bã cà phê là gần 72%, cao hơn so với than trấu

và than mùn cưa (trấu 58,6%, mùn cưa 63,7%) [25] điều này có thể giải thích dựa

Lớp 12B QLTNMT



37



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



trên hàm lượng tro của than bã cà phê thấp, lượng chất bốc cao. Do đó, nhiệt trị của

than bã cà phê cũng cao hơn so với than trấu và than mùn cưa.

3.3. Thí nghiệm gián đoạn theo mẻ

3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của than

- Nước thải thường có pH rất khác nhau tùy theo đặc trưng của nguồn thải. Khi

sử dụng vật liệu hấp phụ thì pH là yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp

phụ của vật liệu và có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý vì nó có thể làm thay đổi

điện tích bề mặt.

- Thực nghiệm nghiên cứu được tiến hành ở tốc độ vòng là 150 vòng/phút, tại

nhiệt độ là 250C ,thời gian hấp phụ 30 phút và sử dụng 2g vật liệu.

- Kết quả thực nghiệm nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH trình bày ở bảng 3.2:

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ độ màu và COD

pH



Độ màu

Ban đầu

(Pt-Co)



Sau HP

(Pt-Co)



COD

Hiệu suất

%



Ban đầu

mg/L



Sau HP

mg/L



Hiệu suất

%



4



3570



607



83



52



41,7



19,7



5



3570



585,5



83,6



52



39,6



23,8



6



3570



535,5



85



52



37



28,7



7



3570



482



86,5



52



34,6



33,5



8



3570



357



90



52



33.3



36



9



3570



453,4



87,3



52



33,7



35,2



10



3570



617,6



82,7



52



35



32,8



Chú thích: Sau HP: sau hấp phụ



Lớp 12B QLTNMT



38



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



Hình 3.2: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ màu của than bã cà phê

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ màu của than bã

cà phê cho thấy khi tăng pH từ 4 đến 8 hiệu suất quá trình hấp phụ màu có sự biến

thiên theo chiều tăng lên. Hiệu suất xử lý màu tăng cao ở khoảng pH từ 7 đến 8

(tăng từ 86,5% lên đến 90%), và đạt giá trị cao nhất tại pH = 8, điều này có thể lý

giải: Khi pH tăng dần, tâm hấp phụ trên bề mặt than hóa bị thay đổi điện tích và các

nhóm trên bề mặt than hóa bị phá vỡ cấu trúc, tăng diện tích hấp phụ làm cho lượng

các chất ô nhiễm bị hấp phụ tăng lên. Ngoài ra, chất bị hấp phụ là dung dịch thuốc

nhuộm trực tiếp, trong cấu tạo có chứa hệ thống các liên kết nối đôi cách cho nên

phân tử thuốc nhuộm sẽ luôn ở trạng thái chưa bão hoà hoá trị và có khả năng thực

hiện các liên kết VanderWaals và liên kết Hydro với vật liệu. Vì vậy, thay đổi pH

trong một giới hạn nào đó sẽ làm tăng khả năng liên kết giữa các phân tử mang màu

và vật liệu dẫn đến tăng hiệu quả xử lý. Tuy nhiên sự tăng lên của các điện tích chỉ

ở mức giới hạn nhất định và cấu trúc bề mặt vật liệu cũng như chất bị hấp phụ thay

đổi theo pH, vì thế khi pH tăng đến giá trị lớn hơn 8 thì hiệu suất hấp phụ không

tăng thêm mà ngược lại có xu hướng giảm xuống, giảm càng mạnh khi pH càng

tăng cao (giảm từ 90% ở pH = 8 xuống 87,3 % tại pH = 9 và 82,7% tại pH = 10).



Lớp 12B QLTNMT



39



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



Hình 3.3: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê

COD của nước phẩm nhuộm được tạo ra chủ yếu do các phân tử mang màu

hữu cơ trong thuốc nhuộm. Khi pH thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi của cấu trúc bề

mặt vật liệu hấp phụ và ảnh hưởng đến sự phân ly, liên kết của các phân tử hữu cơ

mang màu với vật liệu. Chính vì vậy khi pH thay đổi hiệu quả quá trình hấp phụ

COD trong nước cũng thay đổi theo. Tương tự như đối với độ màu ta cũng nhận

thấy khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê tăng dần trong khoảng pH từ 4 đến

8 và đạt hiệu quả cao nhất tại pH = 8, giảm dần khi pH lớn hơn 8.

Như vậy, pH = 8,0 là giá trị được chọn làm điều kiện tối ưu cho cả 2 quá

trình hấp phụ màu và COD, các thí nghiệm tiếp theo được thực hiện trong khoảng

pH tối ưu.

