Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Khóa luận nghiên cứu hấp phụ cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu xơ dừa, tha...

Tài liệu Khóa luận nghiên cứu hấp phụ cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu xơ dừa, than bùn

.PDF
80
145
112

Mô tả:

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA HÓA -----NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Tăng Thị Phương Quyên Lớp :14CHP Tên đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu xơ dừa, than bùn” 1. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị  Nguyên liệu: Than bùn được lấy tại hồ Bầu Sấu, Liên Chiểu, Đà Nẵng và xơ dừa được mua ở lô số 10 đường Nguyễn Tường Phổ, Hòa Minh, Thanh Khê, Đà Nẵng.  Dụng cụ: bình tam giác, pipet, buret, cốc mỏ, bình định mức, ống đong, phễu  Thiêt bị: máy khuấy từ, tủ sấy, cân phân tích, cối, chày đồng, rây đường kính 0,5mm, rổ nhựa  Hóa chất: NaOH, HCl đặc 36%, CuSO4.5H2O, Trilon B, Murexit, và các hóa chất thông dụng khác 2. Nội dung nghiên cứu  Hoạt hóa xơ dừa, than bùn, tổ hợp xơ dừa- than bùn  Xác định các đặc tính hóa lý của XD, TB, XDTB  Háp phụ bể đối với Cu2+ của XD, TB, XDTB sau hoạt hóa:  Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian cân bằng hấp phụ  Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ đầu ion đến quá trình hấ phụ  Tải trọng hấp phụ cực đại  Lực ion lạ 3. Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Lục 4. Ngày giao đề tài: 3/7/2017 5. Ngày hoàn thành: 20/4/2018 Chủ nhiệm khoa Giáo viên hướng dẫn ( ký và ghi rõ họ tên ) ( Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS.Lê Tự Hải TS. Trần Mạnh Lục Sinh viên đã hoàn thành và nôp báo cáo cho Khoa ngày Kết quả điểm danh: Ngày…..tháng…..năm 2018 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ( ký và ghi rõ họ tên ) LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Trần Mạnh Lục đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên, giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành kháo luận này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu nhà trường, quý thầy cô giảng dạy, quý thầy cô công tác tại phòng thí nghiệm của khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm Đà Nẵng đã cho em một môi trường học tập tốt, trang bị cho em vốn kiến thức trong suốt 4 năm học, tạo điều kiện cho em mượn phòng thí nghiệm để hoàn thành tốt khóa luận của mình. Bước đầu làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi sự thiếu sót, em rất mong được thầy cô đánh giá, bổ sung ý kiến để bài khóa luận được hoàn thiện hơn Cuối cùng em chúc thầy cô sức khỏe và thành công trong cuộc sống. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 20 tháng 4 năm 2018 Sinh viên TĂNG THỊ PHƯƠNG QUYÊN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU – CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2 4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................. 3 6. Cấu trúc của luận văn ........................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN................................................................................... 4 1.1Dừa và sợi xơ dừa ................................................................................................ 4 1.1.1. Đặc điểm và nguồn gốc ................................................................................... 4 1.1.2. Cấu trúc và tính chất của sợi xơ dừa ............................................................... 5 1.1.2.1. Cấu trúc của sợi xơ dừa ................................................................................ 5 1.1.2.2.Tính chất của sợi xơ dừa ............................................................................... 6 1.2. Xử lí sợi xơ dừa .................................................................................................. 7 1.2.1. Lý thuyết chúng về quá trình xứ lí sợi ............................................................ 