HỌc viện nông nghiệp việt nam
tải về 7.65 Mb.
|
2.2. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU2.2.1. Lượng vỏ trấu phát sinhViệt Nam là một nước nông ngiệp, hàng năm lượng phế thải dư thừa trong quá trình chế biến các sản phẩm nông sản, thực phẩm rất lớn như rơm rạ, vỏ trấu, chuối, xơ dừa, bã mía...Theo nghiên cứu Nguyễn Bá Tuấn (2012), Việt Nam là nước có nền văn minh lúa nước rất lâu đời, từ lâu cây lúa đã gắn liền với đời sống của nhân dân. Không những hạt lúa được sử dụng làm lương thực chính mà các phần còn lại sau thu hoạch lúa cũng được người dân tận dụng trở thành những vật liệu có ích trong đời sống hàng ngày. Vỏ trấu có thể làm chất đốt, bón cây để tăng độ xốp của đất, làm vật liệu xây dựng. Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới. Hạt lúa sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được các phụ phẩm là cám và trấu. Năm 2011, theo thống kê của Bộ NNPTNT sản lượng gạo Việt Nam là 42 triệu tấn. Trong số đó, sản lượng trấu thu gom được khoảng 4-5 triệu tấn, phần còn lại không thu gom được bị thải ra ngoài môi trường. Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch; vỏ trấu trôi lềnh bềnh đi khắp nơi, chìm xuống đáy, gây ô nhiễm nguồn nước và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của người dân. Với các tính chất tự nhiên như cứng, có xơ, dễ gây trầy khiến các sản phẩm làm từ trấu có độ dinh dưỡng thấp độ ăn mòn cao, lượng tro quá nhiều. Do ít có giá trị kinh tế cũng như giá trị sử dụng nên vỏ trấu được coi như một loại phế thải nông nghiệp và là một trong những yếu tố gây ô nhiễm môi trường. Vì vậy, việc tái chế, tận dụng chất thải không những đem lại những lợi ích về kinh tế, xã hội mà còn có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường. Nghiên cứu xử lý các kim loại nặng và chất hữu cơ bằng các vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường được chế tạo từ phế thải nông nghiệp là khía cạnh được nhiều tác giả trong nước và trên thế giới quan tâm nghiên cứu.
2.2.2. Thành phần chủ yếu của vỏ trấuVỏ trấu được tách ra trong quá trình xay xát lúa gạo. Theo Nguyễn Bá Tuấn (2012), trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi cháy trong quá trình đốt và còn 25% còn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu là xellulose, ligin và Hemi-xellulose, ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất chứa nitơ và vô cơ. Ligin chiếm khoảng 25-30% và xellulose chiếm khoảng 35-40%. Bảng 2.2. Đặc trưng thành phần hoá học của nguyên liệu vỏ trấu
Nguồn: Lê Thị Hoài Nam và cs. (2010) Thành phần hoá học của vỏ trấu biến động theo giống lúa, mùa vụ, đặc trưng canh tác nông nghiệp của từng vùng khác nhau. Qua đánh giá và theo dõi nhiều năm ở nhiều nước trên thế giới, thành phần hoá học của vỏ trấu có đặc trưng được trình bày trong bảng 2.2. Hàm lượng của các thành phần trong trấu có biên độ dao động lớn. Theo Lê Thị Hoài Nam và cs. (2010), do silic chiếm gần tới 20% khối lượng của vỏ trấu nên việc nghiên cứu sử dụng nguồn silic từ vỏ trấu để tổng hợp vật liệu chất lượng cao đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Trong vỏ trấu, bên cạnh các thành phần chính là xenlulozo và ligin thì nó chứa một hàm lượng đáng kể các oxit kim loại. Nghiên cứu của Trần Thị Như Mai và Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2010) cho thấy nitơ trong vỏ trấu chủ yếu có trong thành phần của protein, chiếm 1,7-7,4% trọng lượng trấu và trong thành phần của photpholipit. Photpho có trong lipit chiếm 0,4-3%. Bảng 2.3. Thành phần hóa học của tro đốt từ vỏ trấu
Nguồn: Lê Thị Hoài Nam và cs. (2010) Theo Nguyễn Văn Bỉnh (2011), kết quả phân tích độ ẩm: Vỏ trấu sau khi được làm sạch, phơi khô thì nước trong đó vẫn chiếm một lượng đáng kể (8,96%). Bảng 2.4. Kết quả xác định thành phần nguyên tố của vỏ trấu
Nguồn: Nguyễn Văn Bỉnh (2011) Từ bảng trên cho thấy thành phần của vỏ trấu chủ yếu chứa các nguyên tố C, H, O, Si chiếm tới 98,85% còn lại các nguyên tố khác không đáng kể. Các chất hữu cơ của trấu là các mạch poly cacbohydrat rất dài, những thành phần rất dễ cháy và được tận dụng làm chất đốt. Vỏ trấu sau khi đốt chiếm hơn 80% SiO2, đây là một trong những thành phần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.
2.2.3. Một số ứng dụng của vỏ trấu2.2.3.1. Ứng dụng trong xử lý và bảo vệ môi trườngTrên thế giới, nhiều nhà khoa học đã phát minh ra cách chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu. Theo nghiên cứu Vũ Thị Bách (2010), thiết bị được tạo ra bằng cách tách oxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, có độ bền cao. Ngoài ra nó cũng có khả năng khử mùi ở nguồn nước ô nhiễm, khử chất dioxin khi mắc nối tiếp một bình lọc có ống lọc bằng than hoạt tính. Trong nghiên cứu của Nguyễn Văn Hội (2005), tác giả đã chế tạo VLHP từ vỏ trấu bằng cách sau đây: Vỏ trấu rửa sạch nhiều lần bằng nước cất, sấy khô ở nhiệt độ 110oC trong 3 giờ. Lấy lượng xác định vỏ trấu vừa được làm sạch cho vào dung dịch NaOH 0,1 M, tiến hành khuấy trộn trong 1h ở nhiệt độ phòng. Sau đó, lấy phần vỏ trấu cho vào nước cất, khuấy trộn trong 45 phút ở nhiệt độ phòng, quá trình lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi hết kiềm. Phần vỏ trấu đã được xử lý ở trên cho vào dung dịch axit citric 0,6M để phản ứng trong 12 giờ ở 70oC. Tiếp tục lọc lấy phần vỏ trấu đem sấy khô ở 110oC, rửa sạch trên phễu lọc để loại axit dư và sấy ở 80oC trong 3 giờ, thu được VLHP. Kết quả khi khảo sát ở điều kiện 2 gam VL/ 50 ml dung dịch Pb (II) trong thời gian 30 phút, pH bằng 4 và nhiệt độ phòng nhận thấy VL có khả năng tách loại và thu hồi tốt Pb (II) trong dung dịch, dung lượng hấp phụ cực đại qmax là 30,8 mg/g VL. Đề tài nghiên cứu của Lê Hà Giang và cs. (2013) tại Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã sử dụng nhiều cách thức khác nhau để xử lý phế thải rơm rạ và trấu để tạo VLHP. Rơm rạ và trấu ban đầu được nhiệt phân ở nhiệt độ 550oC, tốc độ gia nhiệt 15oC/phút, tốc độ dòng khí mang N2 10 ml/s trong 20 phút để tạo ra VL thô. VL thô tiếp tục được hoạt hóa bằng dung dịch NaOH hoặc KOH 2 M; sấy khô ở 100oC trong 12 giờ; hoạt hóa than ở 700 – 800oC trong 1 giờ, tốc độ khí N2 từ 5 – 7 ml/s, tốc độ gia nhiệt 10oC/phút. Sản phẩm thu được của quá trình hoạt hóa được trung hòa bằng HCl 0,1N; rửa sạch đến trung tính rồi sấy ở 100oC đến tạo than hoạt tính. Kết quả cho thấy, than hoạt tính chủ yếu chứa thành phần Cacbon ( 82 – 87%), ngoài ra còn có các nguyên tố như Oxy, Silic và hàm lượng nhỏ các nguyên tố kim loại (Al, Fe, K, Ca, ...) Sự có mặt của Oxy chủ yếu nằm dưới nhóm chức cacbonyl bề mặt. Hàm lượng Silic của than từ rơm rạ thấp (0,58%), của than từ trấu cao hơn (3,05%). Ảnh SEM của VL cho biết than hoạt tính có dạng tấm (rộng từ 2 – 3 μm, dày 0,8 – 1 μm) được hình thành từ hạt có độ đồng đều cao 20 – 30 nm, sắp xếp theo thứ tự hình thành nên hệ mao quản trung bình thứ cấp từ 10 – 15 nm với than từ rơm rạ và 20 – 30 nm với than từ trấu. Than được khảo sát với dung môi hữu cơ axeton (phân cực) và m-xylen (không phân cực). Kết quả thu đươc như sau: Than từ rơm rạ tốc độ và dung lượng hấp phụ đạt 91 - 93%, than từ trấu đạt 70 – 80%. Lê Văn Cát và Trần Thị Kim Hoa (2003), đã tiến hành chế tạo VL từ trấu bằng phương pháp nhiệt phân yếm khí ở nhiệt độ từ 500 – 900oC trong 1 – 3 giờ, tác nhân hoạt hóa soda được tẩm vào trấu với hàm lượng 0 – 30%. Kết quả tính năng hấp phụ của than trấu với p – nitrophenol được nâng cao đáng kể khi sử dụng hoạt hóa soda. Khả năng hấp phụ của VL