Ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò huyết

- ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG LÊN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ LÂN CỦA BỘT VỎ SÒ HUYẾT.
- Hấp phụ, lân, màu sắc, nhiệt độ nung, vỏ sò.
- Một trong những phương pháp tiền xử lý vật liệu hấp phụ để làm tăng khả năng hấp phụ lân của vỏ sò là gia nhiệt.
- Nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng của 3 mức nhiệt độ 550, 750 và 950°C lên khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò huyết (kích cỡ hạt ≤2,0 mm).
- Quá trình hấp phụ lân được tiến hành trong 24 giờ ở nồng độ 20 mg PO 4 3- /L.
- Kết quả cho thấy vỏ sò sau khi qua xử lý nhiệt thì có khả năng hấp phụ lân tốt hơn so với không nung, tuy nhiên mức gia nhiệt đòi hỏi phải đạt >750°C.
- Hiệu suất hấp phụ lân của nghiệm thức 950°C đạt 99,2%.
- Hay nói khác đi, lượng lân hấp phụ bởi 1 g vỏ sò là 0,07 mg P.
- Ngoài ra, nhiệt độ nung còn ảnh hưởng đến màu sắc, hình dạng và cấu trúc bề mặt của bột vỏ sò..
- Ảnh hưởng của nhiệt độ nung lên khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò huyết..
- Tuy nhiên, vẫn không giải quyết được khối lượng lớn vỏ nghêu, vỏ sò thải ra.
- (2013) vỏ sò huyết chứa trên 98% hàm lượng canxi và cacbon, ngoài ra còn chứa silica, kẽm, sắt.
- và được khẳng định là loại vật liệu có khả năng hấp phụ lân rất hiệu quả (Kwon et al., 2004).
- Ngoài ra, Nguyễn Thị Thảo Nguyên (2011) khẳng định vỏ sò huyết có khả năng hấp phụ lân cao hơn cát, đất phèn nung, than gáo dừa và than tổ ong.
- Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ dừng lại ở đánh giá kích cỡ hạt và nồng độ hấp phụ chưa đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ nung đến khả năng hấp phụ lân của các vật liệu này.
- (2010) đã ghi nhận một trong những phương pháp tiền xử lý vỏ hàu để làm tăng khả năng hấp phụ lân là gia nhiệt.
- Do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò huyết ở nhiệt độ nung khác nhau làm cơ sở cho các nghiên cứu tiền xử lý vật liệu hấp phụ..
- 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chuẩn bị vật liệu hấp phụ.
- Vỏ sò thu từ quán ăn ở khu vực thành phố Cần Thơ được sử dụng làm vật liệu hấp phụ lân.
- Sau khi thu gom đem về, vỏ sò được rửa sạch thịt, máu còn sót lại, sau đó đem phơi.
- Vỏ sò được nghiền và sàng qua rây với kích cỡ d≤2 mm (Nguyễn Thị Ngọc Hạnh và Ngô Thụy Diễm Trang, 2013), sau đó được nung ở 3 mức nhiệt độ 550, 750 và 950ºC bằng tủ nung Heraeus KR170E (CHLB Đức) tại phòng thí nghiệm Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ.
- Tốc độ nâng nhiệt 200ºC/giờ, sau khi đạt mức nhiệt độ cần nung thì thời gian nung giữ là 1 giờ (Mian-Li et al., 2010).
- Mẫu vỏ sò nung được lưu lại và làm nguội trong tủ nung đến nhiệt độ phòng, sau đó được lấy ra để trữ cho các quá trình phân tích..
- 550ºC và CaCO 3 phân hủy sang dạng CaO ở mức nhiệt độ nung >700ºC và tại nhiệt độ 935,7ºC, CaCO 3 được phân hủy hoàn toàn thành CaO và CO 2 .
- Đây là cơ sở để chọn lựa 3 mức nhiệt độ là 550, 750 và 950ºC để nung bột vỏ sò huyết trong nghiên cứu hiện tại.
- Ngoài ra, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ lân của vật liệu như nồng độ ban đầu, hàm lượng chất hấp phụ, pH, thời gian hấp phụ, nhiệt độ.
- nhưng vỏ sò là loại vật liệu chứa hàm lượng Ca khá cao (411,3 mg/g) (Nguyễn Thị Thảo Nguyên, 2011).