7 1.2.1.1. Ảnh hưởng của NaOH ................................................................................. 7 1.2.1.2. Ảnh hưởng của dung dịch axit ..................................................................... 7 1.2.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính ................... 8 1.3. Than bùn............................................................................................................. 8 1.3.1. Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn ............................................. 8 1.3.1.1. Nguồn gốc than bùn ở Việt Nam ................................................................. 8 1.3.1.2. Phân loại ....................................................................................................... 9 1.3.1.3. Một số tính chất hóa lí của than bùn ............................................................ 9 1.3.2. Chất mùn trong than bùn ................................................................................. 9 1.3.3. Than bùn Việt Nam ....................................................................................... 12 1.3.3.1. Trữ lượng và địa điểm phân bố .................................................................. 12 1.3.3.2. Đặc điểm chung ......................................................................................... 14 1.3.3.3. Tính chất vật lý .......................................................................................... 14 1.3.3.4. Đặc tính của một số nguồn than bùn của Việt Nam .................................. 15 1.3.3.5. Sử dụng than bùn sản xuất than bùn hoạt tính để xử lý nước sinh hoạt .... 17 1.3.4. Quá trình trao đổi, tích tụ các kim loại trong than bùn ................................. 18 1.4. Giới thiệu một số kim loại nặng điển hình ....................................................... 20 1.4.1. Khái quát chung ............................................................................................ 20 1.4.2. Đồng và vai trò của đồng trong tự nhiên....................................................... 23 1.4.2.1. Hợp chất đồng (II) ...................................................................................... 23 1.4.2.2. Vai trò sinh học .......................................................................................... 24 1.4.2.3. Tính độc của đồng (Cu) ............................................................................. 24 1.5. Hấp phụ ion kim loại nặng trong nước ............................................................ 25 1.5.1. Các khái niệm: Sự hấp phụ ........................................................................... 25 1.5.2. Phân loại quá trình hấp phụ. .......................................................................... 26 1.5.3. Cơ chế hấp phụ .............................................................................................. 26 1.5.4. Phương trình mô tả quá trình hấp phụ .......................................................... 27 1.5.4.1. Phương trình hấp phụ Frendlich ................................................................ 27 1.5.4.2. Phương trình hấp phụ Langmuir ................................................................ 28 1.5.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ ................................................ 29 1.5.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ............................................................................. 29 1.5.5.2. Ảnh hưởng của diện tích bề mặt chất rắn .................................................. 30 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM ........................................................................... 32 2.1. Nguyên liệu, dụng cụ và hóa chất .................................................................... 32 2.1.1. Nguyên liệu ................................................................................................... 