TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÙI BẮP TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chuyên nghành Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường GVHD Th S NGUYỄN PHAN TRÚC XUYÊN SVTH NGU.
TỔNG QUAN
Sơ lược về một số kim loại nặng
Kim loại nặng (KLN) là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 6g/cm³ và đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng của động vật và thực vật Các kim loại cần thiết như Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn rất cần thiết cho sự phát triển của các loài sinh vật Mặc dù nhu cầu về KLN ở các sinh vật khác nhau có thể khác nhau, nhưng chúng thường được yêu cầu ở mức vi lượng Sự mất cân bằng nghiêm trọng về KLN có thể dẫn đến tử vong, trong khi mức độ mất cân bằng nhẹ có thể làm giảm sinh trưởng và sức khỏe của sinh vật Ngoài ra, một số KLN như Pb, Hg, Cd có thể gây độc hại ngay cả ở nồng độ thường thấy trong đất và nước.
1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng
Sự phát triển của ngành công nghiệp đã dẫn đến nhiều vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong nước thải Tại khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền Bắc, nước thải chứa hàm lượng kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép, như thủy ngân (Hg) tại Pin Văn Điển vượt 9,04 lần và chì (Pb) tại Orionel-Hanel vượt 1,12 lần Quan trắc trầm tích tại các sông, mương gần hai công ty này cho thấy hàm lượng kim loại nặng cao hơn từ 1,7 đến 20,5 lần so với mức nền Ở phía Nam, nồng độ KLN trong nước các kênh rạch như Nhiêu Lộc - Thị Nghè vượt giá trị cho phép từ 16 đến 700 lần, với cadmium (Cd) gấp 16 lần, crom (Cr) gấp 60 lần, và chì (Pb) gấp 700 lần so với tiêu chuẩn Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần tiêu chuẩn cho phép, trong khi chì và kẽm cũng vượt ngưỡng cho phép, gây độc hại cho vật nuôi.
1.1.3 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người
Kim loại nặng có thể chia làm 4 nhóm chính dựa trên tầm quan trọng cho sức khỏe của chúng:
+ Kim loại cần thiết như Cu, Zn, Co, Cr, Mn và Fe.
+ Kim loại không cần thiết như Ba, Al, Li và Zr.
+ Kim loại ít độc hại như Sn, As.
+ Kim loại có tính độc cao như Hg, Cd và Pb.
Phần lớn các phần ăn được của thực vật là nguồn cung cấp chính kim loại nặng cho con người qua tiêu hóa, có thể gây hại cho sức khỏe khi sử dụng quá mức Kim loại nặng tồn tại lâu dài trong tự nhiên và tích tụ trong các hệ thống sinh học, ảnh hưởng đến các cơ quan trong cơ thể, thậm chí có thể gây ung thư Tác động bất lợi của kim loại nặng đối với sức khỏe con người sẽ được thảo luận bên dưới, bắt đầu với kẽm.
Hàm lượng kẽm (Zn) cần thiết hàng ngày cho người lớn là 15 mg, trong khi phụ nữ mang thai và cho con bú cần từ 20-25 mg Nhiễm độc kẽm cấp tính có thể gây ra các triệu chứng như nôn mửa, mất nước, buồn ngủ, hôn mê, mất cân bằng điện giải, đau bụng, thiếu phối hợp cơ bắp và suy thận Nhiễm độc mãn tính có thể làm tăng nguy cơ thiếu máu, tổn thương tuyến tụy, giảm cholesterol HDL và tăng cholesterol LDL, đồng thời có thể làm trầm trọng thêm triệu chứng bệnh Alzheimer Nghiên cứu cho thấy những người tiếp xúc với khói kẽm từ quá trình nấu chảy hoặc hàn thường gặp phải các vấn đề sức khỏe trong thời gian ngắn.
Trẻ em có nguy cơ cao bị nhiễm độc chì do hấp thu 40-50% lượng chì trong thức ăn, trong khi người lớn chỉ hấp thu 10-15% Chế độ ăn thiếu dinh dưỡng và các khoáng chất như sắt, canxi, kẽm làm tăng khả năng hấp thu chì, đặc biệt ở những khu vực ô nhiễm Chì có thể gây ra các triệu chứng nhiễm độc thần kinh ngay cả với mức độ tiếp xúc thấp, ảnh hưởng đến enzyme và thay thế các ion kim loại cần thiết trong cơ thể Con đường tiếp xúc chính của chì là qua tiêu hóa, hô hấp và tiếp xúc trực tiếp Đồng cũng là yếu tố cần thiết cho enzyme, nhưng quá liều có thể dẫn đến tổn thương nghiêm trọng cho gan, thận và hệ thần kinh Nhiễm độc đồng gây ra triệu chứng như tiêu chảy, nước bọt bất thường và có thể dẫn đến bệnh Wilson, một rối loạn di truyền làm tích tụ đồng trong các mô và gây tổn thương cơ quan Việc duy trì chế độ ăn uống an toàn và đầy đủ là rất quan trọng để ngăn ngừa những tác hại này.
Cu là 2-3mg cho người lớn và 1-3 mg cho trẻ em [37] d Cađimi:
Ngoài nguồn nước, thực phẩm và thuốc lá là những nguồn chính gây ra cadmium (Cd) Lượng Cd trong chế độ ăn uống hàng ngày dao động từ 40 đến 50 microgam Cd có khả năng tích tụ lâu dài trong thận và gan, và tiếp xúc kéo dài ở mức độ thấp có thể dẫn đến các vấn đề về tim mạch và ung thư Chất này chủ yếu ảnh hưởng đến chức năng tái hấp thu của ống thận đối với protein, đường và axit amin Sự tiếp xúc với cadmium, kết hợp với thiếu hụt canxi, sắt, kẽm, protein, chất béo và vitamin D, có thể dẫn đến loãng xương và gãy xương ở phụ nữ sau mãn kinh, như trường hợp bệnh Itai-Itai ở thung lũng Jintsu, Nhật Bản Cadmium cũng có thể ảnh hưởng đến chuyển hóa canxi, phốt pho và xương ở cả công nhân công nghiệp và những người sống trong môi trường ô nhiễm.
