Việc sử dụng than sinh học như một chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong nước đã được nghiên cứu rộng rãi. Để chứng minh ứng dụng tiềm năng này, trong công trình này, vật liệu than sinh học đã được điều chế bằng cách nhiệt phân trấu trong môi trường khí N2 ở các nhiệt độ khác nhau (300, 400, 500 và 600oC) trong 4h, ký hiệu là VT-x-4, trong đó x là nhiệt độ (độ C).
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ TÍNH CHẤT HẤP PHỤ ION PB2+ CỦA THAN SINH HỌC TỪ VỎ TRẤU Võ Viễn*, Đặng Thị Ngọc Hà, Nguyễn Thị Mỹ Duyên, Nguyễn Thảo Thư, Lê Quốc Đạt, Phạm Thị Oanh, Đặng Văn Phúc Trường Đại học Quy Nhơn *Tác giả liên lạc: vovien@qnu.edu.vn TÓM TẮT Việc sử dụng than sinh học chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng nước nghiên cứu rộng rãi Để chứng minh ứng dụng tiềm này, cơng trình này, vật liệu than sinh học điều chế cách nhiệt phân trấu mơi trường khí N2 nhiệt độ khác (300, 400, 500 600oC) 4h, ký hiệu VT-x-4, x nhiệt độ (oC) Các vật liệu điều chế đặc trưng phương pháp nhiễu xạ tia X, quang phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét đẳng nhiệt hấp phụ N2 77K Sự hấp phụ Pb2+ nước vật liệu nghiên cứu, kết cho thấy vật liệu VT-400-4 thể khả hấp phụ lớn 54,35 mg/g hấp phụ phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt Langmuir Từ khóa: Than sinh học, trấu, hấp phụ, chì STUDY ON PREPARATION AND Pb2+ ADSORPTION PROPERTIES OF BIOCHAR FROM RICE HUSK Vo Vien*, Dang Thi Ngoc Ha, Nguyen Thi My Duyen, Nguyen Thao Thu, Le Quoc Dat, Pham Thi Oanh, Dang Van Phuc Quy Nhon University *Corresponding Author: vovien@qnu.edu.vn ABSTRACT The use of biochar as an adsorbent for removal of heavy metals from water has been widely investigated In order to demonstrate this potential application, in this work, biochar materials were prepared by pyrolysing rice husk in N2 gas at various temperatures (300, 400, 500 and 600oC) for 4h, and denoted as VT-x-4, where x is temperature (oC) The as-prepared materials were characterized by Xray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and adsorption-desorption isotherms of N2 at 77K The adsorption of Pb2+ in water on the materials was investigated, which showed that VT-400-4 exhibited the largest adsorption capacity of 54.35 mg/g and the adsorption fitted to the Langmuir model Keywords: Biochar, rice husk, adsorption, lead nguyên tố độc người tồn với nồng độ cao nước thải cơng nghiệp Chì vào thể qua chuỗi nước-thực phẩm gây nên triệu chứng hơ hấp, tiêu hóa, thần kinh, máu, tiết niệu hệ thống miễn dịch TỔNG QUAN Ô nhiễm môi trường ngày đặt hầu giới Trong số chất nhiễm có ion kim loại nặng, bao gồm chì, cadimi, crơm niken Trong số kim loại nặng này, Pb (II) xem 20 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 ngộ độc cấp tính mãn tính, chí gây chết Đã có nhiều kỹ thuật khác để xử lý kim loại nặng, phương pháp kết tủa, trao đổi ion, chiết dung môi, lọc màng, oxy hóa hóa học hay điện hóa Tuy nhiên, so với phương pháp khác, hấp phụ ion kim loại nặng vật liệu rắn có ưu điểm việc xử lý nước tính đơn giản, chọn giải pháp có tính kinh tế Vật liệu rắn dùng làm chất hấp phụ ion kim loại nặng thử