32 2.1.1.1. Xơ dừa ........................................................................................................ 32 2.1.1.2. Than bùn .................................................................................................... 32 2.1.2. Hóa chất ........................................................................................................ 33 2.1.3.Dụng cụ và thiết bị ......................................................................................... 33 2.2.Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 33 2.2.1.Xác định độ ẩm .............................................................................................. 33 2.2.2.Xác định hàm lượng tro ................................................................................. 34 2.2.3.Xử lý vật liệu bằng NaOH ............................................................................. 35 2.2.3.1. Xơ dừa ........................................................................................................ 35 2.2.3.2. Than bùn .................................................................................................... 36 2.2.3.3. Tổ hợp than bùn và xơ dừa ........................................................................ 37 2.4.Phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc XD, TB, XDTB .............................. 37 2.4.1.Phương pháp quang phổ hồng ngoại (IR) ...................................................... 37 2.4.3.Phương pháp phân tích nhiệt DTA/TG .......................................................... 38 2.5.Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+ trong nước của XD, TB, XDTB hoạt hóa bằng NaOH ...................................................................................................................... 39 2.5.1.Hấp phụ bể ..................................................................................................... 39 2.5.2.Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................................... 39 2.5.3.Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dầu ion Cu2+ đến quá trình hấp phụ.......... 40 2.5.4.Ảnh hưởng của lực ion ................................................................................... 40 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .......................................................... 41 3.1.Đặc tính hóa lý của xơ dừa (XD), than bùn (TB), tổ hợp xơ dừa + than bùn (XDTB) ................................................................................................................... 41 3.1.1.Xác định độ ẩm .............................................................................................. 41 3.1.2.Xác định hàm lượng tro ................................................................................. 42 3.2.Khảo sát một số tính chất vật lý của XD, TB, XDTB biến tính. ...................... 42 3.2.1.Phổ hồng ngoại ............................................................................................... 42 3.2.2.Phổ phân tích nhiệt (DTA/TG) ...................................................................... 47 3.2.3.Ảnh SEM ........................................................................................................ 48 3.3.Khảo sát khả năng hấp phụ Cu2+ bằng XD, TB, XDTB .................................. 49 3.3.1.Thời gian đạt cân bằng hấp phụ ..................................................................... 49 3.4.Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ đến quá trình hấp phụ........................................ 51 3.5.Đường động học hấp phụ Cu2+ theo Freundlich và Langmuir .......................... 53 3.6.Ảnh hưởng lực ion: ........................................................................................... 57 3.6.1.Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3: .................................................................... 