ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HÓA
----- -----

NGHIÊN CỨU TỔ HỢP THAN BÙN – XƠ
DỪA LÀM VẬT LIỆU HẤP PHỤ CHẤT MÀU
HỮU CƠ TRONG NƢỚC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HÓA PHÂN TÍCH MÔI TRƢỜNG

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Nhung
Lớp

: 14CHP

Đà Nẵng, tháng 04 năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA



Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với
những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dừ trực tiếp hay gián tiếp
của ngƣời khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại
trƣờng Đại học Sƣ Phạm Đà Nẵng đến nay, em đã nhận đƣợc rất
nhiều sựu quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô ở Khoa
Hóa Học đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt
vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập
tại trƣờng.
Em xin cảm ơn thầy giáo TS.Trần Mạnh Lục, ngƣời đã hƣớng dẫn
tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu,
thực hiện và hoàn hành khóa luận.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 4 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thị Nhung


LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

NGUYỄN THỊ NHUNG


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Xd

xơ dừa


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................14
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................18
1.1.

Dừa và sợi xơ dừa ..........................................................................................18

1.1.1.

Đặc điểm và nguồn gốc ..........................................................................18

1.1.2.

Sợi tự nhiên .............................................................................................18

1.1.2.1.

Cấu trúc vi mô của sợi tự nhiên ..........................................................18

1.1.2.2.

Cấu trúc của sợi xơ dừa ......................................................................19

1.1.2.3.


1.2.1.2.

Phân loại .............................................................................................23

1.2.1.3.

Tính chất .............................................................................................23

1.2.2.
1.3.
1.3.1.

Chất mùn trong than bùn ........................................................................24

Tổng quan về thuốc nhuộm............................................................................27
Sơ lƣợc về thuốc nhuộm .............................................................................27

1.3.2.1.

Thuốc nhuộm thiên nhiên ....................................................................27

1.3.2.2.
Thuốc nhuộm tổng hợp: đƣợc chia theo phân lớp kỉ thuật và theo cấu
tạo hóa học. ............................................................................................................28


1.3.3.

Tác hại của ô nhiễm nƣớc thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm...................30



1.5.2.2.

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich ....................................34

1.5.3.

Hiệu dung và hiệu suất hấp phụ..............................................................35

1.5.3.1.

Dung lượng hấp phụ cân bằng ...........................................................35

1.5.3.2.

Hiệu suất hấp phụ (H%) .....................................................................35

CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM .............................................................................36
2.1.

Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất ......................................................................36

2.1.1.

Nguyên liệu .............................................................................................36

2.1.1.1.

Xơ dừa .................................................................................................36



Thu gom và xử lí mẫu .............................................................................39

2.2.1.1.

Xơ dừa: Cách tiến hành ......................................................................39

2.2.1.2.

Than bùn: Cách tiến hành ..................................................................40

2.2.1.3.

Tổ hợp than bùn và xơ dừa: Cách tiến hành .......................................41

2.2.1.4.

Xác định độ ẩm ...................................................................................42

2.2.1.5.

Xác định hàm lượng tro ......................................................................42

2.2.1.6.

Xử lí vật liệu bằng NaOH ...................................................................43

2.2.2.
Khảo sát một số tính chất vật lí của xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa và
than bùn biến tính ..................................................................................................43

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................47
3.1.

Xác định đặc tính lí hóa của nguyên liệu ban đầu .........................................47

3.1.1.

Xác định độ ẩm .......................................................................................47

3.1.2.

Xác định hàm lƣợng tro ..........................................................................47

3.2. Khảo sát một số tính chất vật lí của than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn + xơ
dừa biến tính ..............................................................................................................48
3.2.1.

Phổ hồng ngoại .......................................................................................48


3.2.2.

Ảnh SEM ................................................................................................51

3.2.3.

Phổ phân tích nhiệt trọng lƣợng (DTA/TG) ...........................................52

3.3.