nghiệm nhiều, đó, nhà khoa học có xu hướng tìm kiếm vật liệu có diện tích bề mặt lớn số tâm hấp phụ nhiều Thời gian gần đây, than sinh học, vật liệu hữu giàu bon điều chế nung sinh khối môi trường thiếu oxy, quan tâm nhiều việc sử dụng làm chất hấp phụ ion kim loại nặng Do bề mặt có diện tích tương đối lớn, tích điện âm, mật độ điện tích lớn có hệ thống mao quản, than sinh học cân nhắc vật liệu rẻ tiền, phong phú làm chất hấp phụ ion kim loại nặng dung dịch nước Mặc dù vậy, việc nghiên cứu tìm kiếm thêm phương pháp điều chế than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp đặt Trong báo này, chúng tơi trình bày số kết nghiên cứu điều chế than sinh học từ vỏ trấu nhiệt độ khác ứng dụng để hấp phụ ion kim loại Pb2+ nước Mơ hình động học q trình hấp phụ thảo luận Kỷ yếu khoa học độ 300oC, 400oC, 500oC 600oC với lị nung ống dịng khí N2 Mẫu cuối ký hiệu VT-x-4, x nhiệt độ nung Phương pháp đặc trưng Nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu đo nhiễu xạ kế Brucker D8 Advance với ống phát xạ tia X Cu có bước sóng λ (CuKα) = 1,5406 Å, cơng suất 40kV, dòng 40mA Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) chụp máy Nova NanoSEM 450 Phổ hồng ngoại (IR) ghi phổ kế IRAffinity-1S (Shimadzu) khoảng 400 đến 4000 cm-1 Hấp phụgiải hấp phụ N2 77K thực thiết bị TriStar 3000 Micromeritics Nghiên cứu tính chất hấp phụ Đường chuẩn để xác định ion Pb2+ xây dựng dựa mẫu pha có nồng độ khác từ dung dịch chuẩn Quá trình hấp phụ thực nhiệt độ phòng Để xác định thời gian cân hấp phụ, cho 0,1 gam than sinh học 80 mL dung dịch Pb2+ có nồng độ 78.65 ppm vào cốc 100 mL, khuấy máy khuấy từ Sau thời gian 30, 60, 90, 120, 150 180 phút, lấy 10 mL hỗn hợp ly tâm lần (tốc độ 6000 vòng/phút 15 phút), để loại bỏ chất hấp phụ Nồng độ Pb2+ lại dung dịch xác định phương pháp von–ampe hòa tan máy cực phổ vi phân CPAiocHH5B điện -1.2 – 0.2V Để xác định động học hấp phụ, trình hấp phụ nồng độ Pb2+ khác từ 65 đến 185ppm khảo sát theo quy trình Dung lượng hấp phụ (q) tính theo cơng thức: C −C qt = om t V (mg/g) Trong đó, m khối lượng chất hấp phụ (g); Co Ce nồng độ ban đầu VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tổng hợp vật liệu Các mẫu than sinh học điều chế sau: Vỏ trấu nghiền, rửa với nước cất, sau sấy khô nhiệt độ 80oC 24 Lấy 10 gam mẫu nguyên liệu đem nhiệt phân nhiệt 21 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 nồng độ cân ion Pb2+ (ppm); V thể tích dung dịch chứa ion kim loại Pb2+ dùng cho lần hấp phụ (mL); giá trị qe tính qt thời điểm cân (mg/g) Động học hấp phụ áp dụng theo hai phương trình đẳng nhiệt hấp phụ phổ biến Langmuir Freundlich Đẳng nhiệt Langmuir có dạng tuyến C C tính là: e = e + , với qmax qe qmax Kỷ yếu khoa học Như trình bày phần thực nghiệm, để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung đến tính chất vật liệu, mẫu than sinh học điều chế từ vỏ trấu nhiệt độ 300oC, 400 oC, 500oC 600oC thời gian Việc chọn thời gian nung khảo sát sơ trước khơng trình bày báo Để xác định thành phần pha, mẫu đặc trưng kỹ thuật XRD kết trình bày hình Có thể nhận thấy rằng, tất mẫu có hai pic đặc trưng cho than sinh học Pic thứ có cường độ yếu khoảng 9,4o Pic