57 3.6.2.Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 : ................................................................... 58 3.6.3.Ảnh hưởng của lực ion NaCl: ........................................................................ 59 3.6.4.Ảnh hưởng của lực ion CaCl2: ....................................................................... 60 3.6.5.Ảnh hưởng của lực ion MgCl2: ...................................................................... 61 3.6.6. Ảnh hưởng của anion Am- đến XD, TB, XDTB ..................................................... .62 3.6.7. Ảnh hưởng của cation Mn+ đến XD, TB, XDTB ....................................... 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 68 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU – CÁC CHỮ VIẾT TẮT XD : Xơ dừa TB : Than bùn XDTB : Xơ dừa – than bùn DTA : Phân tích nhiệt vi phân (Diffenntial Thermal Analysis) EDTA : Etilendiamintetraaxetic axit. IR : Hồng ngoại ( Infrared ) SEM : Kính hiển vi điện tử quét ( Scanning Electron Microscope ) VLHP : Vật liệu hấp phụ DANH MỤC BẢNG Tên bảng STT Trang 1.1. Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa 6 1.2. So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác 6 1.3. Trữ lượng than bùn các vùng ở nước ta 13 1.4. Đặc tính của một số nguồn than bùn của Việt Nam 15 1.5. Đặc tính các mẫu than bùn Hòa Khánh Liên Chiểu Đà Nẵng 16 1.6. Đặc tính các mẫu than bùn miên Đông Nam 16 1.7. Tiêu chuẩn của BYT về giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong nước thải công nghiệp 22 3.1. Độ ẩm không khí của mẫu 41 3.2. Độ tro hóa của mẫu 42 3.3. Những dải hồng ngoại chính của mẫu XD và XDTB 44 3.4. Những dải hấp phụ hồng ngoại chính ở mẫu TB và XDTB 46 3.5. Thời gian đạt cân bằng 50 3.6. Ảnh hưởng của tải trọng hấp phụ vào nồng độ 52 3.7. Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 đến hấp phụ Cu2+ 57 3.8. Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 đến hấp phụ Cu2+ 58 3.9. Ảnh hưởng của lực ion NaCl đến hấp phụ Cu2+ 59 3.10 Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 đến hấp phụ Cu2+ 60 3.11 Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 đến hấp phụ Cu2+ 61 3.12 Ảnh hưởng của anion Am- đến XD, TB, XDTB 62 3.13 Ảnh hưởng của cation Mn+ đến XD, TB, XDTB 63 DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1. Trái dừa và sợi xơ dừa 5 1.2. Hấp phụ đẳng nhiệt ở T1 và T2 ( T2>T1). 27 1.3. Xác định hệ số trong phương trình Frendlich 28 2.1. Cơ sở mua xơ dừa Hòa Minh, Thanh Khê, Đà Nẵng ( tháng 4, 2018) 32 2.2. Xơ dừa đã xay 32 2.3. Hồ Bầu Sấu, Hòa Khánh, Liên Chiểu, Đà Nẵng 33 2.4. XD đã được hoạt hóa 35 2.5. TB đã được hoạt hóa 36 2.6. XDTB đã được hoạt hóa 37 3.1. Phổ hồng ngoại của XD 43 3.2. Phổ hồng ngoại của XDTB 43 3.3. Phổ hồng ngoại của TB 45 3.5. Phổ phân tích nhiệt TG/DTA của XDTB đã biến tính 47 3.6. Ảnh SEM của XD hoạt hóa 48 3.7. Ảnh SEM của TB hoạt hóa 48 3.8. Ảnh SEM của XDTB hoạt hóa 49 3.9. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ theo thời gian 50 3.10. Hiệu suất hấp phụ theo thời gian 51 3.11. Sự phụ thuộc tải trọng hấp phụ theo nồng độ 52 3.12. Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hấp phụ 53 3.13. 3.14. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich khi hấp phụ Cu2+ bằng XD Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir khi hấp phụ Cu2+ bằng XD 54 54 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich khi hấp phụ Cu2+ bằng TB Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir khi hấp phụ Cu2+ bằng TB Dạng tuyến tính của phương trình Freundlich khi hấp phụ Cu2+ bằng XDTB Dạng tuyến tính của phương trình Langmuir khi hấp phụ Cu2+ bằng XDTB 55 55 56 56 3.19. Ảnh hưởng của lực ion Na2CO3 đến hấp phụ Cu2+ 57 3.20. Ảnh hưởng của lực ion Na3PO4 đến hấp phụ Cu2+ 58 3.21. Ảnh hưởng của lực ion NaCl đến hấp phụ Cu2+ 59 3.22. Ảnh hưởng của lực ion CaCl2 đến hấp phụ Cu2+ 60 3.23. Ảnh