- Do đó, yếu tố gia nhiệt cho vỏ sò nhằm phân hủy CaCO 3 thành CaO tăng hiệu quả hấp phụ lân của vỏ sò được đánh giá là giải pháp tiền xử lý vật liệu hấp phụ hiệu quả nhất (Mian-Li et al., 2010)..
- 2.2 Bố trí thí nghiệm hấp phụ lân.
- Thí nghiệm được bố trí trong điều kiện phòng thí nghiệm với nghiệm thức là nhiệt độ nung bao gồm 550ºC, 750ºC và 950ºC (và vật liệu không nung là nghiệm thức đối chứng (ĐC.
- 2.3 Phương pháp xác định cấu trúc bề mặt Bột vỏ sò ở các nghiệm thức được đánh giá cấu trúc bề mặt bằng kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope, SEM, TM-1000, Hitachi, Nhật)..
- Hình 1: Thí nghiệm hấp phụ lân của bột vỏ sò không nung (đối chứng) và nung ở các mức nhiệt độ 550ºC, 750 ºC và 950 ºC (hình vẽ không theo tỷ lệ thực tế).
- Hiệu suất hấp phụ.
- của vật liệu và dung lượng hấp phụ lân (mg P/ g vật liệu) được xác định dựa theo Phan Phước Toàn và ctv.
- 3.1 Màu sắc và cấu trúc bề mặt của bột vỏ sò sau khi nung.
- 3.1.1 Màu sắc bột vỏ sò sau khi nung.
- Đây có thể là một trong những nguyên nhân gây ra những biểu hiện về màu sắc, đặc tính vật lý và kết quả hấp phụ lân của bột vỏ sò.
- Sau khi nung, hình dạng và màu sắc của bột vỏ sò có sự thay đổi.
- Khi nung ở nhiệt độ 550ºC màu sắc.
- Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ cao hơn 750ºC màu sắc bột vỏ sò không chuyển sang xám đậm hơn mà chỉ chuyển sang màu hơi xám nhạt hơn so với ở nhiệt độ nung 550ºC.
- So với nghiệm thức đối chứng không nung, màu sắc bột vỏ sò khi nung ở nhiệt độ 950ºC rất khó phân biệt (Hình 2).
- Tóm lại, khi gia nhiệt càng cao màu sắc của bột vỏ sò chuyển dần về màu sắc như vật liệu trước khi nung..
- Nhưng ở các mức nhiệt độ thấp hơn 800ºC, CaCO 3 không được phân hủy hoàn toàn, có thể diễn ra quá trình CaO hấp phụ CO 2 lại (phản ứng nghịch), ngoài ra, trong bột vỏ sò còn lại các tạp chất khác như MgO, Fe 2 O 3.
- là nguyên nhân dẫn đến màu sắc bột vỏ sò sau nung ở nhiệt độ 550ºC và 750ºC có màu sắc xám đậm hơn (Mian- Li et al., 2010)..
- Hình 2: Bột vỏ sò nung ở các nhiệt độ 550ºC, 750ºC, 950ºC và không nung là nghiệm thức đối chứng (ĐC).
- 3.1.2 Ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) Bên cạnh màu sắc thay đổi, hình dạng bên ngoài của bột vỏ sò huyết cũng thay đổi theo nhiệt độ nung.
- Ở nhiệt độ nung 550ºC và 750ºC hình dạng bên ngoài bột vỏ sò vón cục lại như hình dạng bột vỏ sò không nung (d≤2 mm), trong khi ở 950ºC bột vỏ sò mịn dạng bột (Hình 2)..
- (2011) thì trong vỏ sò chứa hàm lượng CaCO 3 ít nhất 95%.
- Khi nhiệt độ xử lý đạt 800ºC, CaCO 3 bị phân hủy thành CaO chiếm 98,5% trọng lượng vỏ sò (Nordin et al..
- Tinh thể mà bột vỏ sò kết tinh sau khi nung chính là CaO, do vậy bột vỏ sò sau nung sẽ dễ vỡ vụn và mịn hơn (nhìn dạng bột mịn) so với trước khi nung.
- Kết quả cấu trúc bột vỏ sò sau khi nung dưới kính hiển vi điện tử quét cho thấy khi nung ở nhiệt độ 550ºC.