đạt 60 – 90%. Nghiên cứu của Đặng Thị Thanh Bình và Nguyễn Thị Ngọc Bích cho biết trấu than hóa ở 400oC trong 3 giờ ở điều kiện yếm khí tạo thành than sơ cấp. Than này tiếp tục được hoạt hóa bằng dung dịch KOH ở điều kiện KOH:C = 4:1, thời gian khuấy 4 giờ, nung hoạt hóa ở 800oC trong 60 phút thu được than hoạt hóa. So sánh kết quả cho thấy than hoạt hóa có có cấu trúc lỗ xốp, diện tích bề mặt lớn 881,72 m2/g VL, tăng 14 lần so với than sơ cấp (60,31 m2/g). Nghiên cứu của Trịnh Văn Dũng, Khoa Công nghệ Hóa học, Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh cũng chỉ ra rằng, VL chế tạo từ trấu than hóa ở 350oC, 400 oC, 450 oC sau đó được hoạt hóa bằng hơi nước quá nhiệt ở nhiệt độ 600 – 900oC, 3 atm, hàm lượng hơi nước 400 – 800 mg/g.h, thời gian hoạt hóa từ 40 – 160 phút. Kết quả phân tích các VL cho thấy, bề mặt riêng của than hoạt hóa bằng hơi nước là 338,37 m2/g, trong khi đó than cacbon hóa bề mặt riêng chỉ 36,4 m2/g. Dung lượng hấp phụ của than hoạt hóa hơi nước trong 120 phút là 128,93 mg/gam VL. Nguyễn Thị Thanh (2015) đã tiến hành chế tạo các VL từ vỏ trấu bằng cách: Trấu được rửa sạch, sấy khô thu được VL thô, VL tiếp tục được đốt yếm khí trong 400 – 500oC trong 3 – 4 giờ thu được VL biến tính. Các VL sau chế tạo được đem khảo sát khả năng hấp phụ với axit axetic và xanh methylen trong điều kiện 0,5g VL/ 50 ml. Dung lượng hấp phụ cực đại của VL thô với axit axetic đạt 16,15 mg/g và xanh methylen 10,18 mg/g; của VL biến tính với axit axetic đạt 39,68 mg/g và với xanh methylen là 15,79 mg/g. 2.2.3.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khácVỏ trấu sử dụng làm chất đốt. Theo Trần Thị Như Mai và Nguyễn Thị Hồng Hạnh (2010), chất đốt từ vỏ trấu được sử dụng rất nhiều trong cả sinh hoạt và sản xuất nhờ có những ưu điểm: Trấu có khả năng cháy và sinh nhiệt tốt do thành phần có 75% là chất xơ, cứ 1kg trấu khi đốt sinh ra 3.400 Kcal. Vỏ trấu sau khi xay xát luôn ở dạng khô, có hình dáng nhỏ và rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ. Chính vì những lí do trên mà trấu được sử dụng làm chất đốt rất phổ biến. Vỏ trấu làm đồ mỹ nghệ. Vũ Xuân Thạnh ở Ninh Bình (2008) đã chế tạo ra các sản phẩm mỹ nghệ nội thất được tạo ra từ vỏ trấu bằng cách nghiền vỏ trấu thành bột dưới dạng mịn và bột sợi. Sau khi kết hợp với keo, trấu được cho vào máy ép định hình sản phẩm và sấy khô, hoàn thiện...để trở thành một sản phẩm mỹ nghệ hoàn chỉnh, có khả năng xuất khẩu. Aerogel từ vỏ trấu- sản phẩm công nghệ cao. Theo nghiên cứu Đỗ Thị Lợi (2009), aerogel là mặt hàng có giá trị cao được sản xuất từ loại tro tinh sạch. Trong sản xuất aerogel vỏ trấu được rửa sạch, khử các tạp chất bằng axit sulfuric, phơi khô, rồi đem đốt trong buồng thông gió ở nhiệt độ khống chế 650-700oC, ở nhiệt độ này tro trấu tạo thành loại tro trắng 92-97% silic không kết tinh, cấp hạt nano, có hoạt tính rất cao. Ngoài ra tro trắng 98% là nguyên liệu thương phẩm cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời và làm con chip điện tử. Làm nhiên liệu khí hóa trấu. Nguyên lý làm việc của trạm dựa vào công nghệ khí hóa trấu bằng lò đốt tầng sôi, hiệu suất chuyển hóa năng lượng rất cao. Nguyên liệu trấu qua lò sẽ được nhiệt và khí hóa ở nhiệt độ cao chuyển thành khí sinh khối, sau khi được xử lí và làm mát, sẽ được sử dụng để phát điện thông qua động cơ đốt trong để cung cấp ga cho khu dân cư đun nấu. 2.3. TỔNG QUAN VỀ BÃ MÍA2.3.1. Nguồn gốcTheo từ điển bách khoa toàn thư, mía là tên gọi chung của một số loài trong loại Saccharum, bên cạnh các loài lau, lách khác. Chúng vốn là các loài cỏ, có thân cao từ 2-6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứa đường. Tất cả các giống mía trồng đều là các giống mía lai nội chi hoặc nội loại phức tạp. Cây mía còn được coi là một trong sáu cây nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo). Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường. Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch có chứa khoảng 16-18% đường. Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép lấy nước dịch. Nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường. Phần nguyên liệu còn lại sau khi chiết xuất đường được gọi là bã mía. Bã mía chiếm khoảng 25-30% khối lượng mía đem ép. Ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường được dùng làm thức ăn cho trâu bò hoặc phơi khô làm chất đốt đun nấu hàng ngày, hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừa mất vệ sinh. Như vậy, nguồn nguyên liệu phế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả và gây ra ô nhiễm môi trường. Mật rỉ đường cũng là một phụ phẩm của ngành sản xuất đường thu được sau khi kết tinh đường tinh thể. 2.3.2. Tình hình trữ lượngLúa là cây trồng chủ lực ở Việt Nam, tuy nhiên các loại hoa màu, cây công nghiệp ngắn ngày cũng ngày càng chiếm được ưu thế trong cơ cấu cây trồng của Việt Nam. Trong số các cây công nghiệp ngắn ngày phải kể đến mía với sản lượng đạt gần 564.300 tấn năm 2015. Bã mía chiếm 29% khối lượng cây mía, điều này có nghĩa là một năm cả nước sẽ thải ra 163.674 tấn bã mía. Do khối lượng bã mía lớn nên vấn đề xử lý chúng còn chưa triệt để. Khu vực thường xuyên ô nhiễm là xung quanh nhà máy đường. Công suất của các nhà máy đường hiện nay từ vài chục tấn cho đến vài trăm tấn thì lượng bã mía thải ra cũng tương đương. Diện tích các nhà máy đa số đều không dành chỗ cho khu vực chứa bã mía hoặc chiếm diện tích khá khiêm tốn. Các nhà máy thường lén đem bã mía ra sông, kênh rạch hoặc thuê các ghe đem đổ ở ngoài sông lớn. Bảng 2.5. Tình hình sản xuất mía đường và trữ lượng mía đường trên thế giới từ 2007 – 2012
Nguồn: Tổ chức Nông Lương Liên hiệp quốc FAO (2013) Theo thống kê trên thế giới của FAO, khoảng 200 quốc gia và vùng lãnh thổ trồng mía và sản lượng đạt 1.832,5 triệu tấn. Còn ở Việt Nam niên vụ 2013 - 2014, diện tích mía nguyên liệu vào khoảng 305.000 ha trong đó diện tích tập trung của các nhà máy đường là 221.816 ha với sản lượng đạt 16 triệu tấn. Theo tính toán của các nhà khoa học, việc chế biến 10 triệu tấn mía để làm đường sinh ra một lượng phế thải khổng lồ khoảng 2,5 triệu tấn bã mía. 2.3.3. Thành phần của bã míaBã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía. Bã mía gồm có sợi xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủ yếu là đường. Bã mía chiếm 25-30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía tươi trung bình chứa 49% là nước; 48,5% là xơ (trong đó 45 – 55% xenlulozơ); 2,5% chất hòa tan (đường). Tuỳ theo loại mía và đặc điểm nơi trồng mía mà các thành phần hoá học có trong bã mía có thể biến đổi. Hàm lượng phần trăm các thành phần hoá học chính của bã mía được chỉ ra trong bảng sau: Bảng 2.6. Thành phần hoá học của bã mía
Nguồn: Nghiên cứu công nghệ làm phân vi sinh từ bã mía, Bộ công thương (2009) Xenlulozơ: Xenlulozơ là polisaccarit do các mắt xích α-glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit. Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 –150.000. Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemixenlulozơ là polisaccarit giống như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích nhỏ hơn. Hemixenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắt xích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl. Lignin: Lignin là loại polyme được tạo bởi các mắt xích phenylpropan. Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa xenlulozơ và hemixenlulozơ Cấu tạo bã mía: Chiều dài sợi khoảng: 0,15 ÷ 2,17 mm, chiều rộng khoảng : 21 ÷ 28 µm.