hưởng của lực ion MgCl2 đến hấp phụ Cu2+ 61 3.24. Ảnh hưởng anion Am- đến hấp phụ Cu2+ của XD 62 3.25. Ảnh hưởng anion Am-đến hấp phụ Cu2+ của TB 62 3.26. Ảnh hưởng anion Am- đến hấp phụ Cu2+của XDTB 63 3.27 Ảnh hưởng Cation Mn+ đến hấp phụ Cu2+của XD 64 3.28. Ảnh hưởng Cation Mn+ đến hấp phụ Cu2+của TB 3.29. Ảnh hưởng Cation Mn+ đến hấp phụ Cu2+của XDTB 64 64 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, cùng với quá trình công nghiệp hoá nhanh chóng là một môi trường ngày càng trở nên ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng xấu đến cuộc sống, sức khoẻ của con người. Mà một trong những vấn đề hết sức cấp thiết là ô nhiễm nguồn nước bởi kim loại nặng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lý môi trường thì việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hợp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Ở Việt Nam đang tồn tại một thực trạng đó là nước thải ở hầu hết các cơ sở sản xuất chỉ được xử lí sơ bộ thậm chí thải trực tiếp ra môi trường. Hậu quả là môi trường nước kể cả nước mặt và nước ngầm ở nhiều khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức của con người, xiết chặt công tác quản lí môi trường thì việc tìm ra phương pháp nhằm loại bỏ các ion kim loại nặng, các hơp chất hữu cơ độc hại ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn. Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được nghiên cứu nhiều để sử dụng trong việc xử lý nước vì chúng có các ưu điểm là giá thành rẻ, là vật liệu có thể tái tạo được, dễ biến tính và có tính chất hấp phụ hoặc trao đổi ion cao.Với mục tiêu tìm kiếm một vật liệu có khả năng xử lý hiệu quả các ion kim loại có trong nước. Nhiều loại vật liệu sinh học dùng xử lý nước thải, nhưng không có loại nào đáp ứng tất cả các đặc tính cần thiết: xơ dừa mặc dù có tính đàn hồi cao cho phép tạo lớp lọc có độ chặt phù hợp với loại nước thải cần xử lý và đặc tính dòng chảy, các hạt xơ dừa xốp, tính mao dẫn cao nên phù hợp để xử lý dòng thải tự chảy nhưng nhược điểm của hạt xơ dừa là có thể không kiềm chế được mức độ di chuyển của dòng nước chảy; bên cạnh đó thì than bùn tuy có tính đàn hồi thấp, tính ổn định kém và giới hạn sức chảy nhưng lại kiềm chế được mức độ di chuyển của dòng chảy. Để phù hợp với yêu cầu, hạt xơ dừa có thể kết hợp với vật liệu lọc như than bùn để tăng thêm đặc tính xử lý của vật liệu. Quá trình hoạt hóa bằng NaOH cũng được áp dụng để xem xét hiệu quả của nó trên vật liệu trên. 1 Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cu2+ trong dung dịch nước bằng vật liệu xơ dừa, than bùn” làm luận văn tốt nghiệp. 2. Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo vật liệu hấp phụ từ xơ dừa (XD), than bùn (TB), tổ hợp than bùn – xơ dừa (XDTB) Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo từ XD, TB, XDTB đối với một số ion kim loại nặng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Than bùn ở hồ Bầu Sấu, Liên Chiêu, Đà Nẵng và xơ dừa được mua ở lô số 10 đường Nguyễn Tường Phổ, Hòa Minh, Thanh Khê, Đà Nẵng. Phạm vi nghiên cứu Khảo sát điều kiện thích hợp và đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại Mn+ của vật liệu hấp phụ chế tạo từ XD, TB, XDTB Khảo sát khả năng tái hấp phụ của vật liệu. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết Thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu, tư liệu, các công trình nghiên cứu về than bùn, xơ dừa và khả năng ứng dụng; về phương pháp biến tính XD, TB, XDTB. 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp hoá lý: - Nghiên cứu các đặc tính hoá lý của XD, TB, XDTB: độ ẩm, hàm lượng tro. - Các đặc trưng hoá lý được khảo sát bằng phương pháp ghi phổ hồng ngoại (IR), phương pháp nhiệt trọng lượng (DTA), ảnh SEM. - Các thông số của quá trình hấp phụ được xác định bằng phương pháp trọng lượng. Phương pháp toán học: - Khả năng hấp phụ được xác định xử lý bằng phương pháp hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich, Langmuir. 