Bảng 3.4. Những dải phổ hồng ngoại chính của mẫu xơ dừa và tổ hợp than bùn + xơ
dừa. ............................................................................................................................51
Bảng 3.5. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu than
bùn. ............................................................................................................................54
Bảng 3.6. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu xơ dừa.
...................................................................................................................................54
Bảng 3.7. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ xanh methylen của mẫu tổ hợp
than bùn + xơ dừa......................................................................................................55
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ đến tải trọng hấp phụ. .55
Bảng 3.9. Khảo sát khối lƣợng của mẫu than bùn hấp phụ methylen xanh. .............57
Bảng 3.10. Khảo sát khối lƣợng của mẫu xơ dừa hấp phụ methylen xanh...............57
Bảng 3.11. Khảo sát khối lƣợng của mẫu tổ hợp than bùn + xơ dừa hấp phụ
methylen xanh. ..........................................................................................................58
Bảng 3.12. Kết quả khảo sát khối lƣợng vật liệu hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ
methylen xanh. ..........................................................................................................58
Bảng 3.13. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đến hấp phụ methylen xanh của mẫu
than bùn. ....................................................................................................................60


Bảng 3.4. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ
dừa. ............................................................................................................................60
Bảng 3.15. Khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh của mẫu tổ
hợp than bùn + xơ dừa. .............................................................................................60
Bảng 3.16. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ hấp phụ methylen xanh đến tải
trọng hấp phụ.............................................................................................................61
Bảng 3.17. Điều kiên tối ƣu quá trình hấp phụ của VLHP .......................................62
Bảng 3.18. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lƣợng chất bị
hấp phụ methylen xanh của than bùn. .......................................................................63
Bảng 3.19. Nồng độ ban đầu, nồng độ cân bằng và tải trọng hấp phụ, lƣợng chất bị
hấp phụ methylen xanh của mẫu xơ dừa. .................................................................64


Hình 3.12. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với than bùn. .............63
Hình 3.13. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu than bùn .....64
Hình 3.14. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với xơ dừa .................65
Hình 3.15. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu xơ dừa ........65
Hình 3.16. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Langmuir đối với tổ hợp than bùn +
xơ dừa ........................................................................................................................66
Hình 3.17. Dạng tuyến tính của phƣơng trình Freundlich đối với mẫu tổ hợp than
bùn + xơ dừa.............................................................................................................67


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, phát triễn kinh tế gắn bó với bảo vệ môi trƣờng là
chủ đề tập trung sự quan tâm của nhiều nƣớc trên thế giới. một trong những vấn đề
đặt ra cho các nƣớc đang phát triễn, trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trƣờng ô
nhiễm từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình nhƣ các ngành công
nghiệp cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, y dƣợc,
luyện kim, xi mạ, giấy, đặc biệt là ngành dệt nhuộm đang phát triễn mạnh mẽ và
chiếm kim ngạch xuất khẩu cao của Việt Nam.
Công nghiệp dệt nhuộm ra đời và phát triễn không ngừng nhằm đáp ứng nhu
cầu may mặc ngày càng đa dạng của con ngƣời. Dệt may là một trong những ngành
sản xuất quan trọng trong chiến lƣợc phát triễn kinh tế xã hội của Việt Nam. Công
nghiệp dệt may góp phần tăng tỷ trọng xuất khẩu, giải quyết công ăn việc làm cho
một lƣợng lớn lao động hiện nay. Tuy nhiên, cùng với những lợi ích kinh tế, một
vấn đề đang đƣợc quan tâm, đó là tình trạng ô nhiễm môi trƣờng do các nƣơc sthair
từ các nhà máy dệt nhuộm gây ra. Màu của nƣớc thải dệt nhuộm thƣờng có cƣờng
độ lớn, nhiều màu sắc khác nhau. Do đó, khi đƣợc thải vào môi trƣờng, nƣớc thải
ảnh hƣởng xấu đến mỹ quan môi trƣờng, gây ô nhiễm đất và nƣớc, ảnh hƣởng đến
sức khỏe và cuộc sống của ngƣời dân xung quanh. Phẩm nhuộm là các hợp chất hữu

hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước” làm luận văn tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa, than bùn, tổ hợp than bùn – xơ dừa.
Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ của
vật liệu hấp phụ chế tạo từ xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa – than bùn đối với chất
màu hữu cơ trong nƣớc.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
-

Than bùn.