2.3.4. Một số ứng dụng của bã míaĐể giải quyết vấn đề bã mía tồn đọng tại các nhà máy đường hiện nay, có nhiều nghiên cứu hướng về bã mía. Thời gian gần đây nhiều nghiên cứu sử dụng bã mía đã được ứng dụng thành công. 2.3.4.1. Sử dụng bã mía để xử lý ô nhiễm môi trườngVới thành phần chính là Xenlulozo và hemixenlulozo, bã mía có thể biến tính để trở thành VL tốt. Trên thế giới có một số nhà khoa học nghiên cứu bã mía để làm VLHP xử lý môi trường. Tác giả Avinash Gupta và cs. (2014) tại Ấn Độ đã nghiên cứu việc sử dụng bã mía để chế tạo VLHP nhằm loại bỏ As (III) và As (V) ra khỏi nước. Dung lượng hấp phụ cực đại đối với As(III) là 28,57 mg/g VL, với As(V) là 34,48 mg/g VL. Các tác giả Sumanjit, Walia TPS and Ravneet Kaur (2007) đã tiến hành nghiên cứu và so sánh khả năng tách loại các thuốc nhuộm axit trong dung dịch nước của các loại VL như: than bã mía, than vỏ lạc, than lá chè … Kết quả thu được cho thấy các VL đều có khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm axit với hiệu suất khá cao. Tại Việt Nam, có rất nhiều những công trình nghiên cứu về VLHP chế tạo từ bã mía đã được công bố như: Nghiên cứu của tác giả Lê Hữu Thiềng và Hứa Thị Thùy (2010) Đại học Sư Phạm, Đại học Thái Nguyên. Các tác giả đã sử dụng phương pháp biến tính như sau: Bã mía sau khi rửa sạch được cắt nhỏ, cho vào nước cất đun sôi trong 30 phút để loại bỏ đường hòa tan, sau đó sấy khô ở 80oC trong 24 giờ. Bã mía khô được nghiền thành bột mịn (nguyên liệu đầu). Sau đó nguyên liệu này được trộn với axit H2SO4 đặc 98% để than hóa bã mía theo tỉ lệ 1:1 (bã mía (gam): axit H2SO4 (ml)) rồi nung ở 150oC trong 24 giờ. Nguyên liệu sau khi sấy rửa sạch bằng nước cất 2 lần rồi ngâm trong NaHCO3 1% trong 24h để loại bỏ axit dư rồi lọc và sấy ở 150oC đến khô, rây trên rây kích thước ≤0,02 mm. Kết quả VL có khả năng hấp phụ kim loại nặng Cu2+, Ni2+; dung lượng hấp phụ cực đại với Cu2+ là 54,054 mg/g VL, với Ni2+ là 44, 834 mg/g VL. Tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) cũng sử dụng phương pháp chế tạo vật liệu từ bã mía giống như phương pháp của tác giả Lê Hữu Thiềng, Hứa Thị Thùy (2010) nhưng sử dụng đối tượng chất bị hấp phụ là dung dịch metyl đỏ. Kết quả tại pH bằng 7 VL hấp phụ tốt nhất, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 90 phút. Khảo sát khối lượng VL từ 0,2 ÷ 1,0 gam, khi tăng khối lượng VL thì hiệu suất hấp phụ metyl đỏ tăng dần từ 56,9% ÷ 94,2%. Khảo sát kích thước của VL từ 0,02 mm ÷ 0,1 mm, hiệu suất hấp phụ giảm dần từ 91,75% ÷ 81,78%. Dung lượng hấp phụ cực đại 63,00 mg/g. Một nghiên cứu khác của Lê Hữu Thiềng và cs. (2011) đã sử dụng phương pháp xử lý hóa học bằng fomandehit: Bã mía sau khi thu về tách lấy phần lõi, rửa bằng nước máy nhiều lần rồi rửa lại bằng nước cất. Bã mía được xử lý sơ bộ bằng đun sôi trong nước cất từ 30 – 40 phút để loại bỏ đường hòa tan, cắt nhỏ, sấy khô ở 80oC rồi nghiền nhỏ bằng máy nghiền, rây thu được nguyên liệu đầu. Cân một lượng xác định nguyên liệu trộn đều với dung dịch fomandehit 1% tỉ lệ 1:5 (bã mía (gam):fomandehit (ml)) sau đó sấy ở 50oC trong 4 giờ. Lọc thu lấy nguyên liệu, rửa sạch bằng nước cất hai lần để loại bỏ fomandehit dư và sấy ở 80oC đến khô, đem nghiền nhỏ, rây thu được VL có kích thước nhỏ hơn 0,02 mm. Kết quả phổ IR cho thấy đặc điểm bề mặt của VL có nhiều vị trí thay đổi so với VL đầu. Khi khảo sát với xanh methylen thu được kết quả: pH tối ưu 7,0; thời gian cân bằng là 60 phút; trong khoảng khối lượng từ 0,2 – 1 g VL/100 ml hiệu suất hấp phụ cao nhất đạt 94,4%. Như vậy, cũng giống như vỏ trấu, bã mía hoàn toàn có thể được sử dụng làm nguyên liệu để chế tạo các VLHP, mở ra hướng đi mới cho việc sử dụng nguyên liệu tự nhiên để xử lý ô nhiễm môi trường. 2.3.4.2. Sử dụng bã mía trong các lĩnh vực khácSử dụng để trồng nấm linh chi Nấm linh chi là loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cũng như chữa bệnh cao, nó có tác dụng lớn trong hạ huyết áp. Nấm linh chi trồng trên bã mía có một số hoạt chất nhóm polysarcarit và một số axit amin không thay thế với hàm lượng cao hơn trong nấm linh chi trồng trên mùn cưa. Những hoạt chất này có tác dụng tăng sức đề kháng của cơ thể, điều chỉnh hàm lượng cholesterol trong máu. Bã mía sau chế biến khi trồng và thu hoạch nấm trở thành nguồn phân bón hữu cơ chất lượng thay thế phân hóa học để cải tạo đất trồng mía. Qua quá trình nuôi cấy, cây nấm sẽ phân hủy bã mía thành các phân vi sinh nhờ enzyme. Các chất dinh dưỡng do nấm tiết ra sẽ góp phần phục hồi độ màu của đất, phục vụ ngành sản xuất đường sạch. Sử dụng bã mía làm ván ép Bã mía chứa nhiều cellulose nên ngoài việc dùng để đốt còn được ứng dụng làm ván ép. Bã mía được dùng làm nguyên liệu thay thế gỗ dùng làm ván ép thông thường. Tuy nhiên để đạt được những yêu cầu không thấm nước, không bị nứt khi phơi ra nắng, cứng, dai, rẻ,…thì nhà sản xuất còn phải trộn thêm những phụ liệu khác như vỏ cà phê, lá thông, rơm rạ, sợi tre,..Tất cả những nguyên liệu trên được cắt nhỏ, xay, trộn đều theo tỷ lệ mà nhà sản xuất nghiên cứu, đem ép thành tấm, sấy. Ván ép là sản phẩm làm từ phế phẩm nông nghiệp, chúng có tính hút nước thấp, độ giãn nở thấp, đạt tiêu chuẩn xây dựng. Ứng dụng này không những giải quyết được đầu ra cho những phế phẩm nông nghiệp mà còn mang về thu nhập lớn cho người dân và nhà máy. Nhà máy đường của công ty cổ phần Đường Bình Định (BISUCO) là một trong những công ty đi đầu trong việc đầu tư xây dựng nhà máy sản xuất ván ép bã mía công suất 5.000 m3 sản phẩm/năm. Sản phẩm của công ty đạt giải thưởng chất lượng tại triển lãm Giảng Võ – Hà Nội năm 2013. Sử dụng bã mía tạo ra điện Theo hiệp hội Mía đường Việt Nam, với công nghệ hiện đại, từ mỗi tấn mía cây có thể sản xuất được 100 kWh điện, dự báo đến năm 2020 cả nước sẽ sản xuất khoảng 24 triệu tấn mía – tương đương 2.400 MW, nếu phát huy thế mạnh tiềm năng này, ngành mía đường có thể đảm nhận khoảng 10% sản lượng điện quốc gia. Nhà máy đường Biên Hòa có tổng công suất 5.000 tấn mía/ngày. Mỗi năm, sản lượng mía cây là 600.000 – 750.000 tấn, tương đương 174.000 – 217.500 tấn bã. Mỗi ngày Đường Biên Hòa có thể bán ra lưới điện quốc gia tới 288MW điện, chưa kể lượng điện tự cung cấp để vận hành nhà máy. Sử dụng bã mía làm chậu cảnh Khác hẳn với chậu sành, sứ, loại chậu này có thể thấm nước mưa nhưng không gây ngập úng. Rễ cây có thể xuyên qua chậu để tiếp xúc với đất, nhưng chậu vẫn rất bền, dai và không bị vỡ khi bưng bê. Loại chậu này có thể được làm để ươm cây con, đặt trong phòng thí nghiệm hoặc trồng các hoa, cây cảnh thông thường. Sản phẩm được cho là thân thiện với môi trường vì chỉ cần 3 tháng sau khi chôn xuống đất, nó sẽ bị phân hủy và tạo ra một lớp mùn. 2.4. HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TẠI CÁC LÀNG NGHỀ CHẾ BIẾN NÔNG SẢNTheo số liệu điều tra năm 2013 của Trung tâm Khuyến công và Tư vấn phát triển công nghiệp Hà Nội: Cả nước hiện có 197 làng nghề chế biến nông sản thực phẩm, tập trung chủ yếu ở vùng Đồng bằng sông Hồng (67%). Trong đó, riêng đối với thủ đô Hà Nội, số lượng các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm được công nhận là 43 làng nghề, tập trung chủ yếu ở địa phận thuộc tỉnh Hà Tây cũ và các huyện ngoại thành. Phần lớn các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm ở nước ta là các làng nghề thủ công truyền thống. Các sản phẩm chính của các làng nghề này bao gồm bún bánh, đậu phụ, miến, rượu, nước mắm, tinh bột sắn, tinh bột dong… Ngành nghề CBNSTP trong nước chủ yếu phục vụ nhu cầu ăn uống truyền thống của nhân dân. Nguồn nguyên liệu được cung cấp tại chỗ. Nhiều công đoạn sản xuất của nghề này được ứng dụng khoa học kĩ thuật trong sản xuất nên sản phẩm có chất lượng cao, mẫu mã đẹp nhưng tiêu thụ chủ yếu ở thị trường nông thôn. Các làng nghề CBNSTP, chăn nuôi, giết mổ có đặc điểm chung là sử dụng một lượng nước rất lớn trong quá trình sản xuất, đồng thời cũng thải ra lượng lớn nước thải có hàm lượng các chất hữu cơ cao. Các làng nghề này đều không có hệ thống xử lý nước thải mà đổ trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. Bảng 2.7. Đặc trưng nước thải một số làng nghề chế biến nông sản