2 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Phương pháp biến tính XD, TB, XDTB có khả năng hấp phụ đối với các kim loại nặng trong nước Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tìm ra điều kiện tối ưu nhất cho quá trình hấp phụ Cu2+ 6. Cấu trúc của luận văn MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan. 28 trang (từ trang 4 đến trang 31) Chương 2: Thực nghiệm. 8 trang (từ trang 32 đến trang 40) Chương 3: Kết quả và thảo luận 24 trang (từ trang 41 đến trang 65) Kết luận 2 trang (từ trang 66 đến trang 67) Tàu liệu tham khảo 3 trang ( từ 68 đến trang 70) 3 CHƯƠNG1:TỔNG QUAN 1.1 Dừa và sợi xơ dừa 1.1.1. Đặc điểm và nguồn gốc Dừa (danh pháp khoa học: Cocos nicifera) thuộc giới thực vật, bộ Arecales, họ Arecacee, phân họ Arecoideae, tông Cocoeae, chỉ Cocos, loài C, nucifera. Nguồn gốc của loài thực vật này là chủ đề đê gây tranh cãi, một số học giả cho rằng nó có nguồn gốc ở khu vực Đông Nam Á, số khác cho rằng nó có nguồn gốc ở miền Tây Bắc khu vực Nam Mỹ. Các mẫu hóa thạch tìm thấy ở New Zealand cho thấy các loai thực vật nhỏ tương tự như cây dừa đã mọc ở khu vực này khoảng 15 triệu năm trước. Về mặt thực vật học, dừa là loại quả khô đơn độc được biết đến như quả hạch có xơ. Vỏ quả ngòai thường cứng, nhẵn, nổi rõ ba gờ, lớp vỏ quả giữa là các sợi xơ gọi là xơ dừa và bên trong nó là lớp vỏ quả trong hay gáo dừa hoặc sọ dừa, lớp vỏ quả trong hóa gỗ, khá cứng, có ba lỗ mầm có thể nhìn thấy rất rõ từ phía mặt ngoài khi bóc hết lớp vỏ ngoài và vỏ giữa (gọi là các mắt dừa) Dừa phát triển tốt trên đất pha cát và có khả năng chống chịu mặn tốt cũng như nó ưa thích các nơi sinh sống có nhiều nắng và lượng mưa bình thường (7502.000 mm hàng năm), điều này giúp nó trở thành loại cây định cư bên các bờ biển nhiệt đới một cách tương đối dễ dàng. Ở Việt Nam ta có rất nhiều loại dừa như: dừa ta, dừa sọc, dừa dứa, dừa sáp, dừa giấy, dừa Tam Quan, dừa Xiêm, dừa lùn cao sản,… Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên được tách ra từ vỏ quả dừa và được sử dụng trong các sản phẩm như nệm, dây thừng, chão, thảm, bàn chải, khảm thuyền cũng như vật liệu lèn; nó còn được sử dụng rộng rãi trong nghề làm vườn để làm chất độn trong phân bón. Vỏ và xơ dừa có thể làm nguồn nhiên liệu hay để sản xuất than củi. Một loại dừa hiếm tại Nam bộ có xơ dừa tươi cho nước khá ngọt khi nhai, trong khi các loài khác có vị chát. Xơ dừa là một chất xơ tự nhiên được tách ra từ vỏ quả dừa và được sử dụng trong các sản phẩm như thảm sàn, bàn chải, nệm, dây thừng,…Về mặt kỹ thuật xơ dừa là vật liệu sợi được tìm thấy ngoài lớp vỏ cứng của trái dừa . 4 Hình 1.1. Trái dừa và sợi xơ dừa 1.1.2. Cấu trúc và tính chất của sợi xơ dừa 1.1.2.1. Cấu trúc của sợi xơ dừa Các sợi xơ dừa có các tế bào sợi cá nhân được thu hẹp và rỗng, với những bức tường dày được làm từ xenlulozo. Chúng có màu nhạt khi chưa trưởng thành nhưng sau đó trở thành cứng và có màu vàng của một lớp lignin được lắng đọng trên các xenlulozo [23]. Mỗi tế bào dài khoảng 1mm (0.04 in) và đường kính thường từ 10 đến 20 micromet (0,0004 đến 0,0008 in). Sợi xơ dừa có chiều dài thường là từ 10 đến 30 cm. Xơ dừa nâu được thu hoạch từ dừa chín hoàn toàn. Chúng dày, chắc và có khả năng chống mài mòn cao. Sợi xơ dừa nâu trưởng thành có chứa lignin và xenlulozo ít hơn so với những sợi khác như lanh, bông và vì nó mạnh mẽ nhưng ít linh hoạt hơn. Sợi xơ dừa trắng được tu hoạch từ các quả dừa trước khi chín. Những sợi này có màu trắng hoặc ánh sáng màu nâu và mượt mà và mịn hơn, nhứng cũng yếu hơn. Chúng thường được quay thành sợi để sử dụng trong chiếu thảm chùi chân hoặc dây thừng [20]. Các sợi xơ dừa tương đối không thấm nước và là một trong những loại sợi tự nhiên có khả năng chịu được sự phá hủy của nước muối. Nước ngọt được xử dụng để xử lý xơ dừa nâu, trong khi nước biển và nước ngọt đều được sử dụng để xử lí xơ dừa trắng [25]. 