3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của than

Ngoài pH thời gia cũng là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất

quá trình hấp phụ. Tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả

năng hấp phụ màu và COD trong khoảng pH tối ưu ta thu được kết quả như sau:



Lớp 12B QLTNMT



40



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



Bảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ màu và COD

Độ màu



Thời gian



COD



Ban đầu



Sau HP



Hiệu suất



Ban đầu



Sau HP



Hiệu suất



(Pt-Co)



(Pt-Co)



%



mg/L



mg/L



%



15



3570



535,5



85



52



40,7



21,7



30



3570



285,6



92



52



33,3



36



60



3570



132



96,3



52



30



42,2



90



3570



121,4



96,6



52



29,8



42,6



120



3570



114



96,8



52



29,6



43



Hình 3.4: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ màu của than bã cà phê

Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên

bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại. Liên quan đến yếu tố thời gian

tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian ngắn thì chưa đủ để các

trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụ bị lấp đầy bởi các phân tử mang màu.

Ngược lại khi thời gian dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp

phụ ngày càng nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng lớn nên hiệu quả

hấp phụ giảm. Hiệu quả hấp phụ màu tăng nhanh trong khoảng thời gian từ 15 đến

60 phút và đạt hiệu suất cao tại thời điểm 60 phút (95,6%). Từ 60 đến 120 phút hiệu

Lớp 12B QLTNMT



41



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



suất hấp phụ màu của than bã cà phê vẫn tăng nhưng tăng không đáng kể (từ 96,3%

đến 96,6% ở 90 phút và 96,8% ở 120 phút)



Hình 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ COD của than bã cà phê

Quá trình hấp phụ của các vật liệu thường xảy ra qua 2 pha: hấp phụ bề mặt và

hấp phụ mao dẫn. Chính vì vậy, khi bề mặt và các lỗ mao dẫn của vật liệu hấp phụ

bị lấp đầy (từ 15 đến 60 phút) hiệu suất quá trình đạt giá trị tối ưu 42,2% tại thời

điểm 60 phút, tiếp theo ở khoảng thời gian từ 60 đến 120 phút khi các lỗ mao quản

và bề mặt vật liệu gần như đã bị lấp đầy, lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị

hấp phụ giảm xuống nên hiệu suất của quá trình tăng chậm dần và đạt đến trạng thái

cân bằng. Như vậy thời gian 60 phút được chọn làm thời gian tối ưu để tiến hành

các thí nghiệm tiếp theo.

3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của

than (tỷ lệ rắn/lỏng)

Tỷ lệ rắn/ lỏng ở mức bao nhiêu là phù hợp cho hiệu quả quá trình hấp phụ và

tối ưu về kinh tế cũng là một trong các yếu tố cần quan tâm. Tiến hành thí nghiệm

nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ của vật liệu

thu được các kết quả như bảng 3.6 và hình 3.6, 3.8:



Lớp 12B QLTNMT



42



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



Bảng 3.6: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ màu

và COD trong nước thải

Lượng



Độ màu



COD



Ban đầu



Sau HP



Hiệu suất



Ban đầu



Sau HP



Hiệu suất



(Pt-Co)



(Pt-Co)



%



mg/L



mg/L



%



0,5



3570



2320,5



35



52



43,4



16,5



1,0



3570



839



76,5



52



39,7



23,7



1,5



3570



160,7



95,5



52



31,8



38,8



2,0



3570



125



96,5



52



30



42,2



3,0



3570



100



97,2



52



29,7



42,8



Hình 3.6: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ màu của

than bã cà phê



Lớp 12B QLTNMT



43



Viện KH và CN Môi trường



Luận văn thạc sĩ kĩ thuật



Trịnh Thị Thu Hương



Hình 3.7: Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ COD của than

bã cà phê

Từ bảng kết quả 3.6, hình 3.6 và 3.7 ta có thể nhận thấy khi tăng hàm lượng chất

hấp phụ thì hiệu quả xử lý màu và COD cũng tăng lên do khi lượng chất hấp phụ

tăng nghĩa là số lượng các vị trí hấp phụ cũng tăng lên, diện tích bề mặt tiếp xúc

giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tăng lên. Tuy nhiên đến một giá trị nhất định

khi hiệu quả hấp phụ đạt cực đại thì việc tăng lượng chất hấp phụ không còn ý

nghĩa. Điều này cũng phù hợp với kết quả đạt được trong quá trình khảo sát, khi

tăng lượng chất hấp phụ từ 0,5g đến 2,0g thì hiệu suất quá trình hấp phụ tăng cao

trong cả 2 quá trình nghiên cứu độ màu và COD(từ 35% lên 96,5% với độ màu và

từ 16,5% đến 42,2% với COD). Khi tỷ lệ rắn/ lỏng ở mức 2g/50ml hiệu suất của

quá trình gần như đã đạt ở trạng thái cân bằng, vì vậy khi tăng tỷ lệ rắn/lỏng lên

3g/50ml thì hiệu suất quá trình tăng không đáng kể. Thêm vào đó, khi lượng chất

hấp phụ tăng lên khiến lượng bã thải sau hấp phụ tăng lên đồng thời dung lượng hấp

phụ giảm đi. Vì vậy, khi lựa chọn tỷ lệ rắn/ lỏng tối ưu cần cân nhắc đến cả hiệu

suất và yếu tố kinh tế. Từ đó, 2g/50ml là tỷ lệ tối ưu được chọn để tiến hành các thí

nghiệm nghiên cứu tiếp theo.



Lớp 12B QLTNMT



44



Viện KH và CN Môi trường