Nguồn: BC KSONMT các cụm CN vừa và nhỏ, các làng nghề Hà Nội (2014) Nước thải từ các làng nghề CBNSTP không những có lưu lượng lớn, mà các chỉ tiêu thể hiện mức độ ô nhiễm cũng rất cao. Theo bảng số liệu ở trên, ta thấy, nước thải tại 3 làng nghề Cát Quế, Tân Hòa và Cộng Hòa đều có 4 trong 5 chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép. Đặc biệt là lượng coliform tổng số trong nước thải vượt tiêu chuẩn rất nhiều lần. Mặt khác, tại các làng nghề này, nước thải vẫn chưa được xử lý trước khi thải ra môi trường mà đổ trực tiếp vào các ao, hồ, kênh mương trong làng. Vì vậy nó không chỉ gây nên tình trạng ô nhiễm nước mặt, mà còn làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ngầm. Một đặc trưng nữa của các làng nghề CBNSTP đó là sự phát triển của nghề này thường kèm theo sự phát triển của hoạt động chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi lợn, nhằm tận dụng những phế phụ phẩm, bã thải trong quá trình chế biến. Do vậy, ngoài những chất thải từ quá trình sản xuất nghề, hoạt động chăn nuôi lợn cũng đóng góp một lượng nước thải đáng kể. 2.5. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN NÔNG SẢNĐặc điểm chung của các làng nghề CBNS Việt Nam thường sản xuất trong khu dân cư, và thường kết hợp với chăn nuôi lợn để tận dụng phụ phẩm trong nông nghiệp, vì vậy không chỉ nước thải từ hoạt động sản xuất mà nước thải, chất thải từ chăn nuôi cũng đang tác động đến môi trường. Chính vì vậy, việc xử lý nước thải gặp rất nhiều khó khăn. Đa số các làng nghề chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, hoặc một số làng nghề mới chỉ xử lý sơ bộ trước khi xả ra môi trường. Dưới đây là một số công nghệ xử lý nước thải của làng nghề và nhà máy CBNS. Mô hình xử lý nước thải bằng bể ABR và tái sử dụng cho tưới lúa ở Tân Hòa 
Hình 2.3. Quy trình xử lý nước thải làng nghề chế biến tinh bột xã Tân Hòa, huyện Quốc Oai – Thành phố Hà Nội Nguồn: Tái sử dụng nước thải, Nguyễn Quang Vinh (2014) - Ưu điểm:
+ Có thể áp dụng đối với các làng nghề. - Nhược điểm:
Quy trình hệ thống xử lý nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai mỳ Phước Long được chỉ ra ở hình 2.4. 
Hình 2.4. Quy trình xử lý nước thải tinh bột mỳ tại nhà máy Phước Long Nguồn: Công ty khoai mỳ Phước Long – Bình Phước (2011) - Ưu điểm: +Vận hành đơn giản, chi phí vận hành thấp. - Nhược điểm: + Chiếm diện tích lớn, khó áp dụng đối với các làng nghề; + Cần phải chống thấm cho các hồ, tốn kinh phí lớn; + Nước thải đầu ra không ổn định, dễ phát sinh ra mùi hôi thối. Nhìn chung, nước thải tại các làng nghề hoặc nhà máy CBNS chủ yếu được xử lý theo phương pháp sinh học. Phương pháp này đơn giản, dễ vận hành, có khả năng xử lý tốt các chất hữu cơ. Tuy nhiên, hệ thống thường tốn diện tích, các làng nghề chưa có khu sản xuất riêng nên việc phân loại nước thải còn gặp nhiều khó khăn. 2.6. XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ2.6.1. Cân bằng hấp phụ - Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụHấp phụ là một quá trình thuận nghịch. Các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại pha mang. Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất rắn càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược lại pha mang càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ giải hấp thì quá trình hấp phụ đạt cân bằng. Một hệ hấp phụ khi đạt đến trạng thái cân bằng, lượng chất bị hấp phụ là một hàm của nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ của chất bị hấp phụ: q = f (T,P hoặc C) Ở nhiệt độ không đổi (T=const), đường biểu diễn sự phụ thuộc của q vào P hoặc C (q= f T(P hoặc C)) được gọi là đường đẳng nhiệt hấp phụ. Bảng 2.8. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ
Nguồn: Đặng Trần Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005) Trong các phương trình trên, ν là thể tích chất bị hấp phụ, νm là thể tích hấp phụ cực đại, p là áp suất chất bị hấp phụ ở pha khí, po là áp suất hơi bão hoà của chất bị hấp phụ ở trạng thái lỏng tinh khiết ở cùng nhiệt độ. Các kí hiệu a, b, k, n là các hằng số. Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir được xây dựng dựa trên các giả thuyết:
Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định. Mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân. Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểu phân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh. Phương trình đẳng nhiệt Langmuir nêu ở bảng 2.8, được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn- khí. Tuy nhiên, phương trình trên cũng có thể áp dụng cho hấp phụ trong môi trường nước. Khi đó phương trình Langmuir được biểu diễn như sau:  = Ө = 
Trong đó: q, qmax: dung lượng hấp phụ cân bằng và dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g). Ө: độ che phủ.S b: hằng số langmuir. Ccb: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt cân bằng (mg/l). Để xác định các hằng số langmuir, phương trình được đưa về dạng.
Đồ thị phương trình langmuir và sự phụ thuộc Ccb/q và Ccb.
 ; 
2.6.2. Cơ chế của hiện tượng hấp phụ2.6.2.1. Hấp phụ vật lýCác phân tử chất bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion...) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết Van Der Walls yếu. Đó là tổng hợp của nhiều loại lực hút khác nhau: tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng và lực định hướng. Lực liên kết này yếu nên dễ bị phá vỡ. Trong nghiên cứu Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) hấp phụ vật lý là các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hoá học (không hình thành các liên kết hoá học) mà chất bị hấp phụ chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt chất hấp phụ. Hấp phụ lý học có thể tạo thành nhiều lớp (đa lớp). Hấp phụ lý học không có sự chọn lọc, tất cả các bề mặt chất rắn đều có tính chất hấp phụ lý học. Trong hấp phụ vật lý thường có tính thuận nghịch. Hấp phụ lý học không hình thành mối nối. Sự tương tác giữa phân tử bị hấp phụ với các electron của chất rắn rất yếu. Giữa chất rắn và phân tử bị hấp phụ được coi như là 2 hệ thống, không phải là một hợp chất thống nhất. Ở hấp phụ vật lý, nhiệt hấp phụ thường không lớn, gần bằng nhiệt hóa lỏng hay bay hơi của chất bị hấp phụ ở điều kiện hấp phụ và thường nhỏ hơn 20 kJ/mol.
