Bảng 3.7. So sánh độ hấp phụ đơn lớp tối đa thuốc nhuộm MB của một số than hoạt tính khác nhau có nguồn gốc từ sinh khối.
Phương pháp | Tác nhân hoạt hóa | pH | Hàm lượng (g/L) | Co (mg/L) | BET (m2/g) | qL (mg/g) | Mô hình đẳng nhiệt | Tham khảo | |
Vỏ hạt cà phê(CHactiv) | Kết hợp hoạt hóa và Carbon hóa bằng phương pháp HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 950,4 | 500,00 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Lõi bắp (CCactiv) | Kết hợp hoạt hóa và Carbon hóa bằng phương pháp HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 965,9 | 500,00 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Vỏ hạt cà phê (CHhydro) | HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 703,9 | 357,14 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Lõi bắp (CChydro) | HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 741,1 | 400,00 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Vỏ hạt cà phê (CHimpreg) | HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 743,8 | 316,46 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Lõi bắp (CCimpreg) | HTC | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 861,7 | 370,37 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 14 -
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 15 -
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 16 -
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 18 -
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 19 -
Nghiên cứu than hóa phụ phẩm nông nghiệp vỏ hạt cà phê, lõi bắp bằng phương pháp carbon hóa thủy nhiệt, ứng dụng làm vật liệu hấp phụ và xúc tác - 20
Xem toàn bộ 180 trang tài liệu này.
Phương pháp | Tác nhân hoạt hóa | pH | Hàm lượng (g/L) | Co (mg/L) | BET (m2/g) | qL (mg/g) | Mô hình đẳng nhiệt | Tham khảo | |
Vỏ hạt cà phê (CHbiochar) | Nhiệt phân | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 1344,8 | 312,50 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Lõi bắp (CCbiochar) | Nhiệt phân | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 1707,3 | 322,58 | Langmuir | Nghiên cứu này |
Chùm trái cây trống rỗng | Vi sóng | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 1372.0 | 395.3 | Langmuir | [83] |
Vỏ trấu | Vi sóng | KOH | 7 | 0,5 | 50 – 500 | 752,0 | 362,6 | Langmuir | [146] |
Cây cọ | Vi sóng | KOH | 7 | 1,3 | 50 – 500 | 807,5 | 344,8 | Langmuir | [147] |
Vỏ cọ | Vi sóng | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 895,0 | 343,9 | Langmuir | [84] |
Lõi bắp | Vi sóng | KOH | 7 | 0.8 | 100 – 500 | 492.0 | 333.0 | Langmuir | [23] |
Phương pháp | Tác nhân hoạt hóa | pH | Hàm lượng (g/L) | Co (mg/L) | BET (m2/g) | qL (mg/g) | Mô hình đẳng nhiệt | Tham khảo | |
Date stones | Vi sóng | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 856,0 | 316,1 | Langmuir | [145] |
Vỏ quả hồ trăn | Vi sóng | KOH | 7 | 1 | 50 – 500 | 700,5 | 296,6 | Langmuir | [85] |
Mùn cưa cây mây | Nhiệt phân | KOH | 7 | 1 | 100 – 500 | 1083,0 | 294,1 | Langmuir | [119] |
Vỏ sầu riêng | Nhiệt phân | KOH | 7 | 1 | 200 – 300 | 991,8 | 289,2 | Langmuir | [79] |
Vỏ cọ dầu | Nhiệt phân | KOH | 6,5 | 1 | 50 – 500 | 596,2 | 243,9 | Langmuir | [80] |
Hạt sồi | Nhiệt phân | KOH | 7 | 0.5 | 25 – 500 | 2896.0 | 235.0 | Freundlich | [157] |
3.4.6. Phương trình động học hấp phụ
Động học hấp phụ được nghiên cứu nhằm mục đích kiểm soát quá trình hấp phụ theo cơ chế hấp phụ vật lý hay hóa học [162]. Trong nghiên cứu này hàng loạt các thí nghiệm động học hấp phụ MB lên trên các mẫu than sinh học hoạt hóa ở các nồng độ MB ban đầu khác nhau (50 – 500 mg/L) được mô tả bởi mô hình động học hấp phụ bậc 1 và mô hình động học hấp phụ bậc 2. Mức độ phù hợp của mô hình động học bậc 1 và mô hình động học bậc 2 được đánh giá dựa trên hệ số tương quan R2 của mỗi mô hình và giá trị của dung lượng hấp phụ (qe ) giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm.
