BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2016-2017

TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI
TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO
TỪ BÃ ĐẬU NÀNH Ở QUY MÔ
PHÒNG THÍ NGHIỆM”

Thuộc nhóm ngành khoa học: Môi trường

1


HÀ NỘI, THÁNG 4- NĂM 2017
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2016-2017
TÊN ĐỀ TÀI:

“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ AMONI

Nguyễn Thị Thương – ĐH4QM1
Lớp: ĐH4QM1 Khoa: Môi trường
Năm thứ: 3 Số năm đào tạo: 4 năm
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Lê Thị Thoa
2. Mục tiêu đề tài:
- Đánh giá được khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ
bã đậu nành
3. Tính mới và sáng tạo:
Xác định được thời gian cân bằng, hiệu quả hấp phụ, dung lượng hấp phụ
cực đại của vật liệu chế tạo từ bã đậu nành
4. Kết quả nghiên cứu:
- Đã chế tạo được VLHP từ bã đậu nành
- Đã xác định được thời gian hấp phụ tối ưu của 3 loại vật liệu
- Đã xác định dung lượng hấp phụ cực đại của 3 loại vật liệu
- Đánh giá được khả năng xử lý amoni trong nước của từng loại vật liệu chế
tạo từ bã đậu nành
- Thử nghiệm đối với một số mẫu nước ngầm
Kết quả nghiên cứu của đề tài được đối chiếu với:
- QCVN 09: 2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước dưới đất
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
3


Cung cấp thông tin khoa học về khả năng xử lý của vật liệu chế tạo từ bã
đậu nành, nhằm ứng dụng sử dụng vật liệu từ bã đậu nanhftrong xử lý nước
ngầm, nước thải.
6. Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên
tạp chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên


Họ và tên: Mai Thị Hoài Thư
Sinh ngày:

24

tháng 04

năm 1996

Nơi sinh: Trực Ninh, Nam Định
Lớp:

ĐH4QM1

Khoa:

Môi Trường

Khóa: 2014-2018

Địa chỉ liên hệ:
Điện thoại:

0966 334 653

Email:


II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích của sinh viên từ năm thứ 1 đến


MỤC LỤC

6


DANH MỤC HÌNH

7


DANH MỤC BẢNG

8


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

9

BTNMT

: Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

BVTV

: Bảo vệ thực vật

KCN


bởi các chất hữu cơ, vô cơ… có trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp ….
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng để
xử lý nước. Một trong các phương pháp được nhiều nhóm nghiên cứu hiện nay quan
tâm là việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp (như: bã mía, xơ dừa, vỏ lac, vỏ trấu,
vỏ sầu riêng…) để chế tạo vật liệu hấp phụ sử dụng trong xử lý nước. Phương pháp
này có ưu điểm hơn là sử dụng nguyên liệu rẻ tiền, dễ kiếm, không đưa vào môi
trường các tác nhân độc hại.
Việt Nam là một trong những nước có nguồn phụ phẩm nông nghiệp lớn. Bã
đậu nành là nguồn nguyên liệu có chứa nhiều xenlulozo rất thích hợp cho chế tạo vật
liệu và nghiên cứu khả năng xử lý chất ô nhiễm trong nước. Tuy nhiên hiện nay trong
nước chưa có nghiên cứu đầy đủ về khả năng xử lý nước của vật liệu chế tạo từ bã dậu
nành.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu khả
năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậu nành ở quy mô
phòng thí nghiệm”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng xử lý amoni trong nước bằng vật liệu chế tạo từ bã đậu
nành
3. Nội dung nghiên cứu
- Chế tạo vật liệu từ bã đậu nành theo 3 cách: sấy biến tính ở nhiệt độ 200 0C,
cacbon hóa ở nhiệt độ 4000C, cacbon hóa biến tính ở nhiệt độ 4000C
- Xác định thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,
cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính
10


- Xác định hiệu suất xử lý amoni của vật liệu bã đậu nành sấy biến tính,
cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính
- Xác định dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu vật liệu bã đậu nành sấy
biến tính, cacbon hóa, và cacbon hóa biến tính


12

Thành phần

Giá trị đơn vị

Năng lượng

77 Kcal

Nước

81,6 g

Protein

3,2 g

Cacbohydrate

12,5 g

Chất xơ

4.,1 g

Canxi

80 g

-

Làm thức ăn chăn nuôi: hầu hết bã đậu nành được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi
cho các hộ chăn nuôi ở gần cơ sở sản xuất đồ uống từ đậu nành. Vì bã đậu nành cung
cấp nhiều chất dinh dưỡng cho quá trình chăn nuôi, sử dụng bã đậu nành nhằm làm