2.6.2.2. Hấp phụ hóa họcPhan Xuân Vận và Nguyễn Tiến Quý (2006) cho rằng hấp phụ hoá học xảy ra khi các phân tử chất hấp phụ tạo hợp chất hoá học với các phân tử chất bị hấp phụ. Lực hấp phụ hoá học khi đó là lực liên kết hoá học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hoá trị, liên kết phối trí...). Lực liên kết này mạnh nên khó bị phá vỡ. Trong quá trình tạo thành mối nối có sự di chuyển điện tử giữa chất bị hấp phụ và chất hấp phụ, tức là có tác dụng điện tử phần tử hấp phụ và bề mặt chất rắn. Hấp phụ hóa học không có tính thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học khá lớn, từ 40 ÷ 800 kJ/mol, nhiều khi gần bằng nhiệt của phản ứng hóa học. Vì vậy nó tạo thành mối nối hấp phụ khá bền và muốn đẩy chất bị hấp phụ ra khỏi bề mặt xúc tác rắn cần nhiệt độ khá cao. Hấp phụ hóa học xảy ra rất ít, không hơn một lớp trên bề mặt xúc tác (đơn lớp). Hấp phụ hóa học có tính chất chọn lọc cao, phụ thuộc vào tính chất bề mặt chất rắn và tính chất của chất bị hấp phụ. 2.6.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ2.6.3.1. Nồng độTheo Đặng Văn Phi (2012) muốn cho phản ứng hóa học xảy ra thì các phần tử phản ứng phải va chạm với nhau. Số va chạm càng nhiều thì tốc độ phản ứng càng lớn. Mặt khác, số phần tử phản ứng tỉ lệ với nồng độ của nó trong hệ phản ứng, cụ thể là tốc độ phản ứng hóa học tỷ lệ với tích số nồng độ của các chất tham gia phản ứng với lũy thừa tương ứng là các hệ số phân tử trong phương trình phản ứng...Nồng độ tỷ lệ nghịch với hiệu suất hấp phụ. Khi nồng độ chất hấp phụ tăng đến cực đại và không đổi cho dù nồng độ chất hấp phụ tiếp tục tăng thì quá trình hấp phụ tuân theo phương trình langmuir. 2.6.3.2. Thời gianThời gian là yếu tố quan trọng quyết định tới hiệu suất phản ứng. Nếu thời gian ngắn hiệu suất sẽ thấp và ngược lại. Tuy nhiên nếu thời gian kéo dài vượt quá thời gian tối ưu thì hiệu suất không tăng được bao nhiêu, ở thời gian tối ưu thì hiệu suất phản ứng là lớn nhất. 2.6.3.3. Ảnh hưởng pHTheo Trần Minh Hà (2013), pH ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của VLHP cũng như điện tích bề mặt của chất bị hấp phụ. Với các chất bị hấp phụ hữu cơ thì khi pH giảm thì quá trình hấp phụ tăng. 2.6.3.4. Nhiệt độHấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học đều là hấp phụ tỏa nhiệt nhưng hấp phụ vật lí toả nhiệt nhiều hơn. Trong hấp phụ hóa học nhiệt độ thấp, quá trình hấp phụ diễn ra chậm, khi nhiệt độ tăng thì quá trình hấp phụ tăng dần. Đối với hấp phụ vật lí, quá trình hấp phụ ít phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán. Nhiệt độ ảnh hưởng đến tính linh động nguyên tử, phần tử càng linh động càng khó để hấp thu chúng. Nhiệt độ tăng thì bề mặt chất hấp phụ cũng tăng, điều này có lợi cho cả hấp phụ và nhả hấp phụ. 2.6.3.5. Bản chất chất hấp phụ và bị hấp phụTheo Trần Minh Hà (2013) bề mặt riêng chất hấp phụ càng lớn hấp phụ càng tốt. Chất bị hấp phụ chính là sự tương thích với chất hấp phụ, mỗi loại chất hấp phụ đều có một số chất bị hấp phụ nhất định. Độ tan của chất bị hấp phụ tăng thì khả năng hấp phụ giảm. PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.1. ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU+ Thực địa: Làng nghề xã Dương Liễu – huyện Hoài Đức – thành phố Hà Nội; + Phòng thí nghiệm: Bộ môn Hóa – Khoa môi trường – Học viên Nông nghiệp Việt Nam. 3.2. THỜI GIAN NGHIÊN CỨU- Thời gian: Đề tài được thực hiện từ tháng 2/2015 đến tháng 03/2016, trong đó: 3.3. ĐỐI TƯỢNG/VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU- Các phế phụ phẩm nông nghiệp: Thu thập từ huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. + Vỏ trấu của giống lúa Khang dân 18; + Bã mía của giống mía VOC 01. - Nước thải chế biến tinh bột sắn tại xã Dương Liễu – huyện Hoài Đức – thành phố Hà Nội. 3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ các phế phụ phẩm nông nghiệp (PPPNN); - Đánh giá đặc trưng cấu trúc của vật liệu; - Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu với các mẫu nước chứa chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm; - Khảo sát khả năng xử lý chất hữu cơ trong nước thải làng nghề CBNS xã Dương Liễu. 3.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU3.5.1. Phương pháp thu thập tài liệuThu thập thông tin về hiện trạng sản xuất, hiện trạng xử lý nước thải tại xã Dương Liễu thông qua các báo cáo tình hình sản xuất và môi trường tại xã năm 2014, 2015. Thu thập các thông tin từ các công trình nghiên cứu, các báo cáo, bài báo khoa học có liên quan tới đề tài, bao gồm: - Thông tin về trữ lượng, đặc tính và thành phần của vỏ trấu, bã mía; - Các thông tin về quy trình chế tạo vật liệu từ các PPPNN.
3.5.2. Phương pháp thực nghiệm3.5.2.1. Hóa chất, dụng cụ- Lò nung Therm concept – KL 03/12, máy sấy Binder Gmbh Bergstr 14D- 78532, máy lắc June HY- 4; tủ hút chân không; máy đo độ hấp phụ quang UV-VIS; - Máy đo EDX Oxfort Ixix 300, máy SEM – JEOL – JSM 5410LV, máy VNU SIMEN 5005; - Máy đo pH cầm tay, giấy quỳ; cân phân tích; máy phân tích COD; - Cốc mỏ, bình định mức, pipet, buret, đũa thủy tinh, phễu lọc và giấy lọc… - H2SO4 98%; NaHCO3; axit axetic; xanh methylen; NaOH 0,0104N; phenolphtalein; muối mohr; K2Cr2O7 0,1N; HgSO4; axit sunfamic; điphenylamin ... 3.5.2.2. Phương pháp chế tạo vật liệuNghiên cứu sử dụng phương pháp chế tạo VL của Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) - Phương pháp hoạt hóa bằng axit. Còn phương pháp hoạt hóa bằng nhiệt ở 700oC sử dụng theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Liên, Nguyễn Thị Thanh Mai (2015), trong đó phương pháp hoạt hóa bằng axit có cải biên một số công đoạn và điều kiện thí nghiệm. Các công thức thí nghiệm như sau: - VL 1A: Trấu, rửa sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi; - VL 1B: Bã mía cắt nhỏ, rửa nhiều lần bằng nước, đun sôi trong 50 phút, sấy khô đến khối lượng không đổi; - VL 2A: VL 1A đốt yếm khí ở 700oC trong 2 giờ; - VL 2B: VL 1B đốt yếm khí ở 700oC trong 2 giờ; - VL 3A: VL 1A ngâm trong H2SO4 98% với tỉ lệ VL(khối lượng): H2SO4( thể tích) = 1g:1,5ml trong vòng 48h, rửa sạch nhiều lần bằng nước cất, sau đó ngâm trong NaHCO3 5% trong 24h, lọc lấy vật liệu, trung hòa đến môi trường trung tính rồi đem sấy ở 150oC trong 6h; - VL 3B: VL 1B ngâm trong H2SO4 98% với tỉ lệ VL(khối lượng): H2SO4( thể tích) = 1g:1,5ml trong vòng 48h, rửa sạch nhiều lần bằng nước cất, sau đó ngâm trong NaHCO3 5% trong 24h, lọc lấy vật liệu, trung hòa đến môi trường trung tính rồi đem sấy ở 150oC trong 6h; - Công thức đối chứng: VL 4, than hoạt tính bán ngoài thị trường. 3.5.2.3. Phương pháp khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệuTiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian, khối lượng VLHP và nồng độ chất bị hấp phụ đối với axit axetic và xanh methylen. Các thí nghiệm được tiến hành độc lập, nhắc lại 3 lần, lấy kết quả trung bình. a, Khảo sát khả năng hấp phụ của VL với axit axetic Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ axit axetic. Lấy 0,5g VL vào bình tam giác đã có sẵn 50ml dung dịch chứa axit axetic có nồng độ ban đầu 636 mg/l. Lắc đều với vận tốc 150 vòng/phút trong các khoảng thời gian khác nhau 0 phút; 30 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 150 phút. Xác định lượng axit axetic còn lại sau thời gian hấp phụ bằng phương pháp chuẩn độ. - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ axit axetic. Tiến hành sự hấp phụ dung dịch axit axetic có nồng độ 636 mg/l với các VL ở khối lượng khác nhau (0,1g; 0,25g; 0,5g; 0,75g; 1g; 1,25g; 1,5g), thời gian hấp phụ là 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút. Xác định lượng axit axetic còn lại sau thời gian hấp phụ bằng phương pháp chuẩn độ.