Hình 3.45 (a – f) mô tả các phương trình hồi qui tuyến tính của ln(qe − qt) với t theo mô hình động học bậc 1 trên tất cả các loại than theo các nồng độ MB ban đầu khác nhau, từ đó xác định các hằng số cân bằng k1 của từng loại vật liệu trình bày trong Bảng PL 6.
Hình 3.46 (a – f) mô tả các phương trình hồi qui tuyến tính của t/qt với t theo mô hình động học bậc 2 trên tất cả các loại than theo các nồng độ MB ban đầu khác nhau, từ đó xác định các hằng số cân bằng k2 và các thông số khác của từng vật liệu trình bày trong Bảng PL 6.
Kết quả trong Bảng PL 6 cho thấy mô hình động học bậc 1 không phù hợp đối với quá trình hấp phụ MB của tất cả các mẫu than sử dụng nghiên cứu này. Do giá trị qe,cal lý thuyết theo mô hình động học bậc 1 chênh lệch rất lớn với qe,exp thực
nghiệm, mặc dù trong tất cả các trường hợp nhận được hệ số tương quan R2 của
phương trình tuyến tính theo mô hình động học hấp phụ bậc 1 lớn (R2 > 0,8). Các giá trị hệ số tương quan R2 của mô hình động học bậc 2 quan sát được gần như thống nhất (R2 > 0,99) cho thấy sự phù hợp của mô hình. Hơn nữa, các giá trị qe,cal tính toán phù hợp tốt với qe,exp thực nghiệm. Từ các kết quả trên có thể kết luận mô hình động học bậc 2 cung cấp mối tương quan tốt cho sự hấp phụ MB trên tất cả các mẫu than so với mô hình động học bậc 1. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu khác đã công bố [164, 165].
Hơn nữa, hằng số tốc độ hấp phụ ban đầu h (mg/g.phút) đã được sử dụng để xác minh lại mô hình động học bậc 2 và được tính toán dựa theo k2 và qe theo công thức:
ℎ = 𝐾ଶ × 𝑞ଶ (3.1)
Kết quả trên Bảng PL 6 cho thấy giá trị h của quá trình hấp phụ MB trên các loại than cao chỉ ra rằng sự động học hấp thụ xanh methylen của các loại vật liệu được kiểm soát bằng phương pháp hóa học, có thể được thực hiện thông qua các phản ứng giữa xanh methylen với các nhóm chức bề mặt. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu khác đã công bố [166].
Mặt khác, các mô hình động học bậc 1 và bậc 2 tiếp tục được đánh giá mức độ phù hợp thông qua mô hình tổng bình phương sai số thực nghiệm (Sum of Squares Error - SSE,%). Giá trị của mỗi mô hình được xác định bằng tổng các SSE tính theo công thức[167]:
𝑆𝑆𝐸 (%)=ට∑(,ೣି,ೌ)మ
ே
Trong đó: N là số điểm dữ liệu.
(3.2)
Mô hình động học động bậc 1 và bậc 2 được đánh giá có mức độ phù hợp tốt hơn nữa khi hệ số tương quan R2 có giá trị cao hơn và giá trị SSE thấp hơn [167]. Các kết quả tính toán (R2 và SSE) trình bày trong Bảng PL 6 cho thấy rằng sự hấp phụ của methylen xanh trên tất cả các loại than có thể được mô tả tốt nhất bởi mô hình động học bậc 2. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu khác đã công bố [165, 168].