Lượng Niken cần thiết cần cung câp qua thực phẩm mỗi ngày khoảng 300 ~ g
Niken có thể gây ra phôi độc và ảnh hưởng tiêu cực đến thận, đồng thời gây ra phản ứng dị ứng và viêm da tiếp xúc Tình trạng nhạy cảm với niken thường gặp ở nhiều người do tiếp xúc với các vật dụng như đồng tiền, đồ trang sức, vỏ đồng hồ, quần áo và ốc vít Niken có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe như viêm kết mạc, viêm phổi tăng bạch cầu eosin, bệnh suyễn, và phản ứng dị ứng với các bộ phận giả như thay thế khớp, chân, van tim, dây điện máy tạo nhịp tim và các vật liệu nha khoa Hơn nữa, niken được xem là một chất gây ung thư tiềm năng cho phổi và có thể gây ra các vấn đề như dị ứng da, xơ hóa phổi và ung thư đường hô hấp ở những người thường xuyên tiếp xúc với nó.
Lượng As2O3 từ 70 đến 80 mg đã được báo cáo là gây tử vong cho con người
Asen vô cơ có thể gây ra các tác động độc hại cấp tính, bán cấp và mãn tính, ảnh hưởng đến cả địa phương lẫn hệ thống Triệu chứng cấp tính bao gồm đau bụng, dị cảm ở chi và phản xạ bánh chè, thường xảy ra khi tiếp xúc với mức khoảng 50 g/kg trọng lượng/ngày Ngộ độc mãn tính do asen có thể dẫn đến thiếu máu, tổn thương gan và thận, cùng với tăng sắc tố và chứng dày sừng trên da Ngoài ra, asen còn gây ra rối loạn mạch máu ngoại vi, dẫn đến hoại tử và bệnh bàn chân đen.
Lượng trung bình hàng ngày của crom trong khoảng giữa 100 và 300 ~ g / ngày
Crom hóa trị 6 có tác hại nghiêm trọng đối với sức khỏe con người, bao gồm độc tính gây hoại tử gan, viêm thận và kích thích hệ tiêu hóa.
Cr +6 có thể gây ra các vấn đề liên quan đến da, mũi và viêm loét niêm mạc, đồng thời gây viêm da khi tiếp xúc với da Sự khác biệt giữa các tác động sinh học do Cr +6 gây ra rất đáng chú ý.
Cr +3 khó xử lý vì khi xâm nhập qua màng, Cr +6 sẽ bị chuyển hóa thành Cr +3 Phản ứng này cũng xảy ra khi crom (VI) được tiêu thụ qua đường miệng nhờ vào hoạt động của dịch dạ dày Crom là một chất gây ung thư mạnh mẽ đối với con người và các loài động vật khác.
Mangan (Mn) là một khoáng chất thiết yếu với nhu cầu hàng ngày khoảng 2,5-5,0 mg cho người lớn Mangan có độc tính tương đối thấp, nhưng có thể gây ngộ độc cấp tính ở nồng độ cao Tiếp xúc với bụi mangan có thể dẫn đến các rối loạn thần kinh cho công nhân Ngoài ra, mangan ảnh hưởng đến sức khỏe bằng cách giảm huyết áp tâm thu, làm rối loạn bài tiết 17 ketosteroids, và gây thay đổi trong hồng cầu cùng sự hình thành bạch cầu hạt.
Lượng tiêu thụ thủy ngân an toàn hàng ngày theo đề nghị của WHO là 43 ~ g
Thủy ngân không có chức năng sinh lý trong cơ thể con người và gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng Độc tính của thủy ngân phụ thuộc vào trạng thái của nó, với mức độ độc hại cao nhất ở dạng lỏng và hơi Ngộ độc thủy ngân có thể dẫn đến rối loạn thần kinh và chức năng thận, ảnh hưởng đến lượng nước tiểu và sự bài tiết Bệnh Minamata, một căn bệnh do nhiễm độc thủy ngân, đặc trưng bởi triệu chứng mệt mỏi, mất trí nhớ, giảm khả năng tập trung và thị lực, với gan là nơi tích lũy một lượng lớn thủy ngân Cá có thể chứa hơn 0,4 ppm thủy ngân, và nồng độ thủy ngân trong nước tiểu được đề xuất là 1-2 g/ml.
Thủy ngân có khả năng vượt qua hàng rào nhau thai, gây ra nguy cơ tử vong cho thai nhi trong tử cung, dẫn đến sự tái hấp thụ của bào thai và sự chết của phôi thai Các dẫn xuất alkyl của thủy ngân đặc biệt có tính chất fetotoxic.
Ô nhiễm nước do chất màu
Chất "pigment" có nguồn gốc từ tiếng Latin "pigmentum", ban đầu mang
Ý nghĩa mới nhất của "pigment" xuất hiện vào đầu thế kỷ XX, hiện nay được định nghĩa là các chất dạng hạt nhỏ không hòa tan trong dung môi, có khả năng tạo màu, bảo vệ hoặc mang tính từ Để đánh giá chất lượng của pigment, cần dựa vào các đặc tính, tính chất và tiêu chuẩn liên quan.
Các tính chất quang học
Khả năng khuếch tán trong dung môi
Khả năng che phủ, bảo vệ
Các tính chất lý học như tỷ trọng, kích thước hạt
Các chất màu bao gồm pigment và các chất phụ gia gọi là extender Extender là các chất bột không hòa tan trong dung môi, thường có màu trắng hoặc rất nhạt Sự phân biệt giữa pigment và extender chủ yếu dựa vào mục đích sử dụng, vì extender không phải là chất màu mà chỉ điều chỉnh tính chất và dung lượng của pigment, giúp giảm lượng pigment sử dụng và hạ giá thành sản phẩm.
1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm chất màu hiện nay
Ô nhiễm môi trường do ngành dệt nhuộm gây ra đang trở thành vấn đề nghiêm trọng Hằng năm, ngành này tiêu thụ hàng triệu tấn thuốc nhuộm, dẫn đến lượng nước thải lớn chứa nhiều chất độc hại, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người Cụ thể, trung bình để nhuộm 1 mét vải cần từ 12 đến 65 lít nước, và lượng nước thải từ 10 đến 40 lít, với tiêu thụ nước trong quá trình nhuộm dao động từ 16 - 900 m³ cho mỗi tấn sản phẩm Nước thải dệt nhuộm thường bị ô nhiễm màu do hàm lượng lớn chất nhuộm và chứa hàng trăm loại hóa chất khác nhau như phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, và nhiều chất khác, tạo ra sự phức tạp và đa dạng trong thành phần ô nhiễm.
Trong quá trình xử lý vải sợi, các tạp chất như dầu mỡ, tạp chất chứa Nitơ và bụi bẩn thường tách ra và chiếm khoảng 6% khối lượng xơ Để loại bỏ những tạp chất này, các hóa chất như hồ tinh bột và H2SO4 được sử dụng.
CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3,…các loại thuốc nhuộm, các chất trơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt
Thành phần nước thải trong ngành dệt nhuộm phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu và thuốc nhuộm, cũng như các hóa chất phụ trợ được sử dụng Nguồn nước thải chủ yếu phát sinh từ các công đoạn như chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tất, với lượng nước thải dao động từ 12-300 m3/tấn vải, chủ yếu từ quá trình nhuộm và nấu tẩy Các loại thuốc nhuộm thường chứa kim loại, muối và màu, góp phần làm ô nhiễm nước thải Ngoài ra, các chất hồ vải có BOD, COD cao và chất hoạt động bề mặt cũng là nguyên nhân chính gây độc cho thủy sinh trong nước thải dệt nhuộm.
1.2.3 Tác hại đến môi trường và sức khoẻ con người
Nước thải dệt nhuộm có độ kiềm cao, làm tăng pH của nước, và khi pH vượt quá 9, nó có thể gây độc hại cho thủy sinh, đồng thời ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải Sự hiện diện của muối trung tính trong nước thải còn làm tăng hàm lượng tổng chất rắn, dẫn đến lượng thải lớn gây hại cho đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình trao đổi của tế bào.
Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD và COD của nguồn nước, dẫn đến giảm lượng oxy hòa tan, gây hại cho đời sống thủy sinh Độ màu cao từ thuốc nhuộm dư thừa ảnh hưởng xấu đến quá trình quang hợp của các loài thủy sinh và cảnh quan Hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao ngăn cản sự khuếch tán oxy, gây nguy hiểm cho hoạt động của thủy sinh vật Ngoài ra, các hóa chất chứa kim loại như Crôm và các chất độc hại có thể tiêu diệt thủy sinh vật và gây bệnh nguy hiểm cho cư dân xung quanh, bao gồm cả ung thư.
Giới thiệu Ni 2+ và Xanh Methylene
1.3.1 Giới thiệu về Ni 2+ a Tính chất và sự phân bố Niken trong môi trường [6] [7]
Niken là một kim loại màu trắng bạc với ánh vàng nhạt, nổi bật với độ cứng cao và khả năng dễ dàng đánh bóng Kim loại này có tính từ, bị nam châm hút, và đặc biệt bền bỉ trước sự ăn mòn Nhờ vào lớp oxit bảo vệ trên bề mặt, niken có khả năng chống lại sự ăn mòn trong không khí, nước và một số dung dịch axit.
Ion Niken là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, nổi bật với tính linh động cao trong môi trường nước Nó có khả năng tạo ra các phức bền với các chất hữu cơ, điều này làm cho Ion Niken trở thành một yếu tố quan trọng trong nhiều ứng dụng hóa học.
Ion Niken là một kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, nổi bật với tính linh động cao trong môi trường nước Kim loại này còn có khả năng tạo ra các phức bền với các chất hữu cơ.
Hình 1 Tinh thể Niken [6] b Ứng dụng
Niken là nguyên liệu chính trong sản xuất hợp kim với sắt, đồng, kẽm và các kim loại khác, giúp tăng cường độ dai và khả năng chống ăn mòn cho thép Ngoài ra, niken còn được sử dụng để phủ lên các kim loại khác và làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học, cũng như trong chế tạo ắc quy.
Cd – Ni có hiệu điện thế 1,4V, ắc quy Fe – Ni
Niken là một kim loại quan trọng được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, xi mạ và điện tử Do đó, nó thường xuất hiện trong nước thải công nghiệp và bùn thải Độc tính của Niken là một vấn đề cần được chú ý trong quản lý môi trường.
Niken xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường hô hấp, gây ra các triệu chứng khó chịu như buồn nôn và đau đầu Việc tiếp xúc lâu dài với niken có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan và thận, đồng thời có khả năng dẫn đến các bệnh lý mãn tính.
Niken có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe, bao gồm bệnh về da và tăng nguy cơ mắc ung thư đường hô hấp Khi cơ thể bị nhiễm độc niken, các enzyme sẽ mất hoạt tính, làm gián đoạn quá trình tổng hợp protein Ngoài ra, việc tiếp xúc lâu dài với niken có thể dẫn đến viêm da và dị ứng ở một số người.
Niken vô cơ có khả năng gây kích ứng niêm mạc và làm tăng nhạy cảm với dị ứng, đặc biệt ở những người dễ mắc Bệnh viêm da niken có thể tự phát trong một số trường hợp Tính chất gây ung thư của niken và các hợp chất của nó phụ thuộc vào khả năng tan trong nước, với các hợp chất dễ hòa tan có nguy cơ thấp hơn Mặc dù vậy, niken vẫn có những đặc tính nguy hiểm khác và cần được xử lý cẩn thận.
1.3.2 Giới thiệu về xanh methylene a Cấu trúc hóa học: [30] [31]
Xanh methylene, một loại thuốc nhuộm bazơ cation được tổng hợp hơn 120 năm trước, có công thức hóa học là C16H18N3SCl Thuốc nhuộm này còn được biết đến với các tên gọi khác như tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene và methylthioninium chloride.
Xanh methylene nguyên chất 100% có dạng bột hoặc tinh thể, mang màu xanh đậm và mùi nhẹ Chất này ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng sẽ phân hủy khi đạt 100-110 độ C Dung dịch 1% của nó có pH dao động từ 3 đến 4,5.
Hình 3 Bột Xanh Methylene [31] b Ứng dụng:
Xanh methylene là một chất nhuộm quan trọng trong sinh học, được sử dụng trong các quy trình nhuộm như nhuộm Wright, nhuộm Jenner và nhuộm Moeller Là một kỹ thuật nhuộm tạm thời, nó cho phép kiểm tra Ribonucleic acid (RNA) và Deoxyribonucleic acid (DNA) dưới kính hiển vi hoặc trong gel Chẳng hạn, dung dịch xanh methylene có thể nhuộm RNA trên các màng lai trong phương pháp bắc blotting để xác minh lượng axit nucleic có mặt Mặc dù không nhạy bằng ethidium bromide, nhưng xanh methylene ít độc hơn và không can thiệp vào chuỗi axit nucleic, giúp bảo vệ sự giữ axit nucleic trên các màng lai và quá trình lai.
Màu xanh methylene được sử dụng như một chỉ thị để xác định sự sống của tế bào nhân chuẩn, như nấm men Tế bào sống không bị nhuộm màu xanh, trong khi tế bào chết hấp thụ màu này do không thể giảm ôxy hóa xanh methylene Tuy nhiên, màu xanh methylene có thể cản trở quá trình hô hấp của nấm men bằng cách lấy đi các ion hydro trong quá trình này.
Xanh methylene, một loại dược phẩm trong y học, chủ yếu được sử dụng để điều trị bệnh tăng methemoglobin huyết, đặc biệt khi nồng độ methemoglobin vượt quá 30% hoặc khi bệnh nhân có triệu chứng mặc dù đã được điều trị bằng liệu pháp oxy Trước đây, nó cũng được dùng để điều trị ngộ độc cyanide và nhiễm trùng đường tiết niệu, nhưng hiện tại, những ứng dụng này không còn được khuyến khích Thuốc thường được tiêm vào tĩnh mạch.
Xanh methylene là thành phần chính trong thuốc Prosed DS, một loại thuốc giảm đau, chống nhiễm trùng và chống co thắt đường tiểu Prosed DS kết hợp các thành phần như phenyl salicylat, axit benzoic, hyoscyamin sulfat và methenamin (hay còn gọi là hexamethylenetetramine, không nhầm lẫn với methanamine).
Xanh methylene là một phương pháp điều trị hiệu quả cho nhiễm nấm trong nuôi trồng thủy sản và các loài cá nhiệt đới Nó cũng có khả năng điều trị bệnh đốm trắng (ich), mặc dù sự kết hợp giữa xanh malachite và formaldehyde mang lại hiệu quả cao hơn đối với ký sinh trùng Ichthyophthirius multifiliis Ngoài ra, xanh methylene còn được sử dụng để bảo vệ trứng cá mới đẻ khỏi nhiễm nấm hoặc vi khuẩn, điều này rất hữu ích cho những người yêu thích việc nở trứng cá một cách nhân tạo.
Giới thiệu về nguyên liệu lõi ngô
1.4.1 Tổng quan về cây ngô
Ngô là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea, họ hòa thảo Các bộ phận của cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa và hạt, (Hình 4) [8]
Ngô là cây lương thực quan trọng toàn cầu, chỉ sau lúa mì và lúa gạo Tại các quốc gia Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, ngô được sử dụng đa dạng như lương thực chính, phù hợp với tập quán địa phương Ngô cũng là nguồn thức ăn chăn nuôi chủ yếu, với 70% chất tinh trong thức ăn gia súc đến từ lõi ngô, và là thức ăn ủ xanh lý tưởng cho bò sữa Gần đây, ngô còn được coi là thực phẩm cao cấp, như bắp ngô bao tử và ngô nếp, được sử dụng để chế biến món ăn hoặc xuất khẩu Ngoài ra, ngô là nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp thực phẩm, được dùng để sản xuất rượu, cồn, tinh bột, dầu và bánh kẹo.
1.4.2 Thành phần chính của lõi ngô
Lõi ngô có cấu trúc hình thái đặc trưng với lớp trấu bao bọc bên ngoài, phần lõi xốp mềm ở trung tâm và vòng gỗ cứng ở giữa Thành phần chính của lõi ngô bao gồm xenlulozơ, hemixenlulozơ và lignin, khiến nó khó bị vi sinh vật phân hủy Nghiên cứu cho thấy lõi ngô có khả năng tách các amoni hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc xốp và các polyme như xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein.
Dưới đây là bảng kết quả phân tích thành phần lõi ngô:
Bảng 1 Thành phần hoá học của lõi ngô [35]
Thành phần Xenlulozo Hemixenlulozo Lignin
Xenlulozơ là một polisacarit được cấu tạo từ các mắt xích α-glucozơ nối với nhau bằng liên kết 1,4-glicozit, tạo thành các vi sợi xenlulozơ Phân tử khối của xenlulozơ rất lớn, dao động từ 10.000 đến 150.000u Các vi sợi này được bao bọc bởi một lớp hemixenlulozơ, giúp chúng kết nối với nhau Các mạch xenlulozơ liên kết với nhau thông qua các liên kết hydro và liên kết Van Der Waals Do không có chuỗi bên hoặc chuỗi nhánh, xenlulozơ thuộc loại polyme bán tinh thể, bao gồm cả pha tinh thể và pha vô định hình.
Cấu trúc lõi ngô bao gồm hai vùng chính: vùng tinh thể và vùng vô định hình Trong vùng tinh thể, các chuỗi xenlulozơ được liên kết chặt chẽ nhờ vào liên kết hydro và lực Van Der Waals giữa các phân tử glucozơ Ngược lại, vùng vô định hình có cấu trúc lỏng lẻo hơn, dẫn đến việc xenlulozơ dễ bị tấn công hơn.
Hemixenlulozơ là một loại polisacarit tương tự như xenlulozơ, nhưng có số lượng mắt xích ít hơn Thành phần của hemicenlulozơ thường đa dạng với nhiều loại mắt xích khác nhau và chứa các nhóm thế axetyl và metyl.
Lignin: Lignin là loại polymer được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Lignin giữ vai trò là chất kết nối giữa hemixenlulozơ và xenlulozơ [10]
Hình 6 Thành phần hóa học của vi sợi xenlulozơ (cellulose) [9]
1.4.3 Ứng dụng của lõi ngô
Lõi ngô ngày nay được biết đến với nhiều công dụng đa dạng, bao gồm việc chế biến thành thức ăn cho gia súc, lên men để sản xuất ancol etylic và axit lactic, cũng như kết hợp với bê tông để tạo ra bê tông lõi ngô nhẹ Đặc biệt, nghiên cứu về việc chế tạo than hoạt tính từ lõi ngô đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất vật liệu hấp phụ cho xử lý môi trường Với giá thành rẻ và quy trình chế tạo đơn giản, lõi ngô không chỉ giúp giảm thiểu tác nhân độc hại trong nước thải mà còn khai thác hiệu quả nguồn nguyên liệu sẵn có tại Việt Nam, góp phần quan trọng trong các giải pháp xử lý môi trường.
1.4.4 Lý do chọn Lõi ngô làm vật liệu hấp phụ
Lõi ngô ngày nay được phát hiện có nhiều công dụng đa dạng, bao gồm việc chế biến thành thức ăn cho gia súc, lên men để sản xuất ancol etylic và axit lactic, cũng như phối trộn với bê tông để tạo ra bê tông lõi ngô nhẹ Hơn nữa, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra khả năng sử dụng lõi ngô làm vật liệu hấp phụ hiệu quả.
Lõi ngô chứa khoảng 45% cellulose và 13% lignin, khiến nó khó bị vi sinh vật phân hủy Nghiên cứu cho thấy lõi ngô có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ cấu trúc nhiều lỗ xốp và các polyme như xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein Các polymer này có khả năng hấp thụ các ion kim loại hóa trị hai, trong khi các hợp chất polyphenol như tanin và lignin trong gỗ được xem là những thành phần hoạt động có khả năng hấp phụ kim loại nặng hiệu quả.
Để góp phần vào công tác bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, tôi đã quyết định sử dụng lõi ngô làm vật liệu hấp phụ.
Tình hình nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường trong nước và trên thế giới
Trên toàn cầu, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phế phẩm nông nghiệp có thể được sử dụng hiệu quả để hấp phụ kim loại nặng và giảm độ màu trong các dung dịch nước.
Nghiên cứu của IS Christica, Muchlisyam, và R Julia (2018) đã chỉ ra rằng việc sử dụng carbon hoạt tính từ lõi ngô có khả năng xử lý kim loại nặng trong chất thải công nghiệp Mục tiêu của nghiên cứu là giảm nồng độ kim loại nặng và đánh giá ảnh hưởng của các nồng độ carbon hoạt tính khác nhau Phương pháp Plasma ghép cảm ứng (ICP) được sử dụng để xác định độ hấp thụ của các kim loại nặng như sắt, đồng và chì Kết quả cho thấy rằng việc bổ sung 1 gram carbon hoạt tính từ lõi ngô đã giảm nồng độ sắt, đồng và chì lần lượt là 80,01%, 79,5% và 79,89%.
Than hoạt tính được sản xuất từ lõi ngô có khả năng giảm thiểu hàm lượng kim loại nặng trong chất thải công nghiệp Các đường chuẩn xác định nồng độ của Sắt, Đồng và Chì được đo bằng dung dịch chuẩn ở các bước sóng 248,3 nm, 324,8 nm và 283,3 nm, như thể hiện trong hình 7-9.
Hình 7 Đường chuẩn của sắt[36]
Hình 8 Đường chuẩn của đồng [36]
Hình 9 Đường chuẩn của chì [36]
Nghiên cứu của Igwe và cộng sự (2005) chỉ ra rằng KLN là một trong những chất gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, với nước thải công nghiệp là nguồn chính phát thải các kim loại nặng Nghiên cứu đã xem xét sự hấp phụ cạnh tranh của các ion kim loại Zn 2+, Cd 2+ và Pb 2+ trong môi trường nước và không nước, sử dụng sản phẩm từ lõi ngô và trấu chưa biến tính và biến tính Kết quả cho thấy sự hấp phụ tối đa đạt được lần lượt là 495,9 mg/g đối với Zn 2+, 456,7 mg/g đối với Pb 2+ và 493,7 mg/g đối với Cd 2+ mà không cần sửa đổi.
Sự hấp phụ của lõi ngô và vỏ trấu đối với các ion kim loại bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các ion kim loại khác, dung môi không chứa nước và quá trình cacboxymetyl hóa Nghiên cứu cho thấy rằng việc có mặt của các kim loại nặng khác và các hóa chất là yếu tố quan trọng trong thiết kế quy trình xử lý và quản lý ô nhiễm kim loại nặng bằng vật liệu xenlulo.
Hình 10 minh họa lượng hấp phụ (mg/g) theo thời gian (phút) đối với các ion Cd (II), Pb (II) và Zn (II) trên lưới ngụy cú kích thước hạt 425, tại nồng độ ion kim loại hỗn hợp ban đầu là 100 mg/l.
Nghiên cứu của Guanghua Wang và các cộng sự (2020) đã tập trung vào việc sản xuất và mô tả đặc tính của than sinh học được biến tính từ lõi ngô, đồng thời đánh giá khả năng hấp thụ phenol của loại than này.
Nghiên cứu nhiệt phân cho thấy lõi ngô có thể tạo ra than sinh học có giá trị, hiện đang được xem là chất thải nông nghiệp và lâm nghiệp Trong nghiên cứu này, than sinh học được chế biến từ lõi ngô qua quá trình nhiệt phân và được kích hoạt hóa học để loại bỏ phenol trong nước Kết quả nghiên cứu đẳng nhiệt cho thấy mô hình Freundlich phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, cho thấy khả năng hiệu quả của than sinh học trong việc loại bỏ phenol khỏi nước thải.
Lượng hấp phụ theo thời gian (phút) đối với các ion Cd (II), Pb (II) và Zn trên lõi ngô khụng biến tính, được cacboxyl hóa với kích thước hạt 425, cho thấy nồng độ ban đầu là 1000 mg/l.
Hình 12 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hấp phụ Phenol bằng than sinh học biến tính[38]
Hình 13 Động học của sự hấp phụ phenol lên than sinh học biến tính [38] b Trong nước
Nghiên cứu của Dương Thị Bích Ngọc và cộng sự (2013) đã chỉ ra rằng vật liệu hấp phụ được chế tạo từ vỏ và lõi ngô có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen rất hiệu quả, với tỷ lệ hấp phụ đạt trên 96%.
% trong khoảng pH rộng (Hình 14) [13]
Kết luận chương 1
Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về kim loại nặng, hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng, ô nhiễm chất màu, hiện trạng ô nhiễm chất màu, giới thiệu về Ni 2+ , Xanh methylene và giới thiệu về vật liệu hấp phụ lõi ngô, thành phần chính của lõi ngô và ứng dụng của lõi ngô trong cuộc sống thường ngày Cùng với đó là giới thiệu về tình hình nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường trong nước và trên thế giới, bên cạnh đó đưa ra lý do vì sao chọn lõi ngô làm
Hình 14 Hiệu suất hấp phụ xanh methylen của vỏ ngô và lõi ngô [13]
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng lõi ngô biến tính làm vật liệu hấp phụ để đánh giá khả năng hấp phụ của nó đối với ion kim loại Ni 2+ và chất màu xanh methylen Quy trình xử lý vật liệu hấp phụ trước khi biến tính được mô tả chi tiết trong hình 15.
Hình 15 Quy trình xử lý vật liệu hấp phụ
Hình 16 Lõi ngô sau thu hoạch
Lõi ngô sau thu hoạch tại Đức Phổ, Quảng Ngãi, Việt Nam được thu gom và phơi khô, loại bỏ tạp chất Sau đó, lõi ngô được cắt thành đoạn nhỏ 4,0 mm và 8,0 mm hoặc nghiền thành kích thước từ 0,15 mm đến 2 mm để phục vụ nghiên cứu Cuối cùng, lõi ngô được ngâm trong nước nhiều lần cho đến khi trong suốt, nhằm loại bỏ bụi bẩn ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.
Tiến hành rửa sạch bằng nước cất sau khi ngâm và đem đi sấy khô ở nhiệt độ
75 0 C trong 24 giờ [41], ta được vật liệu lõi ngô thô (Hình 18)
Hình 17 Lõi ngô sau khi qua công đoạn nghiền Để biến tính vật liệu hấp phụ ta thực hiện theo các bước sau:
- Ngâm 5,43 g lõi ngô thô trong axeton để qua đêm (24 giờ)
- Rửa lại mẫu bằng nước cất, ngâm lần nữa trong axeton trong 6 giờ.
- Lọc mẫu rồi sấy ở 50 – 60 0 C trong 4 – 5 giờ.
- Tiếp tục ngâm mẫu trong 200 mL axeton, thêm 5,04 g urê và khuấy, trong quá trình khuấy nhỏ vào từng giọt H3PO4 (3,1 g).
- Sau 1 giờ khuấy nâng nhiệt độ lên 100 0 C và tiếp tục khuấy trong 2 giờ
- Sau đó làm lạnh mẫu đến nhiệt độ phòng và lọc Rửa lại với etanol 70% và nước cất.
- Khuấy mẫu trong NaOH 0,1M trong 1 giờ.
- Rửa lại mẫu với nước cất và sấy ở nhiệt độ 50 0 C trong 24 giờ ta được vật liệu biến tính (Hình 19).
2.1.2 Chất bị hấp phụ a Ion kim loại Ni 2+
Dung dịch chuẩn Ni 2+ được pha từ NiSO4.6H2O Quá trình pha dung dịch chuẩn để sử dụng trong nghiên cứu này được thực hiện theo các bước sau:
- Định mức lên 500 mL bằng nước cất Lắc đều để đảm bảo dung dịch được hòa tan hoàn toàn
Chúng tôi có dung dịch chuẩn Ni 2+ với nồng độ 1 g/L Để tạo ra các dung dịch chuẩn Ni 2+ ở những nồng độ khác nhau, chúng tôi sẽ tiến hành pha loãng dung dịch chuẩn gốc này Bên cạnh đó, chất màu xanh methylen cũng được sử dụng trong quá trình này.
Dung dịch chuẩn xanh methylen được pha từ xanh methylen nguyên chất dạng rắn, công thức hóa học C16H19N3SCl, hóa chất sử dụng được lấy từ phòng thí nghiệm
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã pha hai dung dịch chuẩn xanh methylen với nồng độ 250 mg/L và 600 mg/L Để tạo dung dịch 250 mg/L, cần cân 0,25 g xanh methylen và định mức lên 1000 mL bằng nước cất Tương tự, dung dịch 600 mg/L được pha bằng cách cân 0,6 g xanh methylen và cũng định mức lên 1000 mL bằng nước cất Cuối cùng, lắc đều dung dịch để đảm bảo hòa tan hoàn toàn.
Khi cần dùng dung dịch xanh methylen ở các nồng độ khác nhau ta tiến hành pha loãng dung dịch chuẩn
2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Bình định mức 50 mL, 100 mL, 500 mL, 1000 mL
- Ống đong 25 mL, 100 mL và một số dụng cụ phụ trợ khác.
- Cân phân tích PA214 (Trung Quốc)
- Máy đo quang phổ UV-VIS Ultrospec 7000 (Lambda, Úc)
- Máy đo pH InoLab IDS Multi 9310 (Việt Nam)
- Máy khuấy từ AAH34435K (Trung Quốc).
2.3 Phương pháp phân tích Ni 2+ và xanh methylen.
Phương pháp phân tích được sử dụng trong đề tài này là phương pháp trắc quang, cụ thể là phương pháp đường chuẩn, một trong những phương pháp phổ biến nhất trong phân tích hóa lý Nguyên tắc của phương pháp trắc quang là xác định cấu tử X bằng cách chuyển đổi nó thành hợp chất có khả năng hấp thụ ánh sáng, từ đó đo sự hấp thụ và suy ra hàm lượng của chất cần xác định Tùy thuộc vào từng điều kiện và đối tượng phân tích, có nhiều phương pháp khác nhau để định lượng chất, từ các phương pháp đơn giản không cần máy móc như phương pháp dãy chuẩn nhìn màu đến các phương pháp yêu cầu sử dụng máy quang phổ như phương pháp đường chuẩn, phương pháp dãy tiêu chuẩn, và các phương pháp khác Do đó, trong đề tài này, chúng tôi chọn sử dụng phương pháp đường chuẩn để đảm bảo độ chính xác cao trong phân tích.
2.3.1 Phương pháp phân tích Ni 2+ a Nguyên tắc
Trong môi trường kiềm, ion Ni 2+ kết hợp với thuốc thử dimethylglyoxin tạo thành phức chất màu đỏ, với cường độ màu tỷ lệ thuận với nồng độ Niken trong dung dịch Để xác định nồng độ Niken, tiến hành đo mật độ quang của phức màu đỏ ở bước sóng λ = 470nm.
Dung dịch NaKC4H4O6.4H2O 20%: cân 20 g NaKC4H4O6.4H2O, hòa tan bằng một ít nước cất, sau đó định mức lên 100 mL.
Dung dịch dimethylglyoxin 1% được chuẩn bị bằng cách hòa tan 10 g NaOH trong một ít nước cất và định mức đến 100 mL, tạo thành dung dịch NaOH 10% Tiếp theo, cân 1 g dimethylglyoxin, hòa tan trong một lượng NaOH 10% và định mức đến 100 mL bằng dung dịch NaOH 10%.
Dung dịch Iod 0.05M: cân 19,05 g KI và 6,35 g I2, hòa tan bằng một ít nước cất và định mức đến 500 mL.
Dung dịch NaOH 1M: cân 20 g NaOH, hòa tan bằng nước cất và định mức đến
Để xây dựng đường chuẩn Ni 2+, ta cần sử dụng pipet để hút 4mL dung dịch chuẩn Ni 2+ có nồng độ 1 g/L Sau đó, cho dung dịch này vào bình định mức 100ml và thêm nước cất đến vạch định mức, từ đó sẽ thu được dung dịch chuẩn Ni 2+.
Ni 2+ 0,04 g/L Sau đó tiến hành từng bước như Bảng 2.
Bảng 2 Trình tự các bước xây dựng đường chuẩn Niken
Hóa chất Bình định mức ( mL)
Bình định mức 50 (mL) Mẫu trắng 1 2 3 4 5
Dung dịch axit HCL (giọt) 1 1 1 1 1 1
Nước cất hai lần Định mức đến 50 mL
Các mẫu sau khi pha được phân tích bằng máy quang phổ UV-VIS ở bước sóng 470 nm Đồ thị chuẩn cho thấy mối quan hệ giữa mật độ quang và nồng độ ion kim loại, như được minh họa trong hình 20.
Từ đồ thị ta thu được phương trình đường chuẩn: y = 5,3377x – 0,0238
Trong đó : y là nồng độ ion Ni 2+ x là mật độ quang đo được từ máy UV-VIS.
Sau khi khảo sát khả năng hấp phụ của lõi ngô (bao gồm lõi ngô thô và lõi ngô biến tính) theo các thông số khác nhau, nồng độ Ni 2+ sau khi hấp phụ được xác định qua quy trình lọc mẫu Cụ thể, 1mL dung dịch sau khi lọc được đưa vào bình định mức 50mL, sau đó bổ sung các hóa chất theo trình tự đã nêu trong bảng 3 Cuối cùng, dung dịch được đo trên máy quang phổ UV-VIS ở bước sóng λ = 470 nm.
Nồng độ Ni 2+ được xác định dựa vào phương trình đường chuẩn (Hình 20) theo công thức sau :
C e : hàm lượng chất còn lại sau hấp phụ (mg/L)
Vb : thể tích mẫu đã pha loãng (mL)
Va : thể tích mẫu ban đầu (mL)
2.3.2 Phương pháp phân tích xanh Methylene a Nguyên tắc
Dựa vào sự khác biệt về màu sắc của xanh methylene trước và sau khi hấp phụ, cường độ màu phản ánh lượng xanh methylene còn lại trong dung dịch Để đo mật độ quang của dung dịch xanh methylene sau quá trình hấp phụ, sử dụng bước sóng λ = 665 nm.
- Xây dựng đường chuẩn xanh methylene:
Cân 50 mg xanh methylene, cho vào bình định mức 1 lít và định mức đến vạch bằng nước cất Ta được dung dịch xanh methylen nồng độ 50 mg/L
Hình 20 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng Ni 2+
Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn theo trình tự như Bảng 3
Hóa chất Bình định mức ( mL)
Nước cất hai lần Định mức đến 50 mL
Bảng 3 Trình tự các bước xây dựng đường chuẩn xanh methylene
Các mẫu sau khi pha được đo trên máy quang phổ UV-VIS với bước sóng λ
= 665 nm Đồ thị đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc của mật độ quang và nồng độ xanh methylen thể hiện trên hình 21
Từ đồ thị ta thu được phương trình đường chuẩn: y = 5,9589x – 0,2882
Trong đó : y là nồng độ xanh methylene x là mật độ quang đo được từ máy UV-VIS.
Sau khi khảo sát khả năng hấp phụ của lõi ngô (bao gồm lõi ngô thô và lõi ngô biến tính) với các thông số khác nhau, nồng độ xanh methylene sau quá trình hấp phụ được xác định qua các bước sau: mẫu sau hấp phụ được lọc, sau đó dung dịch xanh methylene được hút bằng pipet và cho vào bình định mức 50ml, cuối cùng tiến hành đo trên máy quang phổ UV-VIS tại bước sóng λ = 665 nm.
Hình 21 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng xanh methylene
Nồng độ xanh methylene được xác định dựa vào phương trình đường chuẩn (Hình 21) theo công thức sau :
C e : hàm lượng chất còn lại sau hấp phụ (mg/L)
Vb : thể tích mẫu đã pha loãng (mL)
Va : thể tích mẫu ban đầu (mL)
2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với ion Ni 2+ và chất màu xanh methylene
2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến hiệu suất hấp phụ
Khảo sát được tiến hành theo trình tự sau: cho vào mỗi cốc 25 mL dung dịch
Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành khảo sát hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính đối với ion Ni 2+ (nồng độ 50 mg/L) và xanh methylene (nồng độ 250 mg/L) Thí nghiệm được thực hiện bằng cách thêm 0,5 g vật liệu vào dung dịch Ni 2+ và 0,25 g vào dung dịch xanh methylene, khuấy trên máy khuấy ly tâm với tốc độ 300 vòng/phút trong 60 phút, ở nhiệt độ phòng và pH tự nhiên Để đánh giá ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến hiệu suất hấp phụ, chúng tôi sử dụng các kích thước lõi ngô khác nhau, bao gồm 0,15 mm, 0,3 mm, 2,0 mm, 4,0 mm và 8,0 mm.
Sau khi tiến hành hấp phụ, chúng tôi đã đo nồng độ Ni 2+ và xanh methylen trong dung dịch Kết quả khảo sát cho thấy kích thước lõi ngô được tối ưu hóa và được sử dụng làm yếu tố cố định cho các nghiên cứu tiếp theo về các thông số ảnh hưởng.
2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Quy trình thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với Ni 2+ và chất màu xanh methylene được thực hiện tương tự như thí nghiệm khảo sát kích thước lõi ngô Tuy nhiên, trong thí nghiệm này, nhiệt độ được điều chỉnh từ 25 đến 50 độ C, với các mức 30, 35 và 40 độ C được thay đổi lần lượt.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ của vật liệu
3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến hiệu suất hấp phụ a Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính
Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến khả năng hấp phụ, đã tiến hành khảo sát với các kích thước lõi ngô là 0,15; 0,3; 2,0; 4,0 và 8,0 mm Kết quả phân tích của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính được trình bày trong bảng 4 và bảng 5.
Bảng 4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô
Chất hấp phụ Kích thước (mm) 0,15 0,3 2,0 4,0 8,0
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 32,5 33,8 37,5 41,2 46,1
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 98,8 102,2 116,9 129,9 144,8
Bảng 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Chất hấp phụ Kích thước (mm) 0,15 0,3 2,0 4,0 8,0
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 7,9 8,7 11,9 19,1 25,0
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 1,4 1,5 1,9 17,0 26,2
Hiệu suất (%) 99,4 99,4 99,2 93,2 89,5 b So sánh hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính theo kích thước
Hiệu suất hấp phụ Ni 2+ và xanh methylen của lõi ngô: lõi ngô thô và lõi ngô biến tính được trình bày ở hình 22 và hình 23 c Nhận xét
So sánh hiệu suất hấp phụ Ni 2+ và xanh methylen giữa lõi ngô thô và lõi ngô biến tính cho thấy lõi ngô biến tính có hiệu suất hấp phụ vượt trội Cụ thể, hiệu suất hấp phụ Ni 2+ của lõi ngô thô chỉ đạt từ 7,9% đến 35,1%, trong khi lõi ngô biến tính đạt từ 50,1% đến 84,2%, tức là cao gấp 10,7 lần ở kích thước 8,0 mm Đối với xanh methylen, hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô dao động từ 42,1% đến 60,5%.
Lõi ngô biến tính có hiệu suất hấp phụ xanh methylencao gấp 2,4 lần so với lõi ngô thô, với tỷ lệ biến tính nằm trong khoảng từ 89,5% đến 99,4% Cụ thể, khi kích thước lõi ngô là 8,0 mm, hiệu suất này được thể hiện rõ rệt.
Lõi ngô đã được biến tính bằng axit photphoric cho thấy hiệu suất hấp phụ Ni 2+ và xanh methylen cao hơn đáng kể so với lõi ngô thô Điều này chứng tỏ rằng quá trình biến tính đã cải thiện khả năng hấp phụ của lõi ngô.
Hình 23 Hiệu suất hấp phụ Ni 2+ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính theo kích thước
Hình 22 Hiệu suất hấp phụ xanh methylen của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính theo kích thước
Niken Methy- lene Thời gian (phút)
H2PO3 đã làm tăng tổng số gốc anion của lõi ngô, do đó nghiên cứu này sẽ khảo sát các thông số còn lại ảnh hưởng đến lõi ngô biến tính.
Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất hấp phụ Ni 2+ và xanh methylen giảm khi kích thước lõi ngô hấp phụ tăng Cụ thể, khi kích thước lõi ngô biến tính tăng từ 0,15 mm lên 8,0 mm, hiệu suất hấp phụ Ni 2+ giảm từ 84,2% xuống 50,1%, trong khi hiệu suất hấp phụ xanh methylen giảm từ 99,4% xuống 89,5% Điều này cho thấy kích thước có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính.
Kích thước lõi ngô biến tính 0,3 mm được chọn là tối ưu cho hiệu suất hấp phụ Ni 2+ và xanh methylen, vì nó đảm bảo hiệu quả hấp phụ cao mà không gây khó khăn trong quá trình chế biến Các thí nghiệm tiếp theo sẽ khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ dựa trên kích thước này.
3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính a Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Quá trình khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với ion Ni 2+ và chất màu xanh methylen được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 25 đến 50 độ C Kết quả phân tích được trình bày chi tiết trong bảng 6 và hình 24.
Bảng 6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Chất hấp phụ Nhiệt độ ( 0 C) 25 30 35 40 50
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 11,1 12,7 14,3 15,9 19,1
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 1,2 1,3 4,7 10,4 24,8
Niken Methy- lene Nhiệt độ (0C)
Hình 24 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính b Nhận xét
Hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với Ni 2+ và xanh methylen giảm khi nhiệt độ tăng từ 25 °C lên 50 °C, cụ thể là từ 77,8% xuống 61,8% và từ 99,5% xuống 90,1% Điều này cho thấy rằng nhiệt độ cao làm giảm hiệu suất hấp phụ, do quá trình hấp phụ thường tỏa nhiệt và nhiệt độ tăng làm giảm lực tương tác trong dung dịch Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng 25 °C là nhiệt độ tối ưu để loại bỏ Ni 2+ và xanh methylen khỏi dung dịch nước bằng lõi ngô biến tính, do đó, các nghiên cứu tiếp theo sẽ được thực hiện tại nhiệt độ phòng 25 ± 2 °C.
3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính a Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Quá trình khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với ion Ni 2+ và chất màu xanh methylen được thực hiện bằng cách thay đổi thời gian hấp phụ từ 5 đến 120 phút Kết quả phân tích được trình bày chi tiết trong bảng 7 và hình 25.
Bảng 7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính
Chất hấp phụ Thời gian
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 11,1 9,2 8,1 7,2 6,3 6,0
Nồng độ sau hấp phụ (mg/L) 3,4 1,6 1,5 1,3 1,2 1,1
Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với ion Ni 2+ tăng từ 77,8% lên 88,0% trong khoảng thời gian từ 5 phút đến 90 phút.
Thời gian hấp phụ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tương tác giữa ion kim loại Ni 2+ và vật liệu, với hiệu suất hấp phụ tăng dần khi thời gian hấp phụ kéo dài Sau 90 phút, hiệu suất hấp phụ đạt trạng thái cân bằng do các tâm hấp phụ đã được lấp đầy, dẫn đến việc vật liệu trở nên bão hòa Đối với xanh methylen, sau 5 phút, hiệu suất hấp phụ đạt 98,6%, và từ 15 phút đến 120 phút, hiệu suất này luôn trên 99% với sự tăng trưởng không đáng kể, cho thấy thời gian không tác động nhiều đến hiệu suất hấp phụ.