Lấy 0,5g VL vào bình tam giác đã có sẵn 50ml dung dịch xanh methylen có nồng độ ban đầu 95,55 mg/l. Lắc đều với vận tốc 150 vòng/phút trong các khoảng thời gian khác nhau 0 phút; 30 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 150 phút. Xác định lượng xanh methylen còn lại sau thời gian phản ứng bằng phương pháp so màu ở bước sóng 660 nm. Mẫu đối chứng (VL 4) tiến hành thí nghiệm tương tự như các VL chế tạo nhưng sử dụng dung dịch xanh methylen nồng độ 1.310,72 mg/l để khảo sát. - Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ xanh methylen. Tiến hành sự hấp phụ dung dịch xanh methylen có nồng độ 95,55 mg/l với các VL ở khối lượng khác nhau (0,1g; 0,15g; 0,25g; 0,5g; 0,75g; 1g; 1,25g; 1,5 g), thời gian hấp phụ là 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút. Xác định lại nồng độ xanh methylen sau khi đạt cân bằng hấp phụ. Mẫu đối chứng (VL 4) tiến hành thí nghiệm tương tự như các VL chế tạo nhưng sử dụng dung dịch xanh methylen nồng độ 1310, 72 mg/l để khảo sát. - Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến đến khả năng hấp phụ xanh methylen. Lần lượt lấy 50ml dung dịch hấp phụ chứa xanh methylen có nồng độ ban đầu 49,335mg/l; 95,79 mg/l; 150,068 mg/l; 188,738 mg/l; 264,72 mg/l; 325,1 mg/l; 529,308 mg/l; 742,33 mg/l; 1.010,72 mg/l và 0,5 g vật liệu vào các bình tam giác để tiến hành hấp phụ trong thời gian 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút. Xác định lại nồng độ xanh methylen sau khi đạt cân bằng hấp phụ. Mẫu đối chứng (VL 4) tiến hành thí nghiệm tương tự như các VL chế tạo nhưng sử dụng dải nồng độ dung dịch xanh methylen: 935,94 mg/l; 1259,6 mg/l; 1569,8 mg/l; 1731 mg/l; 2001 mg/l; 2102 mg/l và 2325 mg/l để khảo sát. c, Thử nghiệm khả năng hấp phụ chất hữu cơ trong nước thải làng nghề xã Dương Liễu - Xử lý mẫu nước sơ bộ trước khi khảo sát: Sử dụng mẫu M6 để khảo sát, mẫu được để lắng trong 2 giờ để loại bớt đất, cát và các phân tử hữu cơ lớn. - Pha loãng mẫu M6 2 lần, 5 lần, 10 lần, 20 lần để tạo thành dãy nồng độ khác nhau là: 4.980 mg/l, 1.860 mg/l, 985 mg/l, 540 mg/l. - Khảo sát khả năng hấp phụ: Lấy 0,5 gam VL (VL được đựng trong túi kín như túi trà lipton) vào bình tam giác đã có sẵn 50 ml nước thải cần xử lý có các nồng độ lần lượt là 540 mg/l, 985 mg/l, 1.860 mg/l, 4.980 mg/l. Đưa lên máy lắc, lắc với vận tốc 150 vòng/phút, sau các khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút lấy túi vật liệu ra. Xác định nồng độ COD trước và sau hấp phụ. 3.5.2.4. Phương pháp chuẩn độ xác định nồng độ axit CH3COOHDùng pipet bầu lấy chính xác vào bình chuẩn độ 10ml dung dịch CH3COOH. Thêm 3 giọt chỉ thị phenolphtalein. Từ buret nhỏ từng giọt dung dịch NaOH 0,0104N tới khi dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng. Chuẩn độ 3 lần nhắc lại. Ghi thể tích dung dịch NaOH 0,0104N đã tiêu tốn. Tính toán kết quả: V1*N1 = V2*N2 ; Cf = (N1*M*1.000)/n Chú thích: N1: Nồng độ của CH3COOH chuẩn độ (N); N2: Nồng độ NaOH 0,0104N; V1, V2: Thể tích của axit CH3COOH, NaOH (ml); Cf: Nồng độ còn lại CH3COOH sau hấp phụ (mg/l); M, n lần lượt là khối lượng mol và hóa trị của CH3COOH. 3.5.2.5. Phương pháp trắc quang xác định hàm lượng xanh methylenTừ dung dịch xanh methylen 1.000 ppm pha ra các dung dịch có nồng độ nhỏ hơn để đo quang ở bước sóng 660 nm. Lấy kết quả đo lập đường chuẩn và tìm ra phương trình hồi quy. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch xanh methylen Đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch xanh methylen được xác định trên cở sở xác định mật độ quang A của dãy nồng độ lần lượt là 0 mg/l; 0,01 mg/l; 0,1 mg/l; 0,5 mg/k; 1 mg/l; 3mg/l; 5mg/l; 7 mg/1; 10 mg/l. Đường chuẩn là đường thẳng thể hiện mối quan hệ tuyến tính giữa nồng độ dung dịch xanh methylen và giá trị mật độ quang A đo được tại giá trị nồng độ đó. Các mẫu được đem đi so màu và xác định mật độ quang của dãy chuẩn. Số liệu được phân tích trình bày trong bảng sau: Bảng 3.1. Số liệu xây dựng đường chuẩn dung dịch xanh methylen
Chú thích: C: Nồng độ dung dịch xanh methylen, đơn vị mg/l A: Mật độ hấp phụ quang tại bước sóng 650 nm 
Hình 3.1. Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ dung dịch xanh methylen Sử dụng phương trình đường chuẩn để tính ra hàm lượng xanh methylen còn lại sau hấp phụ. 3.5.3. Một số phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu3.5.3.1. Phương pháp tán xạ năng lượng tia X (Energy Dispersive analysis of X-rays - EDX).- Mục đích: Dùng để xác định thành phần các nguyên tố trong mẫu vật liệu. Phổ tán xạ năng lượng tia X, hay phổ tán xạ năng lượng là kỹ thuật phân tích thành phần hóa học của vật rắn dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ vật rắn do tương tác với các bức xạ. - Thực nghiệm: Loại máy sử dụng cho nghiên cứu này là máy Oxfort Ixix 300 (Anh) tại Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 3.5.3.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope - SEM)- Mục đích: Phương pháp SEM cho phép xác định được kích thước trung bình và hình dạng tinh thể của các zeolit và các vật liệu có cấu trúc tinh thể khác. Nguyên tắc của phương pháp là sử dụng tia điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. Ảnh đó khi đến màn ảnh quang có thể đạt độ phóng đại yêu cầu. Chùm tia điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quay sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Khi chùm tia điện tử đập vào bề mặt của mẫu sẽ phát ra các điện tử phát xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành một tín hiệu ánh sáng. Chúng được khuếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Độ sáng, tối trên màn ảnh phụ thuộc vào số điện tử thứ cấp phát ra từ mẫu nghiên cứu và phụ thuộc vào hình dạng bề mặt mẫu nghiên cứu. - Thực nghiệm: Mẫu được chụp ảnh qua kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên máy SEM-JEOL-JSM 5410LV (Nhật) tại Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 3.5.3.3. Phương pháp phổ nhiễu xạ Rơnghen (X-ray diffraction - XRD)- Mục đích: Nhận diện nhanh và chính xác các pha tinh thể, đồng thời có thể sử dụng để định lượng pha tinh thể và kích thước VL với độ tin cậy cao. - Nguyên lý hoạt động: Theo lý thuyết cấu tạo tinh thể, mạng lưới tinh thể được cấu tạo từ những nguyên tử/ion phân bố đều đặn trong không gian theo quy luật xác định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay ion xấp xỉ vài Å, xấp xỉ bước sóng tia X. Do đó khi chùm tia X tới đập vào bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong nó thì mạng tinh thể đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Chùm tia X đơn sắc hợp với mặt đơn tinh thể vật liệu một góc θ. Trường hợp này mặt đơn tinh thể của vật liệu trùng với một mặt mạng tinh thể có khoảng cách giữa các mặt là d. Hiện tượng chùm tia sáng song song, tán xạ từ các nút mạng khi chồng chập tạo ra vân giao thoa có biên độ tăng cường là hiện tượng nhiễu xạ. Theo điều kiện giao thoa để các sóng phản xạ trên 2 mặt phẳng cùng pha thì hiệu quang trình ∆ phải bằng số nguyên lần độ dài sóng: ∆ =2d.sinθ = nλ Trong đó: d là khoảng cách giữa hai mặt liền kề. θ là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ. ∆ là hiệu quang trình của hai tia phản xạ. - Thực nghiệm: Sử dụng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (Powder X-ray diffraction) bằng máy VNU-SIMEN-5005 (Đức) tại Bộ môn Vật lý chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội. 3.5.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích mẫu+ Vị trí lấy mẫu Bảng 3.2. Vị trí lẫy mẫu nước thải tại làng nghề xã Dương Liễu
Mẫu M1, M2, M3 lần lượt là các mẫu trung bình của 5 hộ gia đình sản xuất ở lần lượt các công đoạn khác nhau (Công đoạn rửa; ngâm, lắng bột và rửa bột). Mẫu M4, M5 là các mẫu nước thải được lấy từ mương thoát nước. Mẫu M6 là mẫu hỗn hợp của các mẫu M1, M2, M3. Mẫu được lấy nhắc lại 3 lần theo đúng TCVN 4556 – 1988 (Tiêu chuẩn Việt Nam – nước thải – phương pháp lấy mẫu – vận chuyển – bảo quản mẫu). Mẫu sau khi lấy về được bảo quản theo TCVN 5993: 1995 (ISO 5667- 3: 1985), Chất lượng nước. Lấy mẫu. Hướng dẫn bảo quản và xử lí mẫu. + Chỉ tiêu phân tích: Bảng 3.3. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích nước thải
3.5.5. Phương pháp tính toán kết quả và xử lý số liệu- Dùng phương pháp thống kê xử lý số liệu để xử lý số liệu kết quả thu được, tính dung lượng hấp phụ cực đại, phân tích số liệu thực nghiệm hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir. Tính dung lượng hấp phụ cực đại q (mg/g) và hiệu suất hấp phụ H (%) của vật liệu hấp phụ đối với dung dịch bị hấp phụ theo công thức: q=  H= 
Trong đó Co, Ccb là nồng độ ban đầu và nồng độ sau khi hấp phụ của dung dịch bị hấp phụ (mg/l) V thể tích dung dịch bị hấp phụ (l) m lượng vật liệu hấp phụ (g) - Đồ thị, bảng biểu được xử lý bằng phần mềm exel.