(a): MB 50 mg/L
CHhydro CHmagnet CHimpreg CHactiv
CHbiochar
CChydro CCmagnet CCimpreg CCactiv
CCbiochar
6
4
2
ln (qe-qt)
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
t (phút)
(d): MB 300 (mg/L)
CHhydro CHmagnet CHimpreg CHactiv
CHbiochar
CChydro CCmagnet CCimpreg CCactiv
CCbiochar
6
4
2
ln (q -q )
e t
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
6
(b): MB 100 (mg/L)
CHhydro CHmagnet CHimpreg CHactiv
CHbiochar
CChydro CCmagnet CCimpreg CCactiv
CCbiochar
4
2
ln(qe-qt)
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
t (phút)
(e): MB 400 (mg/L)
CHhydro CHmagnet CHimpreg CHactiv CHbiochar
CChydro CCmagnet CCimpreg CCactiv CCbiochar
6
4
2
ln (q -q )
e t
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
6
(c): MB 200 (mg/L)
CHhydro
CHmagnet CHimpreg CHactiv CHbiochar
CChydro
CCmagnet CCimpreg CCactiv CCbiochar
4
2
ln (qe-qt)
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
t (phút)
(f): MB 500 (mg/L)
CHhydro CHmagnet CHimpreg CHactiv
CHbiochar
CChydro CCmagnet CCimpreg CCactiv
CCbiochar
6
4
2
ln (qe-qt)
0
-2
-4
-6
-8
0 100 200 300 400 500
20 (a): MB 50 mg/L
20
(b): MB 100 (mg / L)
20
(c): MB 200 (mg/L)
CHhydroCChydro
16 CHmagnet CCmagnet
16 CHhydroCChydro
CH
16
hydroCC
hydro
CHmagnet CCmagnet
CH CC
CHmagnet CCmagnet
impreg impreg
CHimpreg CCimpreg
CHimpreg CCimpreg
12 CHactivCCactiv
12 CHactiv CCactiv
12 CH CC
CHbiochar CCbiochar
activ activ
t/qt
t/qt
CHbiochar CCbiochar
8 8
CHbiochar CCbiochar
t/qt
8
4 4 4
0
0 150 300 450 600 750 900
t (phút)
6
(d): MB 300 (mg/L)
5 CHhydro CChydro
CHmagnet CCmagnet
4 CHimpreg CCimpreg CHactiv CCactiv
t/q
t
3 CHbiochar CCbiochar
2
1
0
0 150 300 450 600 750 900
0
0 150 300 450 600 750 900
t (phút)
6
(e): MB 400 (mg/L)
5 CHhydro CChydro
CHmagnet CCmagnet
4 CHimpreg CCimpreg CHactiv CCactiv
t/q
t
3 CHbiochar CCbiochar
2
1
0
0 150 300 450 600 750 900
0
0 150 300 450 600 750 900
t (phút)
6
(f): MB 500 mg / L
5 CHhydro CChydro
CHmagnet CCmagnet
4 CHimpreg CCimpreg CHactiv CCactiv
t/q
t
3 CHbiochar CCbiochar
2
1
0
0 150 300 450 600 750 900
3.4.7. Khả năng tái sử dụng của các loại vật liệu
a
CHactiv
a
b
b
CCactiv
c c
Độ acid tổng CHactiv Độ acid tổng CCactiv
d
d
e
d
d
e
Tái sử dụng là một trong những lợi thế lớn nhất của chất hấp phụ, nó giúp cung cấp những thông tin hữu ích về độ ổn định hấp phụ trong các chu kỳ hấp phụ. Chọn vật liệu Hydrochar hoạt hóa (CHactiv và CCactiv), hai mẫu có dung lượng hấp phụ MB tốt nhất làm đại diện để đánh giá khả năng tái chế của than sinh học hoạt hóa. Trong thí nghiệm này, để tiến hành quá trình giải hấp, nghiên cứu đã sử dụng ethanol làm dung môi rửa giải MB. Kết quả trên Hình 3.47 cho thấy sau mỗi lần thí nghiệm, chất hấp phụ có mức giảm đáng kể. Cụ thể, đối với mẫu CHactiv trong chu kỳ đầu tiên hiệu suất hấp phụ MB của đạt 99,93%, sau đó giảm nhanh và chỉ thu được 80,43%, 67,95% 52,74%, 50,32% và 48,04% tương ứng trong lần thí nghiệm thứ 6. Đối với mẫu CCactiv trong chu kỳ đầu tiên hiệu suất hấp phụ MB của đạt 99,98%, sau đó giảm nhanh và chỉ thu được 82,05%, 68,40%, 52,06%, 51,86% và 47,85% tương ứng trong lần thí nghiệm thứ 6. Qua kết quả phân tích thống kê phương sai, kiểm định Tukey HSD cho thấy vật liệu có khả năng tái sử dụng ít nhất 5 lần. Kết quả hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu khác đã công bố khả năng hấp phụ MB của than hoạt tính có nguồn gốc từ quả vả [151].
120
Hiệu suất hấp phụ MB (%)
100
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7
Số lần tái sử dụng (lần)
2.0
Độ acid tổng (mmol/g)
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
Hình 3.47. Khả năng tái sử dụng của Hydrochar hoạt hóa CHactiv và CCactiv; các thông số a,b,c,d,e chỉ sự khác biệt có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy 95% kiểm định Tukey HSD.
3.5. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của loại than sinh học hoạt hóa
3.5.1. Chuẩn bị nguyên liệu giàu cellulose từ rơm rạ
Quá trình nổ hơi nước được tính toán dựa trên hệ số SF (yếu tố làm việc) theo công thức (2.14). Hệ SF đóng vai trò như một công cụ dự đoán chuyển đổi các