Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu vật liệu than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca để xử lý chì trong nước

• Tác giả: Phạm Thị Ngọc Trâm
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Dũ
• Trường học: Đại học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu vật liệu than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca để xử lý chì trong nước
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Bình Dương

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Tổng quan về Mắc-ca
• 1.2. Nhân Mắc-ca
• 1.3. Vỏ Mắc-ca
• 1.4. Tổng quan về than hoạt tính
• 1.5. Cấu trúc của than hoạt tính
• 1.5.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.5.2. Cấu trúc hóa học
• 1.5.3. Hợp chất bề mặt
• 1.6. Quy luật hấp phụ trên than hoạt tính
• 1.6.1. Thuyết Polany – Dubinin
• 1.6.2. Hấp phụ ở áp suất cao – Phương trình Kelvin
• 1.7. Phương pháp điều chế than hoạt tính
• 1.7.1. Nguyên liệu dùng để điều chế than hoạt tính
• 1.7.2. Công nghệ điều chế
• 1.8. Một số ứng dụng của than hoạt tính
• 1.9. Tổng quan về than biến tính
• 1.9.1. Biến tính than hoạt tính bằng Nitơ (N2)
• 1.9.2. Biến tính bề mặt than bằng Halogen
• 1.9.3. Biến tính bề mặt than bằng sự lưu huỳnh hóa
• 1.9.4. Biến tính than hoạt tính bằng cách tẩm
• 1.10. Tổng quan về Chì (Pb)
• 1.10.1. Khái niệm và đặc tính của Chì (Pb)
• 1.10.2. Độc tính của Chì (Pb)
• 1.10.3. Hiện trạng nước bị ô nhiễm Chì
• 1.11. Tổng quan phương pháp xử lý chì (Pb)
• 1.11.1. Phương pháp hấp phụ
• 1.11.2. Hiện tượng hấp phụ
• 1.11.3. Một số chất hấp phụ
• 1.11.4. Phương pháp keo tụ
• 1.11.5. Phương pháp keo tụ điện hoá
• 1.11.6. Phương pháp trao đổi ion
• 1.12. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.12.1. Nghiên cứu trong nước
• 1.12.2. Nghiên cứu ngoài nước
• 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Hóa chất và thiết bị
• 2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết
• 2.4.2. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
• 2.4.3. Phương pháp phân tích
• 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu
• 2.5. Bố trí thí nghiệm
• 2.6. Sơ đồ phương pháp luận
• 2.7. Điều chế các vật liệu sinh học từ vỏ Mắc-ca
• 2.8. Khảo sát các điều kiện tối ưu để xử lý Chì (Pb)
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả điều chế vật liệu
• 3.2. Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than cốc Mắc-ca
• 3.3. Kết quả xác định kích thước thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.4. Kết quả xác định nồng độ thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.5. Kết quả xác định thời gian lắc thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.6. Kết quả điều chế than hoạt tính NaOH được làm từ vỏ hạt Mắc-ca
• 3.7. Kết quả xác định nhiệt độ nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình hoạt tính
• 3.8. Kết quả xác định thời gian nung thích hợp ảnh hưởng đến quá trình hoạt tính
• 3.9. Kết quả điều chế than biến tính HNO3 từ than hoạt tính NaOH được làm từ vỏ hạt Mắc-ca
• 3.10. Kết quả xác định kích thước thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.11. Kết quả xác định nồng độ thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.12. Kết quả xác định thời gian lắc thích hợp ảnh hưởng đến quá trình biến tính
• 3.13. Kết quả ảnh SEM
• 3.14. Kết quả khảo sát khả năng xử lý Chì (Pb) bằng các vật liệu được điều chế
• 3.15. Kết quả khảo sát pH thích hợp cho quá trình xử lý
• 3.16. Kết quả khảo sát liều lượng than thích hợp cho quá trình xử lý
• 3.17. Kết quả khảo sát thời gian thích hợp cho quá trình xử lý
• 3.18. Đánh giá khả năng hấp phụ Chì (Pb) của các vật liệu
• 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca

Nghiên cứu vật liệu than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca (Macadamia integrifolia) đang thu hút sự chú ý trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước. Vỏ hạt mắc ca, một phế phẩm nông nghiệp, có tiềm năng lớn trong việc sản xuất than hoạt tính. Than hoạt tính được biết đến với khả năng hấp phụ cao, giúp loại bỏ các kim loại nặng như chì (Pb) trong nước. Việc sử dụng vỏ hạt mắc ca không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Tính chất và thành phần của vỏ hạt mắc ca

Vỏ hạt mắc ca chứa nhiều thành phần hữu ích như cellulose, lignin và hemicellulose. Những thành phần này không chỉ tạo ra than hoạt tính mà còn giúp tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy hàm lượng carbon trong vỏ hạt mắc ca đạt từ 47-49%, cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất than hoạt tính.

1.2. Vai trò của than hoạt tính trong xử lý nước

Than hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước nhờ vào khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm. Việc áp dụng than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca trong xử lý chì (Pb) trong nước có thể mang lại hiệu quả cao, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

II. Vấn đề ô nhiễm chì trong nước và thách thức hiện tại

Ô nhiễm chì trong nước là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Chì (Pb) có thể gây ra nhiều bệnh tật, đặc biệt là đối với trẻ em. Nguồn gốc của ô nhiễm chì chủ yếu đến từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý chì trong nước là rất cần thiết.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm chì trong nước

Ô nhiễm chì trong nước thường xuất phát từ các nguồn thải công nghiệp, như nhà máy sản xuất pin, sơn và các sản phẩm chứa chì. Ngoài ra, việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón cũng có thể góp phần làm tăng nồng độ chì trong nước.

2.2. Tác động của ô nhiễm chì đến sức khỏe

Chì là một kim loại nặng có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm rối loạn thần kinh, ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ em và các bệnh về thận. Việc tiếp xúc lâu dài với chì có thể dẫn đến ngộ độc chì, gây ra các triệu chứng như đau bụng, mệt mỏi và rối loạn tâm thần.

III. Phương pháp nghiên cứu và điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca bằng cách sử dụng tác nhân oxi hóa HNO3 và hoạt hóa bằng NaOH. Các điều kiện tối ưu như nhiệt độ, thời gian và nồng độ được khảo sát để đạt hiệu suất xử lý chì cao nhất. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

3.1. Quy trình điều chế than hoạt tính

Quy trình điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca bao gồm các bước như thu gom vỏ, xử lý nhiệt và hoạt hóa bằng NaOH. Các điều kiện như nhiệt độ và thời gian nung được tối ưu hóa để đạt được sản phẩm có chất lượng cao.

3.2. Biến tính than hoạt tính bằng HNO3

Biến tính than hoạt tính bằng HNO3 giúp tăng cường khả năng hấp phụ của vật liệu. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng HNO3 có thể cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý chì trong nước, với hiệu suất đạt đến 16.04% trong các điều kiện tối ưu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca có khả năng xử lý chì (Pb) hiệu quả. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng than hoạt tính này có thể được áp dụng trong xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

4.1. Hiệu suất xử lý chì của than hoạt tính

Kết quả khảo sát cho thấy than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca có khả năng hấp phụ chì (Pb) tốt, với hiệu suất xử lý đạt 16.04% trong điều kiện tối ưu. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này trong xử lý nước ô nhiễm.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, giúp loại bỏ chì và các kim loại nặng khác. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về vật liệu than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm chì trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu này trong ứng dụng thực tiễn. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để mở rộng ứng dụng và cải thiện hiệu suất xử lý của vật liệu.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca có khả năng xử lý chì hiệu quả. Việc tối ưu hóa các điều kiện điều chế và biến tính đã giúp nâng cao hiệu suất hấp phụ của vật liệu.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Trong tương lai, cần nghiên cứu thêm về khả năng xử lý các kim loại nặng khác và mở rộng ứng dụng của than hoạt tính từ vỏ hạt mắc ca trong các lĩnh vực khác nhau như xử lý nước thải công nghiệp và bảo vệ môi trường.