5 1.1.2.2. Tính chất của sợi xơ dừa Xơ dừa được 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%. Chất lượng sợi được tính dựa trên nhiều nhân tố khác nhau như kích cỡ, cường độ trưởng thành và tất nhiên là còn tùy vào các loại cây dừa khác nhau cũng như là các quá trình, phương pháp nuôi dưỡng [22]. Những nghiên cưu về độ mạnh của sợi xơ dừa được lấy từ những vùng khác nhau ở Kerala đã được đưa ra bởi Mathai Prabhu đã nghiên cứu những tính chất cơ học của sợi xơ dừa như mô đun Young độ bền kéo, độ giãn dài, độ dẫn điện…và so sánh với các loại sơi tự nhiên khác nhau như dứa, chuối, đay Bảng 1.1. Tính chất cơ bản của sợi xơ dừa [21] Giá trị Đơn vị Mô đun Young 4000-5000 Mpa Độ bền kéo 140-150 Mpa Độ giản dài 15-17.3 % Độ dẫn điện 0,047 W/mK Tỷ trọng 1.15-1.33 g/cm3 Độ thấm nước 10 % Bảng 1.2. So sánh tính chất của sợi xơ dừa với những sợi tự nhiên khác[19] Dừa Chuối Dừa Đay Đường kính 100-460 80-250 20-80 - Tỷ trọng 1.15 1.35 1.44 1.45 Suất điện trở riêng tại 100V 9-14 6.5-7 0.7-0.8 - Góc hình sợi 30-49 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 131-175 529-759 413-1627 533 Độ giãn 15-40 1.0-3.5 0.8-1.6 1-1.2 6 1.2. Xử lí sợi xơ dừa 1.2.1. Lý thuyết chúng về quá trình xứ lí sợi Thành phần của sợi thực vật gồm: xenlulozo, hemixenlulozo, lignin, và các chất khác. Thực chất của quá trình xử lí sợi là dùng hóa chất để tách những thành phần không cần thiết có trong sợi thực vật như: lignin, pectin, chất trích ly,…đó là 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 cường khả năng tiếp cận và khả năng phản ứng, xenlulozo cần được gây trương và loai bỏ hemixenlulozo, lignin. Một số tác nhân gây trương thường được sử dụng là H2SO4, NaOH, ZnCl2… 1.2.1.1. Ảnh hưởng của NaOH [9]. Dung dịch NaOH có nồng độ 5÷30% có khả năng hòa tan các chất vô định hình. Khi ngâm sợi 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 tương tác với các đại phân tử holoxenlulozo, chúng phụ thuộc vào nồng độ NaOH và thời gian xử lý. 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 lượng của chúng có trong sợi là giới hạn, trong khi đó quá trình tương tác giữa NaOH và các mạch đại phân tử holoxenlulozo lại tăng 1.2.1.2. Ảnh hưởng của dung dịch axit Xenlulozo bị trương nở trong dung dịch axit loãng. Trong môi trường axit đậm đặc như H2SO4 72%, HCl 44%, H3PO4 85%,…xenlulozo sẽ bị hòa tạn Dưới 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 trường.Đối với việc khảo sát ảnh hường của dung dịch axit trong xử lý sợi xenlulozo thì thông thường người 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 [9]. Khi thời gian ngâm trong dung dịch axit tăng thì hàm lượng tạp chất bị loại 7 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 trương 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 lignin bị tách ra tuy chưa hòa tan trong dung dịch này nhưng ở giai đoạn xử lý kiềm chúng sẽ dê dàng tham gia vào các phản ứng hóa học và tạo nên các sản phẩm dễ tan trong dung dịch kiềm, thậm chí tan trong nước. Trong môi trường axit, hemixenlulozo dễ bị thủy phân và tăng khả năng phân tán trong nước [10]. 1.2.2. Xử lý sợi tự nhiên tạo ra các loại sợi đáp ứng nhu cầu biến tính [9] Khi sử dụng xenlulozo tự nhiên như: đay, tre, bột gỗ mềm, bột vỏ trấu, hạt bông....làm vật liệu nền thì trong hầu hết các trường hợp, thông số ghép phụ thuộc vào hàm lượng lignin có mặt trong chất nền. Nói chung hàm lượng lignin càng cao thì hiệu suất tổ hợp càng thấp. Điều đó là do lignin hoạt động như một chất bắt gốc tốt, làm hạn chế quá trình tổ hợp. Chẳng hạn ta nhận thấy có sự giảm cường độ tín hiệu phổ ESR (phổ cộng hưởng spin điện tử) liên quan đến việc tăng hàm lượng lignin của xenlulozo được chiếu xạ quang học. Như đã nói ở trên, mặc dù lignin là một chất làm chậm quá trình tổ hợp, nhưng đôi khi ở một số phương pháp lại cho kết quả ngược lại. Kết quả nghiên cứu thu được khi tổ hợp xơ dừa và than bùn cho hiệu suất cao. Kết quả cho thấy một lượng lớn lignin có mặt trong bột