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN4.1. KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ4.1.1. Khối lượng VL tạo thànhVỏ trấu sau khi rửa sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi tạo thành VL 1A. Cân 100g VL 1A cho vào lò nung đốt yếm khí ở nhiệt độ 700oC, trong thời gian 2 giờ thu được VL 2A; hoặc cũng 100 g VL 1A đem hoạt hóa bằng axit H2SO4 98% trong 48 giờ, rồi trung hòa lượng axit dư bằng dung dịch NaHCO3 5% trong 24 giờ, rửa sạch sấy khô ở 150oC trong 6 giờ thu được VL 3A. Kết quả khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu được thể hiện trong bảng dưới đây. Bảng 4.1. Khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu
Nguồn: Kết quả thực nghiệm (2015) Đối với vỏ trấu, tiến hành đốt yếm khí ở các khoảng nhiệt độ khác nhau, sẽ xảy ra các phản ứng phân hủy khác nhau và được thể hiện thông qua giản đồ phân tích nhiệt DSC. 
Hình 4.1. Giản đồ phân tích nhiệt DSC mẫu vỏ trấu Trên giản đồ phân tích nhiệt DSC ta quan sát được hai pic sắc nét ở 120,110C thu nhiệt và 306,520C tỏa nhiệt và một pic tỏa nhiệt có hình dạng tù từ 400-5000C tương ứng với ba giai đoạn mất khối lượng trên giản đồ là 21,13%, 60,01% và 18,86%. Sự mất khối ở giai đoạn thứ nhất có thể được giải thích là do quá trình thoát nước bề mặt của trấu. Giai đoạn mất khối thứ hai là do quá trình phân hủy, đề hidrat hóa nước trong cấu trúc của trấu. Quá trình mất khối thứ ba là do quá trình cháy và phân hủy các hợp chất hữu cơ trong trấu. Như vậy, trong nghiên cứu này, chế tạo VL ở 700oC đã làm cho các chất hữu cơ trong vỏ trấu bị cháy. Kết quả, sau 2 giờ chế tạo, từ khối lượng nguyên liệu ban đầu 100 gam, ta chỉ thu được 18,05 gam sản phẩm (VL 2A). Vẫn là nguyên liệu trấu thô, nhưng sử dụng phương pháp hoạt hóa bằng axit, ta thu được 61,95 gam sản phẩm (VL 3A). Không giống cơ chế mất khối của phương pháp đốt yếm khí, phương pháp hoạt hóa bằng axit tác nhân chủ yếu là axit sunfuric có tính ô xy hóa và hút nước rất mạnh. Các chất hữu cơ trong vỏ trấu sẽ ngay lập tức bị đốt cháy trong axit, làm các liên kết cao phân tử bị đứt gãy giải phóng các phân tử khí. Một số nguyên tố kim loại dưới tác dụng của axit sẽ xảy ra phản ứng để tạo thành các muối tan và bị rửa trôi trong quá trình chế tạo. Như vậy, cùng một nguyên liệu đầu vào nhưng chế tạo theo hai phương pháp khác nhau, khối lượng VL thu được sẽ khác nhau. Cụ thể, vỏ trấu hoạt hóa bằng axit tạo ra khối lượng cao gấp 3,43 lần so với phương pháp đốt yếm khí ở 700oC. Đối với nguyên liệu là bã mía, trước khi biến tính theo 2 phương pháp như trên, ta tiến hành chế tạo vật liệu mía thô bằng cách sau: Bã mía cắt nhỏ, rửa sạch nhiều lần bằng nước, đun sôi trong vòng 50 phút để loại bớt đường và các tạp chất tan, sau đó sấy khô đến khối lượng không đổi, ta được VL 1B. Sau khi chế tạo được VL mía thô, ta tiến hành chế tạo theo hai cách biến tính bằng nhiệt và biến tính bằng axit giống với chế tạo vỏ trấu. Kết quả chế tạo được thể hiện trong bảng 4.2. Bảng 4.2. Khối lượng VL chế tạo từ bã mía
Nguồn: Kết quả thực nghiệm (2015) Cơ chế phản ứng của hai phương pháp chế tạo đối với bã mía tương tự như đối với vỏ trấu. Tuy nhiên, nếu so sánh hiệu suất về khối lượng sản phẩm tạo thành của hai nguyên liệu đầu vào ta thấy, dù chế tạo bằng phương pháp đốt hay phương pháp axit hóa, sử dụng vỏ trấu vẫn cho khối lượng sản phẩm lớn hơn. Nguyên nhân ban đầu có thể nhận định do một trong các nguyên nhân sau: So với vỏ trấu, mã mía là loại phế phẩm nhẹ, xốp, khối lượng riêng khá nhỏ; ngoài ra thành phần hóa học của 2 nguyên liệu này khác nhau nên trong quá trình chế tạo xảy ra các phản ứng theo cơ chế khác nhau. Như vậy, chưa xét đến hiệu suất hấp phụ mà chỉ xét hiệu quả chế tạo ta rút ra kết luận như sau: Dùng vỏ trấu để chế tạo VL thu được khối lượng VL lớn hơn so với dùng bã mía. Phương pháp hoạt hóa bằng axit thu được khối lượng VL lớn hơn so với phương pháp hoạt hóa bằng nhiệt. Theo báo cáo về tình hình sản xuất nông nghiệp tại Dương Liễu (2015), tổng diện tích đất nông nghiệp trên toàn xã là 295,25 ha (đất hai vụ lúa là 133 ha chiếm 45,4%, đất màu bãi là 162 ha chiếm 54,6%). Đây là nguồn phát sinh vỏ trấu chủ yếu ở địa phương. Tuy nhiên, do sự phát triển của làng nghề, đời sống dân cư khu vực khá cao nên số hộ sử dụng chất đốt tự nhiên ngày càng giảm. Số hộ sử dụng bếp gas hay bếp điện ngày càng tăng. Vì vậy, vỏ trấu trở thành một loại phế thải gây ô nhiễm, nếu không được xử lý kip thời sẽ gây ra hiện tượng ô nhiễm môi trường và mất cảnh quan sinh thái. Ngoài ra, trên địa bàn xã có một khu chợ Sấu với diện tích lớn, mặt hàng buôn bán phong phú và đa dạng. Vào dip hè, những quán nước tại đây hoạt động hết công suất để phục vụ nhu cầu của người dân, trong đó lượng bán ra nhiều nhất là nước mía. Vì vậy, tại đây thường xuyên phát sinh bã mía với khối lượng lớn. Cũng giống như vỏ trấu, bã mía ít được sử dụng để làm chất đốt và các mục đích khác. Chỉ một phần bã mía rất nhỏ được sử dụng để làm giá thể trồng nấm. Nếu sử dụng các loại phế phụ phẩm này để chế tạo VL thì sẽ giải quyết được bài toán nan giải là nguồn phế thải nông nghiệp phát sinh và sử dụng chính sản phẩm VL đó để xử lý ô nhiễm môi trường tại địa phương. Mặt khác, vỏ trấu và bã mía có thành phần hóa học tương đối khác biệt nhau, là cơ sở để làm tiêu chí so sánh đánh giá các VL sau khi chế tạo. 4.1.2. Kết quả phân tích thành phần các nguyên tố của sản phẩmPhương pháp EDX dựa vào việc ghi lại phổ tia X phát ra từ mẫu vật liệu do tương tác với các bức xạ. Kết quả giản đồ EDX được thể hiện trong hình 4.2 và thành phần phần trăm khối lượng nguyên tố được trình bày trong bảng 4.3.