- cấu trúc bột vỏ sò không khác nhiều so với không nung (Hình 3b và Hình 3a).
- Nhưng khi nhiệt độ tăng cao, cụ thể là 750ºC và 950ºC, bột vỏ sò bắt đầu vỡ ra thành những mảnh nhỏ, mịn hơn (Hình 3c và Hình 3d).
- Ở mức nhiệt độ 950ºC cấu trúc bề mặt bột vỏ sò có nhiều lỗ rỗng hơn và xốp hơn (Hình 3d) là các vị trí góp phần làm tăng khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò.
- Ngoài ra, kết quả phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) ghi nhận ở nhiệt độ phòng đến nhiệt độ nung 700ºC vỏ sò bị mất 1,57% trọng lượng do hấp thu và bay hơi nước cùng với quá trình đốt cháy các chất hữu cơ còn dư lại của vỏ sò.
- Tại nhiệt độ 935,7ºC, CaCO 3 được phân hủy hoàn toàn thành CaO và CO 2 (Mian-Li et al., 2010)..
- 3.2 Giá trị pH, EC của bột vỏ sò sau nung và trong dung dịch sau khi hấp phụ.
- Nhìn chung, giá trị pH và EC của bột vỏ sò sau nung và trong dung dịch sau hấp phụ đều có xu hướng tăng dần ở 3 mức nhiệt độ nung 550, 750 và 950ºC (Bảng 1) và giữa các nghiệm thức có sự khác biệt (p<0,05).
- Như đã thảo luận ở trên khi nung ở nhiệt độ càng cao CaCO 3 có trong bột vỏ sò bị phân hủy thành CaO càng nhiều.
- Khi nhiệt độ tăng cao thì hàm lượng CaO tăng dần, từ đó pH của vật liệu sau nung cũng tăng dần theo nhiệt độ nung.
- Giá trị pH trong bột vỏ sò không nung là thấp nhất (p<0,05.
- Giá trị pH của dung dịch PO 4 -P sử dụng cho quá trình hấp phụ có giá trị khoảng 8,46, nhưng tất cả giá trị pH trong dung dịch hấp phụ sau 24 giờ.
- Điều này là cơ sở để giải thích cho sự tăng lên giá trị pH trong dung dịch sau hấp phụ lân.
- Ở nhiệt độ càng cao hàm lượng Ca có trong bột vỏ sò dễ phân hủy chuyển đổi thành ion Ca 2+ (CaO) bị hòa tan trong nước phóng thích gốc OH - dẫn đến pH của dung dịch càng cao.
- có trong vật liệu kết hợp với gốc PO 4 3- của dung dịch hấp phụ giải phóng OH - làm pH của dung dịch sau hấp phụ tăng (Nguyễn Thị Ngọc Hạnh và Ngô Thụy Diễm Trang, 2013)..
- Bảng 1: Giá trị pH, EC của bột vỏ sò sau nung và trong dung dịch sau hấp phụ.
- Khi qua xử lý nhiệt, hàm lượng Ca có trong bột vỏ sò bị kích hoạt, dễ phóng thích Ca 2+ và các ion khác có trong bột vỏ sò (Mian-Li et al., 2010).
- Giá trị EC tăng khi nhiệt độ tăng..
- 3.3 Nồng độ lân trong dung dịch và dung lượng hấp phụ của bột vỏ sò sau khi nung ở nhiệt độ khác nhau.
- 3.3.1 Nồng độ lân còn lại trong dung dịch sau hấp phụ 24 giờ.
- Nồng độ lân (mg PO 4 -P/L) ở nghiệm thức 950ºC còn lại sau 24 giờ hấp phụ chỉ còn 0,05 mg PO 4 -P/L trong khi nồng độ dung dịch PO 4 -P ban đầu khoảng 7,03 mg PO 4 -P/L.
- Tóm lại nhiệt độ nung vật liệu càng cao nồng độ PO 4 -P còn lại trong dung dịch càng thấp..
- Quá trình hấp phụ lân được diễn ra có thể là do quá trình hấp phụ tự nhiên nhờ vào các cấu trúc xốp tự nhiên và các lỗ hổng của bột vỏ sò.
- khó tan, đặc biệt khi vật liệu hấp phụ có chứa hàm lượng Ca, Al, Fe cao (Vohla et al., 2011).