-

giảm chi phí thưc ăn và tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ.
Làm chất nền cho quá trình nên men: tiềm năng sử dụng bã đậu nành như một cơ
chất cho quá trình lên men ethanol hoặc sản xuất metan đã được xem xét và có tính

-

khả thi.
Làm phân bón: trong trường hợp nhu cầu chăn nuôi là không đủ lớn để sản xuất,

-

BĐN có thể chuyển hướng để xử lý các chất dinh dưỡng cho cây trồng và đất.
Chế tạo vật liệu hấp phụ: các phế phụ phẩm nông nghiệp ngoài BĐN như: vỏ dừa, vỏ
trấu, lõi ngô… đều được nghiển cứu có khả năng xử lý các thành phần hóa học.
Chính vị vậy với sản lượng lớn BĐN tạo ra hàng năm thì việc nghiên cứu chế tạo
BĐN thành vật liệu hấp phụ các thành phần hóa học là một hướng đi mới hứu hẹn
nhiều tiềm năng.
13


1.2.


(hỗn hợp tiếp xúc với chất hấp phụ). Theo thời gian, lượng chất bị hấp phụ tích tụ
trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha mang
càng lớn. Đến một thời điểm nào đó, tốc độ hấp phụ bằng tốc độ phản hấp phụ thì
quá trình hấp phụ đạt cân bằng.
14


- Dung lượng hấp phụ cân bằng (tải trọng hấp phụ): là khối lượng chất bị hấp
phụ trên một đơn vị khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng và ở điều kiện xác
định về nồng độ và nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:
qi (mg/g)=

(1.1)

Trong đó:
qi: Dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g)
: Nồng độ dung dịch đầu (mg/l)
: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/l)
V: thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (l)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
Cũng có thể biểu diễn đại lượng hấp phụ theo khối lượng chất hấp phụ trên một
đơn vị diện tích bề mặt chất hấp phụ.
qi (mg/g)=

(1.2)

S: Diện tích bề mặt riêng của chất hấp phụ.
-

Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung dịch


(1.8)

Trong đó:
qe : Tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
: Tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
b : Hằng số, chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp phụ
-

Khi b.1 thì qe= mô tả vùng hấp phụ bão hòa
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu
diễn là một đường cong.
Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể
sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về phương trình đường
thẳng:
= +

16

(1.9)


Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của /q e vào sẽ xác định các hằng số trong
phương trình Langmuir.

0

1,5g và đã xác định được tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính là 12,66mg/g.
Mặc dù nhiều phụ phẩm nông nghiệp đã được nghiên cứu về khả năng xử lý
các thông số: kim loại nặng (mangan, niken...), chất hữu cơ trong nước, nhưng bã
đậu nành hiện chỉ có nghiên cứu về khả năng hấp phụ ion ,. Luận văn thạc sĩ“Nghiên
cứu khả năng hấp phụ ion ,trên vật vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành” của
Trần Thị Ngọc Ngà cho thấy điều kiện tối ưu để hấp phụ ion lên bã đậu nành: thời
gian khuấy tối ưu là 60 phút; pH tối ưu là 5,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 2 gam VLHP/
100ml dung dịch , khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên hiệu suất hấp phụ là
98,43 (%). Tải trọng hấp phụ cực đại của bã đậu nành biến tính trong hấp phụ bể là
qmax = 1,467 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 10,828. Còn đối với khả năng hấp phụ
ion : thời gian khuấy tối ưu là 60 phút; pH tối ưu là 5,00; tỉ lệ rắn lỏng tối ưu là 0,8
gamVLHP/100ml dung dịch 20mg/l, khi sử dụng đồng thời các điều kiện trên hiệu
suất hấp phụ là 99,38 (%). Tải trọng hấp phụ cực đại của bã đậu nành biến tính trong
hấp phụ bể là qmax = 6,178 (mg/g) và ái lực hấp phụ b = 23,143.

18


CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, ĐỊA ĐIỂM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1.

Đối tượng và địa điểm nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch amoni pha từ NH4Cl
Bã đậu nành
- Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Khoa Môi trường- Trường Đại Học
Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội

2.2.


