Luận án Nghiên cứu tổng hợp và tính chất hấp phụ một số chất hữu cơ trong môi trường nước của than hoạt tính từ vỏ cà phê

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ TÍNH CHẤT HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH TỪ VỎ CÀ PHÊ

Ngành:

Hóa lí thuyết và hóa lí, Mã số: 9.44.01.19

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "Nghiên cứu tổng hợp và tính chất hấp phụ một số chất hữu cơ trong môi trường nước của than hoạt tính từ vỏ cà phê" của Tạ Hữu Sơn tập trung giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do lượng lớn vỏ cà phê thải ra tại Việt Nam, đồng thời tối ưu hóa giá trị của phế phẩm nông nghiệp này bằng cách chuyển hóa thành than hoạt tính (THT). Đề tài nghiên cứu tổng hợp THT từ vỏ cà phê Arabica ở Sơn La, định hướng ứng dụng trong xử lý nước thải chứa chất màu hữu cơ và phenol.

Luận án đã xác định được điều kiện tối ưu để tổng hợp THT với các đặc tính khác nhau. Khi sử dụng tác nhân hoạt hóa ZnCl2 theo quy trình một giai đoạn (tỉ lệ ZnCl2:VCF 3:1, hoạt hóa 600°C trong 2 giờ), THT thu được có bề mặt riêng lớn (1383 m² g⁻¹) và chứa chủ yếu mao quản trung bình (87,86% thể tích), phù hợp để hấp phụ các chất hữu cơ có kích thước phân tử lớn. Đối với tác nhân hoạt hóa KOH theo quy trình hai giai đoạn (tỉ lệ KOH:VCF-TH 3:1, hoạt hóa 750°C trong 60 phút), THT có bề mặt riêng rất lớn (1905 m² g⁻¹) và chủ yếu mao quản nhỏ (95,81% thể tích), thích hợp cho hấp phụ phenol. Cả hai loại THT đều chứa các nhóm chức acid và base trên bề mặt.

Nghiên cứu về tính chất hấp phụ cho thấy, mẫu THT tổng hợp với ZnCl2 (ACZ3-600-2) có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Reactive Red 195 (RR 195) rất tốt với dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại từ 257,07 đến 297,27 mg g⁻¹. Quá trình này chủ yếu là hấp phụ vật lí, thu nhiệt với ΔH° = 33,487 kJ mol⁻¹. Đối với phenol, mẫu THT tổng hợp với KOH (ACK3-750-60) thể hiện khả năng hấp phụ nhanh chóng, chủ yếu là hấp phụ vật lí, tỏa nhiệt với ΔH° = –7,130 kJ mol⁻¹. Dung lượng hấp phụ phenol đơn lớp cực đại dao động từ 196,58 đến 205,63 mg g⁻¹.

Luận án đã cung cấp dữ liệu quan trọng về động học và nhiệt động học của quá trình hấp phụ, góp phần vào việc thiết kế các mô hình xử lý nước thải trong thực tế, đồng thời khẳng định tiềm năng của vỏ cà phê như một nguồn nguyên liệu bền vững để sản xuất than hoạt tính hiệu quả.

Mục lục chi tiết:

• Phần Mở đầu
• Chương 1. Tổng quan
  • 1.1. Than hoạt tính
  • 1.2. Vỏ cà phê
  • 1.3. Thuốc nhuộm và phenol
  • 1.4. Một số vấn đề về hấp phụ trong pha lỏng
  • 1.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• Chương 2. Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu
  • 2.1. NGUYÊN LIỆU, HÓA CHẤT
  • 2.2. QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TOÁN XỬ LÍ SỐ LIỆU
    • 2.2.1. Tổng hợp than hoạt tính từ vỏ cà phê
    • 2.2.2. Pha chế và xác định nồng độ các dung dịch chất hấp phụ
  • 2.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
    • 2.3.1. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (EDX)
    • 2.3.2. Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET)
    • 2.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
    • 2.3.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
    • 2.3.5. Phương pháp chuẩn độ Boehm
    • 2.3.6. Phương pháp xác định pHPZC
• Chương 3. Kết quả và thảo luận
  • 3.1. LỰA CHỌN QUY TRÌNH TỔNG HỢP THAN HOẠT TÍNH VỚI TÁC NHÂN ZnCl2
  • 3.2. XÁC ĐỊNH MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG HÓA LÍ CỦA THT
    • 3.2.1. Phổ tán xạ năng lượng tia X
    • 3.2.2. Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2
      • 3.2.2.1. Phân tích các mẫu tổng hợp với tác nhân ZnCl2
      • 3.2.2.2. Phân tích các mẫu tổng hợp với tác nhân KOH
    • 3.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
    • 3.2.4. Phổ hồng ngoại
    • 3.2.5. Kết quả chuẩn độ Boehm
    • 3.2.6. Kết quả xác định pHpZC
  • 3.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ RR 195 VÀ PHENOL TRONG DUNG DỊCH NƯỚC CỦA THAN HOẠT TÍNH
    • 3.3.1. Nghiên cứu tính chất hấp phụ RR 195 trong dung dịch nước
      • 3.3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ lượng THT/thể tích dung dịch và pH
      • 3.3.1.2. Động học của quá trình hấp phụ RR 195 trên ACZ3-600-2
      • 3.3.1.3. Cân bằng hấp phụ RR 195 trên mẫu ACZ3-600-2
      • 3.3.1.4. Xác định các đại lượng nhiệt động của quá trình hấp phụ RR 195 trên mẫu ACZ3-600-2
    • 3.3.2. Nghiên cứu tính chất hấp phụ phenol trong dung dịch nước
      • 3.3.2.1. Động học của quá trình hấp phụ phenol trên ACK3-750-60
      • 3.3.2.2. Cân bằng hấp phụ phenol trên mẫu ACK3-750-60
      • 3.3.2.3. Xác định các đại lượng nhiệt động của quá trình hấp phụ phenol trên mẫu ACK3-750-60
• CÁC KẾT LUẬN CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
• Đóng góp mới của đề tài
• Các công trình liên quan đến đề tài
• Tài liệu tham khảo