Hình 4.2. Giản đồ phân tích EDX Bảng 4.3. Kết quả phân tích thành phần nguyên tố của các VL từ vỏ trấu và bã mía
Nguồn: Kết quả phân tích (2015) Trấu được sử dụng trong nghiên cứu là loại vật liệu địa phương có tên gọi là Khang dân 18, kích thước vỏ trấu: Dài 8-10mm, rộng 2,0-2,5mm và dày 0,1-0,15mm. Phương pháp EDX cho phép xác định thành phần các nguyên tố hóa học có trong VL. Hàm lượng cacbon trong các VL ban đầu khá cao khoảng 44%; đây chủ yếu là thành phần xenlulozo với cấu trúc là các mắt xích β-D-Glucozo liên kết với nhau tạo thành các chuỗi mạch dài, vững chắc. Hàm lượng silic trong trấu khoảng 10,48%. Với hàm lượng xenlulozo cao, dưới tác dụng biến tính của nhiệt hoặc axit các thành phần xenlulozo này sẽ xảy ra các phản ứng đề hidrat hóa, thủy phân, bào mòn alkoxy… làm tăng các nhóm chức -COOH, tạo thành các phân tử mạch ngắn làm tăng diện tích bề mặt riêng, dẫn đến tăng khả năng hấp phụ và trao đổi ion của các mẫu vật liệu. Ở phương pháp đốt yếm khí, thành phần nguyên tố Oxy bị thay đổi khá nhiều. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các chất hữu cơ bị phân hủy, nước liên kết trong các hợp chất hữu cơ bị bốc hơi mạnh. Vì vậy, sau chế tạo thành phần Oxy trong VL 2A chỉ còn 8,71%, VL2B là 10,93%. Ở phương pháp biến tính bằng axit, dưới tác nhân oxy hóa rất mạnh, các nguyên tố kim loại có trong vật liệu bị ô xy hóa, tạo thành các muối và bị rửa trôi trong quá trình chế tạo. Vì vậy, sau khi chế tạo VL 3A chỉ còn lại các nguyên tố C, O và Si. Bã mía trong nghiên cứu có thành phần cacbon khá cao, tồn tại dưới dạng các hợp chất cao phân tử như xenlulozo, hemixenlulozo, lignin ... hàm lượng Si thấp chỉ chiếm khoảng 1,94%, trong khi đó các kim loại, đặc biệt là kim loại kiềm chiếm khối lượng phần trăm lớn hơn so với vỏ trấu. Cơ chế mất khối của các VL chế tạo từ bã mía cũng tương tự như cơ chế mất khối đối với VL từ vỏ trấu. Ở nhiệt độ cao, bã mía bị đốt cháy, xảy ra các phản ứng phân hủy tạo thành nước và các hợp chất bay hơi, bị thoát ra ngoài. Phương pháp biến tính bằng axit dưới tác nhân oxy hóa mạnh, các nguyên tố kim loại, sẽ bị oxy hóa tạo muối và bị rửa trôi trong quá trình chế tạo. Vì vậy, kết quả EDX của VL 3A và 3B chỉ còn lại C, O, Si. Đặc biệt, ở cả 2 phương pháp biến tính ta đều thấy rằng, thành phần hóa học của VL không còn chứa nitơ và phospho nữa. Nitơ trong trấu và bã mía tồn tại chủ yếu dưới dạng các phân tử protein, còn phospho có trong thành phần phospholipit. Khi đốt yếm khí ở điều kiện nhiệt độ rất cao (700oC) các phân tử protein và phospholipit bị cháy và phân hủy tạo thành sản phẩm làcác chất khí bay hơi như N2, NH3 hay chất khói trắng P2O5. Tương tự, phương pháp hoạt hóa axit, nitơ và phospho trong nguyên liệu dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh, các liên kết hóa học trong phân tử vật chất bị phá hủy, thậm chí bị đốt cháy để hình thành các chất khí hoặc các hợp chất tan. Chúng sẽ bị rửa trôi trong quá trình chế tạo. Kết quả phân tích thành phần hóa học EDX là cơ sở để giải thích vì sao có sự chênh lệch về khối lượng sản phẩm tạo thành giữa 2 loại nguyên liệu khác nhau và giữa 2 phương pháp biến tính khác nhau. Ở các nghiên cứu trước, Silic là một trong những yếu tố rất được quan tâm trong thành phần của VL. Thực tế, Si và O không tồn tại độc lập mà ở dạng SiO2. Ở điều kiện thường nó có dạng tinh thể là thạch anh, triđimit và cristtobalit. Mỗi dạng đa hình này lại có hai dạng: dạng α bền ở nhiệt độ thấp, dạng β bền ở nhiệt độ cao. Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO4 nối với nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO4, nguyên tử Si nằm ở trung tâm của tứ diện liên kết hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các đỉnh của tứ diện. Như vậy mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác nhau và tính trung bình cứ trên mặt nguyên tử Si có hai nguyên tử O và công thức của silic đioxit là SiO2. Vì có diện tích bề mặt rất lớn nên ta có thể dự đoán, vật liệu nào có thành phần nguyên tố Si càng lớn thì vật liệu có diện tích bề mặt riêng lớn. Trong các VL chế tạo, VL 2A có thành phần Silic lớn nhất chiếm đến 20,44%; VL 2B chiếm 16,03 %; VL 3A chiếm 13, 07%; VL 1A chiếm 10,48%, còn các VL khác rất ít. Như vậy, dựa trên kết quả phân tích EDX, có thể dự đoán VL 2A có diện tích bề mặt lớn hơn các VL còn lại. 4.1.3. Kết quả ảnh chụp SEM của các vật liệu
Hình 4.3. Hình ảnh các loại vật liệu Kết quả thu được sau chế tạo cho thấy VL 1A – trấu thô, có màu vàng nhạt, dạng hạt mảnh, dai, bền chắc; khi chụp ảnh SEM cho cấu trúc bề mặt tương đối bằng phẳng, nhẵn và khá đồng nhất, chưa phân rõ thành phần cấp hạt, tổng diện tích bề mặt khá nhỏ. Tương tự như vậy, VL 1B – bã mía thô, có màu sữa, dai, bền. Khi chụp ảnh SEM cũng có bề mặt bằng phẳng, chưa phân rõ cấu trúc cấp hạt, tổng diện tích bề mặt nhỏ. Kết quả chụp SEM của 2 VL thô hoàn toàn phù hợp với lý thuyết về cấu tạo của các hợp chất hữu cơ thiên nhiên. Bã mía và vỏ trấu thô đều tồn tại dưới dạng các liên kết cao phân tử trong các hợp chất của Xenlulozo, Lignin, Hemixenluloz ... Đối với VL 2A – trấu biến tính bằng nhiệt, sản phẩm tạo thành ở dạng tro, màu xám đen, giòn, xốp, dễ vỡ vụn. Ảnh SEM cho thấy, cấu trúc bề mặt vật liệu có sự biến đổi rất rõ ràng so với vật liệu ban đầu (VL 1A), kích thước hạt trung bình từ 70 – 72 nm. Tương tự, VL 3A – trấu biến tính bằng axit, sản phẩm theo cảm quan có màu đen, giòn xốp, cấu trúc bề mặt của VL cũng thay đổi rất nhiều so với VL ban đầu. Kích thước hạt lớn hơn gấp 2 lần so với kích thước hạt của VL 2A, dao động từ 150 – 152nm. VL 2B – bã mía biến tính bằng nhiệt, sản phẩm tro có màu xám trắng, dạng bột, rất mịn. Khi chụp ảnh SEM cho kết quả kích thước hạt từ 126 – 130 nm. VL 3B cũng được chế tạo từ bã mía nhưng sử dụng phương pháp biến tính axit cho kết quả tương tự như VL 3A, kích thước trung bình từ 210 – 212 nm. VL 4 – than hoạt tính, dùng để so sánh với các VL biến tính có màu đen tuyền, mịn, nhỏ. Tuy nhiên kết quả SEM lại cho thấy kích thước hạt khá lớn, khoảng 1 – 2 µm. Như vậy, kết quả SEM thể hiện sự thay đổi rõ rệt về cấu trúc bề mặt giữa VL thô và VL biến tính. Trong đó, VL 2A có kích thước hạt trung bình nhỏ nhất. 4.1.4. Giản đồ nhiễu xạ XRD của các vật liệuPhương pháp nhiễu xạ XRD cho phép xác định cấu trúc tinh thể của các vật liệu.
Hình 4.4. Giản đồ nhiễu xạ XRD của các vật liệu Giản đồ XRD của xenlulozo tinh khiết thể hiện các pic ở các góc 2θ = 14,5o; 16,3o; 22,6o; xenlulozo là hợp chất cacbonhidrat, được cấu tạo từ hàng trăm, hàng nghìn mắt xích β-D glucozo liên kết với nhau thành các chuỗi mạch thẳng. Nguyên tử hidro trên mạch này tạo liên kết hidro với nguyên tử oxi trên chuỗi liền kề, giữ cho các mạch liên kết side-by-side, tạo cấu trúc mạng lưới và hình thành các chuỗi vi sợi với độ bền cơ học cao. 
Hình 4.5. Cấu trúc của chuỗi xenlulozo Mẫu VL 1A và 1B có các đỉnh pic ở các góc 2θ = 14,5o, tuy không giống hoàn toàn so với xenlulozo tinh khiết nhưng vẫn giữ được một số góc 2θ đặc trưng. Trong các vật liệu biến tính, dưới tác động của nhiệt độ, axit đã phá vỡ cấu trúc của xenlulozo, làm cho các pic ở các góc 2θ bị dịch chuyển khá nhiều so với mẫu ban đầu. Cụ thể, cả 4 mẫu vật liệu biến tính đều không còn giữ được đỉnh pic đặc trưng ở góc 2θ = 14,5o. Mẫu VL 2A đỉnh pic dịch chuyển sang góc 22,5o; tượng tự, mẫu VL 3A đỉnh pic dịch chuyển về góc 22o. Các VL2B và 3B, đỉnh pic dịch chuyển từ 14,5o lên góc 26,2o và 22,5o. Theo lý thuyết, đường nền của ảnh phổ XRD càng thấp thì mức độ tinh thể càng cao và ngược lại. Kết quả thu được các mẫu vật liệu có đường nền khá cao, đều trên 20 cps, cụ thể như sau: VL 1A: 40 cps; VL 1B: 43 cps; VL 2A: 20 cps; VL 2B: 55 cps; VL 3A: 23 cps; VL 3B: 23 cps. Như vậy, chúng đều có cấu trúc tinh thể thấp. Riêng VL 2A, 3A và 3B do thành phần hóa học có chứa phần trăm khối lượng Si cao; các nguyên tố Si này không tồn tại độc lập mà kết hợp với O để tạo thành SiO2 tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể. Vì vậy, mà kết quả chụp ảnh phổ XRD của chúng có đường nền thấp hơn so với các VL khác. Như vậy, giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy, cấu trúc của các vật liệu sau khi bị biến tính đã bị phá vỡ và thay đổi rất nhiều so với nguyên liệu ban đầu. Những đặc điểm này sẽ quyết định đến khả năng hấp phụ của VL. Каталог: Portals -> 1081 -> Ban%20CN%20Khoa -> thu%20vien thu%20vien -> Nghiên cứu xử LÝ phế phụ phẩm sau sản xuất tinh bột sắN ĐỂ TẠo cồn sinh học và phân bón hữu cơ tải về 7.65 Mb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 
ln Co .p
= 
+ 
.
= 
+ 
. Ccb