Xác định nồng độ NH4+

4

Lò nung cacbon hóa

Nung vật liệu cacbon hóa

5

Cân

Cân nguyên liệu, hóa chất

6

Dụng cụ thủy tinh phổ biến trong
phòng thí nghiệm

Tiến hành các thí nghiệm phụ
trợ

1

Axit Citric

Biến tính vật liệu hấp phụ

2


dung dịch


20


2.3.

Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Thu thập và tổng hợp các tài liệu liên quan đến đề tài như sau:
+ Các công trình nghiên cứu xử lý amoni trong nước
+ Các nghiên cứu về chế tạo vật liệu xử lý nước từ phụ phẩm nông nghiệp
2.3.2. Phương pháp thực nghiệm
2.3.2.1.

Phương pháp chế tạo vật liệu sấy biến tính từ bã đậu nành
Để tạo ra vật liệu sấy biến tính bã đậu nành được ngâm qua axit và rửa sạch
bằng bazo đến trung tính trước khi đưa và tủ sấy. Quá trình chế tạo này có thể được
thể hiện cụ thể ở sơ đồ sau:
Bã đậu nành
- Rửa sạch, phơi khô
Bã sạch

- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính
VL đã qua hoạt hóa

VLHP cacbon hóa
Hình 2.2: Sơ đồ chế tạo vật liệu hấp phụ cacbon hóa
2.3.2.3.

Phương pháp chế tạo VL cacbon hóa biến tính từ bã đậu nành
Bã đậu nành được đem rửa sạch, phơi khô để làm giảm thành phần dinh dưỡng
có trong bã đậu nành. Sau đó bã đậu nành sẽ được ngâm với axit và rửa sạch bằng
bazo đến trung tính để đưa vào lò lung tạo thành vật liệu cacbon hóa biến tính. Quá
trình chế tạo được thể hiện ở sơ đồ dưới đây:
22


Bã đậu nành
- Rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Phơi khô
Bã sạch

- Ngâm với axit citric 0,6M trong 30 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất
- Ngâm với NaOH 0,1M trong 60 phút
- Lọc và rửa sạch nhiều lần đế trung tính
VL đã qua hoạt hóa
- Sấy ở 600C trong 24h
Sản phẩm sau sấy

- chuyển vào cốc nung
- Đem nung ở 4000C trong 2h
VL sau nung

- Giã

Xác định nồng độ NH4+ còn lại sau khi lắc

Xác định khả năng hấp phụ
Hình 2.4: Sơ đồ quy trình chung nghiên cứu khả năng hấp phụ NH4+ của vật liệu
Khảo sát thời gian cân bằng: đầu tiên ta tiến hành chuẩn bị bình tam giác có
thể tích là 100ml đánh số thứ tự từng bình và cân lần lượt 0.5g đối với từng loại than.
Sau đó đổ 100ml dung dich NH4+ đã xác định nồng độ vào các bình tam giác rồi
mang đi hấp phụ bằng máy lắc ở các khoảng thời gian khác nhau từ 10 phút đến 90
phút. Sau đó mang bình chứa than đã được lắc với thời gian tương ứng đem đi lọc
24


bằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc xác định nồng độ amoni còn lại, từ đó xác định
được khoảng thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ
Xác định hiệu suất hấp phụ: hiệu suất hấp phụ amoni của vật liệu với các
nồng độ khác nhau từ 1ppm đến 100ppm: để xác định được hiệu suất hấp phụ của
các loại vật liệu tại các các nồng độ khác nhau ta tiến hành chuẩn bị các bình tam
giác có thể tích là 100ml rồi cân 0.5 g vật liệu hấp phụ. Sau đó đổ 100ml dunh dịch
NH4+ đã xác đinh nồng độ riêng vào các bình tam giác rồi mang đi hấp phụ bằng máy
lắc trong khoảng thời gian cân bằng đã được xác định. Sau đó mang dung dịch amoni
chứa vật liệu hấp phụ mang đi lọc bằng giấy lọc rồi mang dung dịch lọc đi xác định
nồng độ amoni còn lại. Từ đó ta xác định được hiệu suất hấp phụ tương ứng của vật
liệu hấp phụ.
Xác định dung lượng hấp phụ cực đại: từ quá trình xác định hiệu suất hấp
phụ của vật liệu tại các nồng độ khác nhau từ xác định được dung lượng hấp phụ cực
đại của từng loại vật liệu trong khoảng nồng độ khảo sát từ 1ppm-100ppm.
Công thức tính toán:
Dung lượng hấp phụ cân bằng được biểu thị khối lượng chất bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng chất hấp phụ tại trạng thái cân bằng dưới các điều kiện nồng
độ và nhiệt độ cho trước.