nguyên tử oxy chèn vào lớp liên kết với mặt graphit tạo trình nhiệt phân sinh khối Ngồi ra, vật liệu có pic rộng, cường độ mạnh xung quanh 21,5o Pic quy cho SiO2 dạng tridymit graphit, chúng tồn ngẫu nhiên cấu trúc kiểu gợn sóng (corrugated) Kết minh chứng cho việc tạo thành than sinh học từ vỏ trấu xử lý nhiệt độ từ 300oC đến 600oC KL qmax (mg/g) dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại; KL tham số phương trình Langmuir Dựng đồ thị tuyến tính phụ thuộc Ce/qe theo Ce, xác định đại lượng qmax, KL Đẳng nhiệt Freundlich có dạng tuyến tính là: lnqe = lnK F + n lnCe , với KF n tham số phương trình Freundlich, đặc trưng dung lượng hấp phụ cường độ (lực) hấp phụ Giá trị KF n tính theo giản đồ phụ thuộc lnqe lnCe phương pháp quy hồi tuyến tính từ số liệu thực nghiệm KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình Giản đồ XRD VT-300-4 (a), VT-400-4 (b), VT-500-4 (c) VT600-4 (d) Để đặc trưng liên kết có các phổ có hình dạng vật liệu, kỹ thuật phổ hồng ngoại Pic rộng có số sóng xung quanh 3450 ứng dụng kết trình cm-1 xem dao động nhóm bày hình Nhìn chung, tất OH nước hấp phụ Với pic này, 22 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 riêng mẫu VT-400-4 có cường độ bé Có thể tính ưa nước bề mặt vật liệu Pic 2335 cm-1 nhóm -CH2 Các pic yếu 1704, 1616, 1522 1455 cm-1 nhóm COOH, COOC hay keton Ngồi ra, phổ xuất vai Kỷ yếu khoa học 1233 cm-1 dao động liên kết C-O-C Điều đáng lưu ý mẫu có pic mạnh vị trí 1098, 789 474 cm-1 quy kết cho Si-OSi Kết IR thu phù hợp với công bố than sinh học thu từ vỏ trấu Hình Phổ IR vật liệu VT-300-4 (a), VT-400-4 (b), VT-500-4 (c) VT600-4 (d) phụ-giải hấp phụ N2 77K Các mẫu than sinh học có khả hấp phụ tốt Pb2+ nước, nhiên mẫu có dung lượng cao (54,35 mg/g) mẫu xử lý 400oC (VT-400-4) Sự hấp phụ Pb2+ VT-400-4 tuân theo mơ hình đẳng nhiệt Langmuir KẾT LUẬN Đã điều chế thành công than sinh học phương pháp nung vỏ trấu mơi trường khí N2 nhiệt độ khác 300, 400, 500 600oC Các vật liệu đặc trưng kỹ thuật nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại, ảnh hiển vi điện tử quét, hấp TÀI LIỆU THAM KHẢO F L FU, Q WANG (2011) Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review, J Environ Manag 92, 407–418 M HUA, S ZHANG, B PAN, W ZHANG, L LV, Q ZHANG (2012) Heavy metal removal from water/wastewater by nanosized metal oxides: a review, J Hazard Mater 211, 317–331 X D CAO, L N MA, Y LIANG, B GAO, W HARRIS (2011) Simultaneous immobilization of lead and atrazine in contaminated soils using dairymanure biochar Environ Sci Technol 45, 4884–4889 23 ... trình bày số kết nghiên cứu điều chế than sinh học từ vỏ trấu nhiệt độ khác ứng dụng để hấp phụ ion kim loại Pb2+ nước Mơ hình động học q trình hấp phụ thảo luận Kỷ yếu khoa học độ 300oC, 400oC,... quản, than sinh học cân nhắc vật liệu rẻ tiền, phong phú làm chất hấp phụ ion kim loại nặng dung dịch nước Mặc dù vậy, việc nghiên cứu tìm kiếm thêm phương pháp điều chế than sinh học từ phụ phẩm... đến 4000 cm-1 Hấp phụgiải hấp phụ N2 77K thực thiết bị TriStar 3000 Micromeritics Nghiên cứu tính chất hấp phụ Đường chuẩn để xác định ion Pb2+ xây dựng dựa mẫu pha có nồng độ khác từ dung dịch