-

Xơ dừa.

-

Dung dịch xanh methylen.

15


3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ chất màu xanh metylen
của than bùn, xơ dừa, tổ hợp than bùn – xơ dừa đã đƣợc biến tính.
- Khảo sát khả năng tái hấp phụ của vật liệu.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lí thuyết
- Thu nhập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.

Xác định đặc tính hóa lí
SEM, IR, DTA

Xơ dừa

S

Biến tính

Vật liệu

Thời gian

Khối lƣợng

Nồng độ

7. Bố cục của luận văn
MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan (Từ trang đến trang )
Chương 2: Thực nghiệm (Từ trang đến trang)
Chương 3: Kết quả và thảo luận (Từ trang đến trang )
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

17


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.2.2. Cấu trúc của sợi xơ dừa
Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi cá nhân đƣợc thu hẹp và rỗng, với những bức
tƣờng dày đƣợc làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chƣa trƣởng thành nhƣng
sau đó trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin đƣợc lắng đọng trên các
xenlulozo. Mỗi tế bào dài khoảng 1mm (0.04 in) và đƣờng kính thƣờng từ 10 đến
20 micromet ( 0.0004 đến 0.0008 in). Sợi xơ dừa có chiều dài thƣờng là từ 10 đến
30 cm. Có hai loại xơ dừa. Xơ dừa nâu đƣợc thu hoạch từ dừa chín hoàn toàn.
Chúng dày, chắc và có khả năng chống mài mòn cao. Chúng thƣờng đƣợc sử dụng
trong chiếu, bàn chải…Sợi xơ dừa nâu trƣởng thành có chứa lignin và xenlulozo ít
hơn so với những sợi khác nhƣ lanh, bông và vì nó mạnh mẽ nhƣng ít linh hoạt hơn.
Sợi xơ dừa trắng đƣợc tu hoạch từ các quả dừa trƣớc khi chín. Những sợi này có
màu trắng hoặc ánh sáng màu nâu và mƣợt mà và mịn hơn, nhứng cũng yếu hơn.
Chúng thƣờng đƣợc quay thành sợi để sử dụng trong chiếu thảm chùi chân hoặc dây
thừng.
Các sợi xơ dừa tƣơng đối không thấm nƣớc và là một trong những loại sợi tự
nhiên có khả năng chịu đƣợc sự phá hủy của nƣớc muối. Nƣớc ngọt đƣợc xử dụng
để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nƣớc biển và nƣớc ngọt đều đƣợc sử dụng để xử lí xơ
dừa trắng [11], [12].
1.1.2.3. Tính chất của sợi xơ dừa
Xơ dừa đƣợc tách ra từ vỏ quả dừa. Chiều dài sợi khác nhau, từ 10-30cm. Sợi
xơ dừa mạnh, đàn hồi, có một độ bền màu thấp và độ bền cao ( vì thành phần
xenlulozo 35-45%, 40-45% lignin và pectin 2,7-4% và hemixenlulozo 0,15-0,25%
Xơ dừa, cũng nhƣ các sợi thiên nhiên khác, số lƣợng đáng kể của đƣờng kính
đi kèm với chiều dài riêng biệt của các sợi. Chất lƣợng sợi đƣợc tính dựa trên nhiều
nhân tố khác nhau nhƣ kích cỡ, cƣờng độ trƣởng thành và tất nhiên là còn tùy vào
các loại cây dừa khác nhau cũng nhƣ là các quá trình, phƣơng pháp nuôi dƣỡng.
Những nghiên cƣu về độ mạnh của sợi xơ dừa đƣợc lấy từ những vùng khác
nhau ơ Kerala đã đƣợc đƣa ra bởi Mathai.

19


W/mK

Tỷ trọng

1,15-1,33

g/cm3

Độ thấm nƣớc

10

%

Độ giãn dài

Bảng 1.2: So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác [5]
Dừa

Chuối

Dừa

Đay

Đƣờng kính

100-460


11

14-18

8,1

Tỷ lệ xenlulozo/lignin

43/45

65/5

81/12

63/12

Mô đun đàn hồi

4-6

8-20

34-81

20-22

Độ bền

131-175


những thành phần vô định hình, kém ổn định, làm giảm tính chất cơ lý, hóa lý của
sợi thực vật. Để phản ứng xảy ra, hóa chất cần xâm nhập vào hình thái cấu trúc này.
Để tăng cƣờng khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng, xenlulozo cần đƣợc gây
trƣơng và loai bỏ hemixenlulozo, lignin. Một số tác nhân gây trƣơng thƣờng đƣợc
sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2…[10].
1.1.3.2. Ảnh hưởng của NaOH
Dung dịch NaOH có nồng độ 5÷30% có khả năng hòa tan các chất vô định
hình. Khi ngâm sợ thực vật trong dung dịch NaOH thì có hai quá trình đồng thời
xảy ra đó là quá trình tách lignin, các phần vô định hình và quá trình NaOH tƣơng
tác với các đại phân tử holoxenlulozo, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời
gian xử ly. Khi nồng độ dung dịch NaOH thì nó hòa tan phần vô định hình, còn
xenlulozo chỉ bị tác động nhẹ. Khi tăng nồng độ NaOH và tăng thời gian xử lý thì
quá trình tách phần vô định hình tăng không đáng kể vì hàm lƣợng của chúng có
trong sợi là giơi hạn, trong khi đó quá trình tƣơng tác giữa NaOH và các mạch đại
phân tử holoxenlulozo lại tăng [13].
1.1.3.3. Ảnh hưởng của dung dịch axit
Xenlulozo bị trƣơng nở trong dung dịch axit loãng. Trong môi trƣờng axit đậm
đặc nhƣ H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,…xenlulozo sẽ bị hòa tan
Dƣới tác dụng của axit, mối liên kết glucozit sẽ bị thủy phân làm cho mạch
xenlulozo bị đứt. Tốc độ của quá trình thủy phân phụ thuộc vào độ mạnh yếu của
axit. Ngoài ra, tốc độ thủy phân xenlulozo phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng.
Đối với việc khảo sát ảnh hƣờng của dung dịch axit trong xử lý sợi xenlulozo
thì thông thƣờng ngƣời ta khảo sát xử lý hai giai đoạn: giai đoạn 1 là giai đoạn xử lý
với axit, giai đoạn 2 là giai đoạn xử lý với kiềm.
Khi thời gian ngâm trong dung dịch axit tăng thì hàm lƣợng tạp chất bị loại
khỏi sợi cũng tăng. Dung dịch kiềm không chỉ có tác dụng hòa tan các chất sáp, vô
cơ và các hemixenlulozo, lignin có độ trùng hợp thấp. Kiềm còn có tác dụng làm
trƣơng nở mạch xenlulozo, tuy nhiên không phá hủy xenlulozo mà chỉ gây ra những
biến đổi về hóa lý trong cấu trúc. Trong khi đó, axit có tác dụng làm đứt các liên kết
axetal giữa nhóm chức lignin với nhóm hydroxyl của xenlulozo. Các sản phẩm

chất hữu cơ đó gọi là ”than bùn”.
Do điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc điểm thực vật khác nhau của
từng vùng, các mỏ than bùn ở nƣớc ta có những đặc điểm khác nhau [5].

22


1.2.1.2. Phân loại
Có ba loại: than bùn nông, than bùn sâu, than bùn chuyển tiếp.
Than bùn nông: đƣợc hình thành do sự tích tụ xác, bã các loại cây có ít dinh
dƣỡng nhƣ: lau, sậy, lăn, lác,… ở những nơi địa hình tƣơng.
Than bùn sâu: trong điều kiện địa hình thấp, có đầm lầy nƣớc đọng và nhiều
chất dinh dƣỡng, các loại cây đƣợc phát triễn tốt hơn nhƣ: cỏ lông lợn, cỏ sâu
róm,rêu, lăn, lác, lau, sậy và các loại cây nhỏ. Xác bã loại cây này tích tụ dần thành
than bùn sâu. Đặc điểm than bùn sâu là chứa nhiều chất dinh dƣỡng và ít chua.
Than bùn chuyển tiếp: ở giữa hai loại than bùn trên. Đặc điểm của than bùn
nông và than bùn chuyển tiếp là ít dinh dƣỡng, mức độ chuyển hóa thấp và chua [4].
1.2.1.3. Tính chất
 Tính chất vật lí
Nói chung, nguồn gốc các mỏ than ở nƣớc ta hình thành từ rừng cây thảo mộc
hoặc từ cây cỏ, rong, rêu… đều có đặc điểm ngoại hình giống nhau, màu sắc của nó
thƣờng là màu nâu đến màu đen.
Than bùn ở nƣớc ta có độ phân giải khá cao ( từ 30 – 80%). Khả năng giữ
nƣớc là 25 – 75%, sức hút giữ đạm amon (NH4+) từ 150-250 milidlg/100 gam than
bùn khô (tức là vào khoảng 2,7 – 4,5%).
Bề dày của mỏ than nƣớc ta thƣờng vào khoảng 0,5 – 3,6m thƣờng năm ở lớp
đất mặt ( từ 0,2m – 3,5m), có khi nằm độ thiên.
Nhƣ vậy, than bùn ở nƣớc ta có tính chất vật lí tƣơng đối tốt, khả năng hút
nƣớc, giữ nƣớc, giữ đạm amon cao nên có thể sử dụng nó vào mục đích làm phân
độn chuồng tốt [5].

đặc điểm và điều kiện quá trình hình thành đất quyết định. Trong than bùn tổng
lƣợng mùn có thể đạt tới vài chục phần trăm.
Ngƣời ta chia mùn ra hai nhóm hợp chất:
-

Nhóm thứ nhất: bao gồm các sản phẩm phân giải xác hữu cơ và những sản

phẩm sống (trao đổi và tổng hợp) của vi sinh vật. Những chất hữu cơ nãy chƣa bị
mùn hóa và có trong thành phần chất hữu cơ. Vì vậy, ngƣời ta gọi nhóm thứ nhất
này là nhóm mùn không đặc trƣng. Trong than bùn hàm lƣợng của nhóm này mới
chỉ đạt tới 50-70%. Vì ở đây, quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ rất chậm. Tính
chấtđặc trƣng của nhóm hữu cơ chƣa bị mùn hóa là tính chất biến động dó quá trình
phân hủy và mùn hóa những hợp chất này luôn luôn xảy ra trong đất.Trong thành

24


phần của nhóm mùn đặc trƣng bao gồm các hợp chất nhƣ: hydrat cacbon, hợp chất
chứa nito, linhin, lipit, nhựa, chất chát, andehit.
-

Nhóm thứ hai: bao gồm các hợp chất hữu cơ phức tạp đã bị mùn hóa.

Chứng không có trong thành phần xác hữu cơ mà chỉ đƣợc hình thành trong quá
trình mùn hóa, chúng đƣợc gọi là nhóm mùn đặc trƣng. Nhóm này chiếm khoảng:
80-90% tổng số mùn chất.
Nhóm mùn đặc trƣng hay thƣờng gọi là chất mùn là một hệ thống của các hợp
chất hữu cơ cao phân tử, chứa nito, có cấu trúc vòng và có tính axit. Do nhóm chất
mùn có tính axit và thực chất nhóm này bao gồm các axit mùn và những dẫn xuất
của nó nên còn có thể gọi là nhóm axit mùn. Nhờ có tính axit mà chúng có thể tác