- Đây là nguyên nhân dẫn đến nồng độ PO 4 -P còn lại trong dung dịch sau hấp phụ 24 giờ cho nghiệm thức đối chứng không nung giảm so với nồng độ PO 4 -P ban đầu (Hình 4).
- Sự phân hủy của CaCO 3 có trong vỏ sò thành hợp chất CaO tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ hóa học.
- CaO được tạo ra từ quá trình nung ở nhiệt độ cao >.
- 700ºC (Mian-Li et al., 2010), do vậy ở mức nhiệt độ thấp 550ºC, quá trình nung chưa tạo ra được CaO nhiều nên việc hấp phụ P có sự hạn chế (Hình 4).
- (2010) cũng cho rằng, dưới 550ºC hấp phụ do cấu trúc rỗng tự nhiên của bột vỏ sò là cơ chế chính loại bỏ lân.
- Nhưng khi tăng nhiệt độ càng cao thì việc loại bỏ lân trong nước thải chủ yếu nhờ vào các phản ứng hóa học do cấu trúc của bột vỏ sò bị hỏng và CaCO 3 chuyển thành CaO có thể trực tiếp phản ứng với P trong nước thải, do đó lân được loại bỏ đáng kể (Mian-Li et al., 2010)..
- Hình 4: Nồng độ PO 4 -P (mg/L) trong dung dịch sau hấp phụ 24 giờ của bột vỏ sò không nung (đối chứng) và được nung ở các mức nhiệt độ 550ºC, 750ºC và 950ºC.
- 3.3.2 Dung lượng hấp phụ.
- Dung lượng hấp phụ (mg P/g vật liệu) sau 24 giờ ở các nghiệm thức khi xử lý nhiệt có sự khác biệt (p<0,05.
- Khi tăng nhiệt độ nung thì lượng lân hấp phụ của bột vỏ sò càng tăng, tức là lượng lân được giữ lại trên bột vỏ sò càng nhiều.
- Kết quả thí nghiệm cho thấy, lượng lân được giữ lại trên 1 g bột vỏ sò ở các nhiệt độ 550ºC và 750ºC lần lượt là.
- Bên cạnh các nhận định trên, so với nghiệm thức đối chứng, lượng lân hấp phụ được của bột vỏ sò ở nghiệm thức nung 550ºC là thấp nhất (Hình 5)..
- Hình 5: Dung lượng hấp phụ (mg P/g bột vỏ sò) sau 24 giờ của bột vỏ sò không nung (đối chứng) và được nung ở các mức nhiệt độ 550ºC, 750ºC và 950ºC.
- Bảng 2: Hiệu suất hấp phụ lân.
- của bột vỏ sò nung ở các mức nhiệt độ.
- Nhiệt độ nung % loại lân.
- Nhiệt độ 550ºC 19,9.
- Nhiệt độ 750ºC 70,7.
- Nhiệt độ 950ºC 99,2.
- Từ các kết quả trên, có thể kết luận nếu bột vỏ sò đồng đều về kích cỡ và được xử lý ở nhiệt độ cao, trên 750ºC có khả năng hấp phụ lân tốt, đặc biệt là khi nung ở nhiệt độ trên 950ºC.
- Kết quả này tương tự ghi nhận ở các nghiên cứu xử lý nhiệt vỏ sò huyết và các loại vỏ sò khác (Awang-Hazmi et al., 2007.
- Phương pháp tiền xử lý bằng cách gia nhiệt có thể cải thiện khả năng hấp phụ lân của bột vỏ sò huyết (d≤2 mm).
- Theo kết quả ghi nhận được nhiệt độ nung bột vỏ sò đòi hỏi phải đạt >750ºC nhằm tăng sự phân hủy CaCO 3 thành CaO hấp phụ P.
- dụng trong việc tái sử dụng vật liệu sau hấp phụ lân bên cạnh quan tâm khả năng hấp phụ của vật liệu cũng nên cân nhắc hiệu quả kinh tế, cụ thể là giá thành nung vật liệu..
- Ảnh hưởng của kích cỡ và loại vật liệu lên khả năng hấp phụ và bản chất giải hấp phụ lân của một số vật liệu tái chế.
- Đặc trưng và khả năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu hoạt hóa