có thể tạo thuân lơi cho việc tổ hợp. 1.3. Than bùn 1.3.1. Nguồn gốc, phân loại và tính chất của than bùn 1.3.1.1. Nguồn gốc than bùn ở Việt Nam Nước ta rất giàu mỏ than bùn. Đây là nguồn tài nguyên lớn cho đất nước, đặc biệt có lợi cho nông nghiệp phân bón và công nghiệp khí đốt. Than bùn được hình thành do sự tích lũy lâu đời của các xác thực vật phân giải trong điều kiện thừa ẩm, thiếu không khí. Kết quả của sự phân giải này là các xác thực vật không được phân giải hoàn toàn mà hình thành một chất lớp hữu cơ gồm 8 những phần còn lại của thực vật đang bị dở dang, mùn mục và chất khoáng. Lớp chất hữu cơ đó gọi là ”than bùn”[2]. Do điều kiện tự nhiên, điều kiện khí hậu và đặc điểm thực vật khác nhau của từng vùng, các mỏ than bùn ở nước ta có những đặc điểm khác nhau. 1.3.1.2. Phân loại Có ba loại: than bùn nông, than bùn sâu, than bùn chuyển tiếp. Than bùn nông: được hình thành do sự tích tụ xác, bã các loại cây có ít dinh dưỡng như: lau, sậy, lăn, lác,… ở những nơi địa hình tương. Than bùn sâu: trong điều kiện địa hình thấp, có đầm lầy nước đọng và nhiều chất dinh dưỡng, các loại cây được phát triễn tốt hơn như: 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 dưỡng 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 dưỡng, mức độ chuyển hóa thấp và chua [2]. 1.3.1.3. Một số tính chất hóa lí của than bùn Màu sắc: đen, sẫm hoặc nâu nhạt. Cấu trúc: xốp hoăc nát bụi hoặc quyện thành bùn. Mức độ phân giải: - Loại tỉ lệ phân giải thấp: -20%: còn giữ nguyên dạng của cây. - Loại tỉ lệ trung bình:30-40%: hình dạng của cây khó phân biệt, có ít mùn mục. Khả năng giữ nước: biến thiên từ: 75-275% Dung tích hấp phụ: 150-250 mldlg/100 gam than bùn khô. Khả năng giữ nước và dung tích hấp phụ của than bùn khác nhau với các loại than bùn khác nhau [2], [12]. 1.3.2. Chất mùn trong than bùn Mùn là hợp chất cao phân tử phức tạp, có thành phàn không ổn định, được hình thành khi phân hủy và mùn hóa các chất hữu cơ. Hàm lượng mùn trong đất do đặc điểm và điều kiện quá trình hình thành đất quyết định. Trong than bùn tổng lượng mùn có thể đạt tới vài chục phần trăm. Người ta chia mùn ra hai nhóm: 9 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 chưa bị mùn hóa và có trong thành phần chất hữu cơ. Vì vậy, người ta gọi nhóm thứ nhất này là nhóm mùn không đặc trưng. Trong than bùn hàm lượng của nhóm này mới chỉ đạt tới 50-70%. Vì ở đây, quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ rất chậm. Tính chất đặc trưng của nhóm hữu cơ chưa 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 phần của nhóm mùn đặc trưng bao gồm các hợp chất như: hydrat cacbon, hợp chất chứa nito, linhin, lipit, nhựa, chất chát, andehit. Nhóm thứ hai: bao gồm các hớp chất hữu cơ phức tạp đã bị mùn hóa. Chúng không có trong thành phần xác hữu cơ mà chỉ được hình thành trong quá trình mùn hóa, chúng được gọi là nhóm mùn đặc trưng. Nhóm này chiếm khoảng: 80-90% tổng số mùn chất. Nhóm mùn đặc trưng hay thường gọi là chất mùn là một hệ thống của các hợp chất hữu cơ cao phân tử, chứa nitơ, 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 dụng với những chất vô cơ tạo những hợp chất hòa tan hoặc không hòa tan. Những hợp chất không hòa tan sẽ được tích tụ trong đất làm cho đất mùn không bị rửa trôi. Tính chất đặc trưng của chất mùn là tính đa dạng và tính phức tạp của nó – tức là thành phần của chúng khác nhau theo từng thời kì mùn hóa. Nhóm chất mùn có thể chia ra thành một số nhóm nhỏ dựa vào thành phần, tính chất và kích thước của phân tử, mức độ di chuyển và vai trò của nó trong quá trình hình thành đất. Vấn đề thành phần và danh pháp của chất mùn cho đến nay vẫn chưa có thể xem là đã được giải quyết. Trên cơ sở những nghiên cứu của I.V.Chiurin, M.M.Cônônôva, Đrahunôp, L.H.Alêchxanđôp và những nhà nghiên cứu khác, người ta chia chất mùn đặc trưng ra thành 2 nhóm cơ bản của axit mùn [15], [17]. 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan