Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Khả năng hấp phụ dinh dưỡng và giảm phát thải khí nhà kính của than trấu và than lục bình.Bia tom tat luan an TS 3 pdf BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ o0o TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành Môi trường đất và nước Mã ngành 62 44 03 03 NGUYỄN ĐẠT PHƯƠNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DINH.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -o0o - TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã ngành: 62 44 03 03 NGUYỄN ĐẠT PHƯƠNG KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DINH DƯỠNG VÀ GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA THAN TRẤU VÀ THAN LỤC BÌNH Cần Thơ, năm 2023 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Xuân Lộc Người hướng dẫn phu: PGS.TS Ngô Thụy Diễm Trang Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: Hội trường …………, Trường Đại học Cần Thơ Vào lúc … … ngày … tháng … năm 2023 Phản biện 1: Phản biện 2: Xác nhận xem lại Chủ tịch Hội đồng Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ - Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế Loc X Nguyen, Phuong T M Do, Chiem H Nguyen, Ryota Kose, Takayuki Okayama, Thoa N Pham, Phuong D Nguyen, and Takayuki Miyanishi, 2018 Properties of Biochars Prepared from Local Biomass in the Mekong Delta, Vietnam Jounal of Bioresources, vol 13, pp 7325-7344, 2018 Tạp chí nước Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm, Phạm Ngọc Thoa Nguyễn Xuân Lộc, 2020 Nghiên cứu hấp phụ nitrát nước thải sau biogas sử dụng than sinh học sản xuất từ lục bình (Eichhornia crassipes) theo đường đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, tập 18, số 02, tr 90-96 Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm Nguyễn Xuân Lộc (2020) Nghiên cứu hấp phụ NO3- than sinh học trấu (O sativa L., OM5451) theo mô hình động học đẳng nhiệt Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, tập 20, số 02, tr 101-107 Nguyễn Đạt Phương Nguyễn Xuân Lộc, 2020 Một số yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ NH4+ than sinh học lục bình (Eichhornia crassipes) Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 225, số 14, tr 113-119 Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm, Phạm Ngọc Thoa Nguyễn Xuân Lộc, 2021 Sự hấp phụ nitrát than sinh học sản xuất từ trấu (O sativa L., OM5451) Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Khoa học tự nhiên, tập 130, số 1A, tr 31-39 Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Hữu Chiếm, Phạm Ngọc Thoa, Lâm Văn Toàn Nguyễn Xuân Lộc, 2021 Nghiên cứu hấp phụ nitrát than sinh học từ lục bình Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 226, số 02, tr 17-24 i Nguyễn Đạt Phương Nguyễn Xuân Lộc, 2021 Nghiên cứu sinh trưởng rau muống bổ sung than sinh học trấu hấp phụ amoni Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Ngun, tập 226, số 11, tr 371-379 Nguyen Đat Phuong Nguyen Xuan Loc, 2022 Effective of biochar prepared from rice husk to greenhouse gas emissions Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Thái Nguyên, tập 227, số 07, tr 114122 Đỗ Thị Mỹ Phượng, Phan Thị Thanh Tuyền, Nguyễn Thị Thiên Trúc, Nguyễn Đạt Phương, Phạm Ngọc Thoa, Nguyễn Hữu Chiếm Nguyễn Xuân Lộc, 2020 Khả hấp phụ methyl da cam than sinh học từ lục bình (Eichhornia crassipes) Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, tập 18, số 02, tr 97-103 Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đặng Thị Minh Thùy, Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Nghiên cứu khả hấp phụ amoni môi trường nước than sinh học tràm Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, Tập 17, số 01, tr 129-136 10 Phạm Ngọc Thoa, Tăng Lê Hoài Ngân, Đặng Thị Minh Thùy, Nguyễn Đạt Phương, Đỗ Thị Mỹ Phượng, Nguyễn Xuân Lộc, Nguyễn Hữu Chiếm 2021 Ảnh hưởng pH, khối lượng, thời gian nồng độ nitrat lên khả hấp phụ nitrat than tre nước thải biogas Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, tập 57, Số Chun đề Mơi trường Biến đổi khí hậu, tr 14-23 ii Chương GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Than sinh học (TSH) sản phẩm giàu carbon thu nhiệt phân sinh khối chất hữu gỗ, phân chuồng đốt điều kiện khơng có oxy (Lehmann & Joseph, 2012) Nguyên liệu chế tạo đa dạng phụ phẩm sinh học nơng nghiệp nguồn phổ biến rẻ tiền Trong lĩnh vực môi trường, TSH ứng dụng hấp phụ dinh dưỡng (Clough, et al., 2013; Mizuta, et al., 2004; Yao, et al., 2012), làm chất mang cải tạo đất (Lehmann et al., 2011), lưu giữ carbon (Yoo, et al., 2015; Lin, et al., 2015; Chan, et al., 2008) giảm phát thải KNK (Mukherjee & Lal, 2013; Xie, et al., 2015) Nước thải từ hoạt động chăn nuôi nguồn thải có chứa hàm lượng dinh dưỡng cao P-PO43− dao động từ 37,2 – 51,1 mg L−1; N-NO3− từ 0,30 – 1,14 mg L−1; N-NH4+ từ 105,6 – 217,9 mg L−1 (Nữ ctv., 2015) với nồng độ khơng thu gom xử lý nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước mặt Đặc biệt hàm lượng N-NH4+ cao gây hại cho sinh vật nước gây tượng phú dưỡng hóa sơng hồ Ngồi hàm lượng nitrate nguồn nước gây mối đe dọa cho sức khỏe cộng đồng, chẳng hạn gây ung thư (Song, et al., 2015), mô thần kinh tổn thương nhận thức (Lefferts, et al., 2015) Nitrate chất có đặc tính ổn định độ hịa tan nước cao Do đó, làm để loại bỏ nitrate nước cách hiệu kinh tế trở thành vấn đề Bên cạnh tác hại từ hoạt động chăn nuôi, lúa nước nguồn gây phát thải khí nhà kính (KNK), làm gia tăng nhiệt độ trái đất gây tượng ấm lên toàn cầu Đối với hoạt động sản xuất ngành, phát thải canh tác lúa ngập nước lên đến 57% lượng KNK ngành, chủ yếu khí mê-tan (CH4) ơxít nitơ (N2O), hoạt động chăn nuôi (Chan, et al., 2008; Nguyen, et al., 2015; Trịnh, et al., 2013) Trấu lục bình hai nguồn phế phụ phẩm nơng nghiệp lớn phổ biến Việt Nam Theo tính tốn tổng lượng trấu nước ước tính 6,54 triệu năm−1, lượng trấu xử lý chủ yếu phương pháp đốt thu nhiệt nên gây ô nhiễm mơi trường lớn Bên cạnh phát triển nhanh chóng lục bình (140 ha−1 năm−1) (Gunnarsson & Petersen, 2007) trở thành vấn đề kênh, rạch, ao hồ nhiều nơi giới cản trở lưu thông sơng ngịi, kênh rạch, đặc biệt chết chúng gây ô nhiễm môi trường nước cách nghiêm trọng Hiện nay, có nhiều phương pháp khác sử dụng để giải vấn đề trình lọc màng, oxi hóa nâng cao, phân hủy quang xúc tác, phương pháp hấp phụ Trong đó, hấp phụ phương pháp đơn giản, hiệu phù hợp vật liệu hấp phụ chế tạo từ trấu lục bình rẻ tiền có sẵn địa phương, vật liệu sau hấp phụ tận dụng làm chất mang bổ sung dinh dưỡng cho cây, tăng khả lưu giữ carbon đất giảm phát thải KNK, hạn chế tác động gây biến đổi khí hậu (BĐKH) Than sinh học chế tạo từ nhiều nguồn, phụ phẩm sinh học nông nghiệp từ trấu lục bình nguồn phổ biến rẻ tiền đồng sông Cửu Long (ĐBSCL), với mục tiêu kép hiệu kinh tế môi trường Phát thải KNK vấn đề môi trường quan tâm cần hạn chế phát thải phù hợp với cam kết quốc tế Việt Nam Việc lựa chọn vật liệu có sẵn địa phương hấp phụ chất dinh dưỡng nước góp phần làm giảm chi phí xử lý nhiễm mơi trường nước Bên cạnh đó, thử nghiệm vật liệu bổ sung vào đất giảm tổng lượng phát thải KNK cần thiết Xuất phát từ lý trên, đề tài: “Khả hấp phụ dinh dưỡng giảm phát thải khí nhà kính than trấu than lục bình” thực 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu khả hấp phụ dinh dưỡng giảm phát thải khí nhà kính TSH từ phế phụ phẩm nơng nghiệp góp phần giảm thiểu nhiễm môi trường giảm phát thải KNK từ hoạt động canh tác nông nghiệp 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Chế tạo than trấu than lục bình Xác định khả hấp phụ dinh dưỡng nước thải biogas than trấu than lục bình để giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất nước Xác định khả giảm phát thải khí nhà kính bổ sung than trấu than lục bình để giảm thiểu nhiễm mơi trường khơng khí 1.3 Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: Nghiên cứu thành phần hóa lý than trấu than lục bình - Nội dung 2: Nghiên cứu khả hấp phụ dinh dưỡng nước thải biogas than trấu than lục bình - Nội dung 3: Xác định khả giảm phát thải CH4, N2O than trấu than lục bình 1.4 Giới hạn nghiên cứu Nghiên cứu khả hấp phụ NH4+ NO3− nước thải biogas khả giảm phát thải CH4 N2O than trấu than lục bình sản xuất nhiệt độ 700oC điều kiện nhà lưới 1.5 Ý nghĩa luận án 1.5.1 Về khoa học Kết đạt luận án cho thấy hai loại TSH sản xuất từ nguồn sinh khối địa trấu lục bình tạo điều kiện phịng thí nghiệm với điều kiện nhiệt độ kiểm sốt, mơi trường khí N2 Các tính chất vật lý hóa học hai loại than xác định phương pháp phân tích khoa học, đại Khả hấp phụ ammonium nitrate nước thải biogas; khả giảm phát thải khí CH4 N2O từ đất trồng lúa nước hai loại TSH đánh giá qua kết công bố tạp chí có số ngồi nước như: Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn (ISSN 1859-4581), tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Thái Nguyên (ISSN 1859-2171; 2734-9098) Journal of Bioresources (UGC-CARE Quality Journal, ISSN 2394-4315 – E-ISSN 2582-2276) 1.5.2 Về thực tiễn Than sinh học sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp địa phương, rẻ tiền (trấu lục bình) làm vật liệu hấp phụ dinh dưỡng (NH4+ NO3−) nước thải chăn nuôi, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Than sinh học sau bổ sung vào đất có khả giảm thiểu phát thải khí nhà kính (CH4 N2O) sản xuất nơng nghiệp đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) Kết nghiên cứu cịn sử dụng làm tài liệu phục vụ cho công tác giảng dạy nghiên cứu Viện, trường Đại học 1.6 Những đóng góp luận án Than trấu than lục bình 700oC hấp phụ NH4+ NO3− nước thải biogas Dung lượng hấp phụ NH4+ NO3− lớn than trấu than lục bình 5,51 mg g−1 4,31 mg g−1; 9,87 mg g−1 9,59 mg g−1 (hiệu suất 24,71% 26,71%; 69,70% 64,14%) Bổ sung 20 ha−1 than trấu than lục bình vào đất nơng nghiệp có ảnh hưởng đến việc giảm phát thải khí CH4 N2O cao 15,99%, 48,47% cho than trấu 20,14%, 51,90% cho than lục bình Than sinh học sản xuất từ nguyên liệu rẻ tiền địa phương trấu, phụ phẩm ngành sản xuất lúa lục bình, loại gặp nhiều nơi Việt Nam làm nguyên liệu hấp phụ dinh dưỡng Làm giảm ô nhiễm môi trường giảm phát thải KNK từ canh tác trồng, giúp tăng cường lợi ích kinh tế lợi ích mơi trường cho người dân khu vực góp phần hạn chế tác động BĐKH toàn cầu Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Than trấu than lục bình nhiệt độ 500°C, 700°C 900°C; khả hấp phụ ammonium, nitrate nước thải biogas; khả giảm phát thải CH4 N2O đất trồng lúa 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu thành phần hóa lý than trấu than lục bình Vật liệu nghiên cứu - Nguyên liệu: Than trấu than lục bình 500oC, 700oC 900oC; - Thiết bị: Máy đo pH, EC, máy ly tâm, máy lắc mẫu, cân phân tích, lị điện, máy phân tích hàm lượng carbon, hydro nitơ, kính hiển vi điện tử S-4800 máy đo diện tích bề mặt Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm thực với lần lặp lại cho nghiệm thức Phương pháp phân tích Chỉ tiêu pH, EC Độ ẩm Chất bay CEC Hình thái cấu trúc Diện tích bề mặt pHpzc Phương pháp Đo trực tiếp máy pH METER HM-31P Phương pháp sấy khô TCVN 1867:2001 Đun nóng 900°C±20°C phút điều kiện khơng có khơng khí Phương pháp trích với dung dịch BaCl2 0,1 M ba lần để trao đổi cation trao đổi với Ba2+ Sau đó, thêm dung dịch MgSO4 0,02 M chuẩn để thay Ba2+ xảy kết tủa BaSO4 Xác định kính hiển vi điện tử S-4800 Đo máy Quantachrome Instruments version 11.0 Phương pháp Balistrieri and Murray (1981) 2.2.2 Nội dung 2: Nghiên cứu khả hấp phụ dinh dưỡng nước thải biogas than trấu than lục bình Vật liệu nghiên cứu - Than trấu than lục bình nhiệt độ 700oC - Hóa chất: NaOH HCl Dung dịch NH4+, NO3− lấy từ nước thải biogas hộ chăn nuôi heo quận Bình Thủy, TP Cần Thơ - Dụng cụ thiết bị: Máy thổi khí, máy đo pH, máy đo DO, máy đo EC, máy đo NH4+ NO3− Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng pH Thí nghiệm thực với nghiệm thức (ammonium), 10 nghiệm thức (nitrate) lặp lại lần Chuẩn bị dung dịch ammonium có nồng độ 80 mg L−1, nitrate có nồng độ 50 mg NO3− L−1, dùng NaOH 0,1M HCl 0,1 M để thay đổi pH từ đến 11 (pH = 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11) cho ammonium; (pH = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11) cho nitrate Cân 0,5 g than trấu/than lục bình cho vào ống ly tâm Tiếp theo, lấy 50 mL dụng dịch (NH4+/NO3−) điều chỉnh pH vào Sau đem lắc 120 phút với tốc độ lắc 190 vòng/phút, cuối lọc qua giấy lọc Whatman 0,45 µm, phân tích hàm lượng NH4+ NO3− Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng khối lượng TSH Thí nghiệm thực với nghiệm thức lặp lại lần Chuẩn bị dung dịch ammonium có nồng độ 80 mg L−1, nitrate có nồng độ 50 mg NO3− L−1, dùng NaOH 0,1 M HCl 0,1 M để thay đổi pH (than trấu pH = 8, than lục bình pH= 7) cho ammonium, pH = cho nitrate Cân: 0,25, 0,5, 1, 1,5, g than trấu/than lục bình cho ammonium; 0,05, 0,5, 1, 1,5, g than trấu/than lục bình cho nitrate cho vào ống ly tâm Tiếp theo, đong 50 mL dung dịch (NH4+/NO3−) điều chỉnh pH vào Sau đem lắc 120 phút với tốc độ lắc 190 vòng/phút, cuối lọc qua giấy lọc Whatman 0,45 µm, phân tích hàm lượng NH4+ NO3− Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng thời gian tiếp xúc Thí nghiệm thực với 11 nghiệm thức lặp lại lần Chuẩn bị dung dịch NH4+ có nồng độ 80 mg L−1, nitrate có nồng độ 50 mg NO3− L−1, dùng NaOH 0,1 M HCl 0,1 M để thay đổi pH (than trấu pH = 8, than lục bình pH= 7) cho ammonium, pH = cho nitrate Cân g than trấu/than lục bình cho ammonium, 0,5 g than trấu/than lục bình cho nitrate cho vào ống ly tâm Tiếp theo, đong 50 mL dung dịch (NH4+/NO3−) điều chỉnh pH vào Sau đem lắc với tốc độ lắc 190 vịng/phút với thời gian 1, 2, 5, 10, 15, 30, 60, 90, 120, 240 360 phút Cuối lọc qua giấy lọc Whatman 0,45 µm, phân tích hàm lượng NH4+ NO3− Hai mơ hình động học sử dụng động học biểu kiến bậc bậc Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng nồng độ ban đầu Thí nghiệm thực với nghiệm thức lặp lại lần Chuẩn bị dung dịch ammonium nitrate có nồng độ 10, 30, 50, 80, 100, 120, 150, 200, 300 mg L−1, dùng NaOH 0,1 M HCl 0,1 M để Than trấu ∆pH = pHi - pHf ∆pH = pHi - pHf Giá trị pHpzc than trấu than lục bình Hình 3.3 cho thấy nồng độ NaCl 0,1M, giá trị pHpzc than trấu thấp than lục bình 9,51 10,1 -2 101112 -4 -6 pHi Than lục bình -2 101112 -4 -6 pHi 15 10 H qe 0,8 0,6 0,4 0,2 20 H (%) Than trấu qe (mg g-1) H (%) 20 Than lục bình 15 10 H qe 0,8 0,6 0,4 0,2 qe (mg g-1) Hình 3.3 pHpzc than trấu than lục bình Từ kết cho thấy TSH nhiệt độ 700oC cho kết hấp phụ tốt 500oC 900oC Do chúng tơi chọn than trấu than lục bình nhiệt độ 700oC để tiến hành thí nghiệm 3.2 Nghiên cứu khả hấp phụ ammonium nước thải biogas than trấu than lục bình 3.2.1 Ảnh hưởng pH 101112 pH 101112 pH Hình 3.4 Ảnh hưởng pH lên hấp phụ NH4+ (Lượng than 0,5 g, thời gian 120 phút, nồng độ NH4+ ban đầu 80 mg L−1, pH = – 11) Hình 3.4 cho thấy hấp phụ NH4+ than trấu than lục bình pH = - khơng tăng; pH = - tăng mạnh đạt cực đại pH = (than trấu) pH = (than lục bình) Điều giải thích pH dung dịch nhỏ pHpzc chất hấp phụ nên bề mặt than mang điện tích dương, pH dung dịch thấp khả hấp phụ ion dương Kết phù hợp với nghiên cứu Tuyết ctv., (2018), Mai & Tuyên (2016), Fidel, et al., (2018a) Khi pH tăng đến 11 khả hấp phụ giảm mạnh Điều pH tăng NH4+ chuyển hóa thành NH3 nên làm giảm khả hấp phụ Do đó, giá trị pH = (than trấu) pH = (than lục bình) chọn để thực thí nghiệm 10 20 10 H qe 0 0,5 1,5 30 H (%) 1,6 1,2 0,8 0,4 qe (mg g-1) H (%) 30 1,6 1,2 0,8 0,4 20 10 H qe 0 2,5 0,5 1,5 qe (mg g-1) 3.2.2 Ảnh hưởng khối lượng than Hình 3.5 trình bày hiệu suất hấp phụ lượng than khác có khác biệt ý nghĩa 5%, ngoại trừ lượng than 1, 1,5 g khơng có khác biệt ý nghĩa 5% Điều chứng tỏ lượng than 1g hiệu suất hấp phụ tốt 2,5 Lượng than lục bình (g) Lượng than trấu (g) Hình 3.5 Ảnh hưởng khối lượng than lên hấp phụ NH4+ (pH = (than trấu), pH = (than lục bình), thời gian 120 phút, nồng độ NH4+ ban đầu 80 mg L−1 lượng than 0,25 – g) H qe 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 14 12 10 Than lục bình H qe 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 qe (mg g-1) Than trấu H (%) 14 12 10 qe (mg g-1) H (%) Hiệu suất hấp phụ NH4+ loại than tăng mạnh lượng than từ 0,25 - 1g, nhiên hiệu suất hấp phụ không tăng lượng than từ - 2g Điều giải thích tăng lượng than tăng cạnh tranh để hấp phụ NH4+ bề mặt than Kết hoàn toàn phù hợp với kết nghiên cứu Fidel, et al., (2018a), Mai & Tuyên (2016) Đây điều kiện để thực thí nghiệm 3.2.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 60 120180240300360 Thời gian (phút) 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) Hình 3.6 Ảnh hưởng thời gian lên hấp phụ NH4+ (pH = (than trấu), pH = (than lục bình), lượng than g, nồng độ dung dịch NH4+ ban đầu 80 mg L−1 thời gian – 360 phút) Hình 3.6 cho thấy nhóm thời gian (1 – 120 phút) (120 – 360 phút) có khác biệt ý nghĩa 5%, dung lượng hiệu suất hấp phụ thời gian từ 120 - 360 phút khơng có khác biệt thống kê (p > 0,05) Điều trước 120 phút, xâm nhập chất bị hấp phụ vào TSH chưa đạt trạng thái cân kích thước mao quản TSH rỗng nên khả hấp phụ tăng mạnh Sau 120 phút, kích thước mao quản TSH bị lấp đầy nên dung lượng hiệu suất hấp 11 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 Than trấu qt (mg g-1) qt (mg g-1) phụ tăng khơng Đây thời gian chọn cho thí nghiệm So với nghiên cứu Tuyết ctv., (2018) nghiên cứu xử lý NH4+ nước TSH sản xuất từ lõi ngơ biến tính HNO3 với thời gian hấp phụ 150 phút dung lượng hấp đạt 18,75 mg g−1 Theo tác giả Mai & Tuyên (2016) N-NH4+ bị loại bỏ nhanh 30 phút đầu đạt cân thời điểm 60 phút Kết hấp phụ NH4+ than trấu than lục bình theo hai mơ hình động học biểu kiến bậc bậc mơ tả Hình 3.7 Dữ liệu thí nghiệm Động học biểu kiến bậc Động học biểu kiến bậc 1,2 0,8 0,6 0,4 0,2 Than lục bình Dữ liệu thí nghiệm Động học biểu kiến bậc Động học biểu kiến bậc 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) Hình 3.7 Động học hấp phụ ammonium (pH = (than trấu), pH = (than lục bình), lượng than g, nồng độ dung dịch NH4+ ban đầu 80 mg L−1 thời gian – 360 phút) Bảng 3.2 Các thông số động học hấp phụ NH4+ Động học biểu kiến bậc qe, exp qe, cal k1 R2 (mg/g) (mg/g) (1/phút) 0,94 0,94 0,04 0,97 0,91 0,91 0,04 0,97 Chất hấp phụ Trấu Lục bình Động học biểu kiến bậc qe, exp qe, cal k2 R2 (mg/g) (mg/g) (g/mg/phút) 0,99 1,03 0,03 0,97 0,96 1,01 0,03 0,96 20 10 H qe 30 20 10 0 Than lục bình H qe qe (mg g-1) Than trấu H (%) H (%) 30 qe (mg g-1) Bảng 3.2 cho thấy hấp phụ NH4+ theo mơ hình động học biểu kiến bậc bậc có hệ số tương quan (R2 > 0,95), điều chứng tỏ hấp phụ NH4+ loại than phù hợp với hai mơ hình động học biểu kiến bậc bậc 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ ban đầu 0 50 100 150 200 250 300 Ce (mg L-1) 50 100 150 200 250 300 Ce (mg L-1) Hình 3.8 Ảnh hưởng nồng độ lên hấp phụ NH4+ (pH = (than trấu), pH = (than lục bình), lượng than g, thời gian 120 phút nồng độ dung dịch NH4+ ban đầu 10 – 300 mg L−1) 12 Than trấu Dữ liệu thí nghiệm Langmuir Freundlich 0 qe (mg g-1) qe (mg g-1) Hình 3.8 cho thấy tăng nồng độ từ 10 – 300 mg L−1 hấp phụ NH4+ tăng Tuy nhiên, nồng độ từ 80 – 300 mg g−1 hiệu suất hấp phụ giảm, 80 mg g−1 đạt hiệu suất hấp phụ cao Điều giải thích nồng độ NH4+ tăng làm cho mức độ khả tiếp xúc TSH NH4+ tăng nên đẩy mạnh khả xâm nhập NH4+ vào TSH hay nói cách khác chất hấp phụ trạng thái bão hịa khơng thể hấp phụ Mặt khác nồng độ NH4+ lớn gây cạnh tranh ion NH4+ để hấp phụ lên bề mặt, hiệu suất hấp phụ giảm nồng độ NH4+ lớn Kết phù hợp với nghiên cứu Tuyết ctv., (2018) Dung (2016) Sự hấp phụ NH4+ than trấu than lục bình 2,54 mg g−1, 2,33 mg g−1 đạt hiệu suất 25,24% 27,51% Hình 3.9 trình bày hấp phụ NH4+ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich than trấu than lục bình Than lục bình Dữ liệu thí nghiệm Langmuir Freundlich 0 50 100 150 200 250 300 Ce (mg L-1) 50 100 150 200 250 300 Ce (mg L-1) Hình 3.9 Đường đẳng nhiệt Langmuir Freundlich (pH = (than trấu), pH = (than lục bình), lượng than g, thời gian 120 phút nồng độ dung dịch NH4+ ban đầu 10 – 300 mg L−1) Bảng 3.3 Các thơng số mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt NH4+ Loại than Langmuir Freundlich KL (L mg−1) 0,003 KF 0,047 Trấu qmax (mg g−1) 5,51 n 1,38 R 0,98 R2 0,97 KL (L mg−1) 0,004 KF 0,052 Lục bình qmax (mg g−1) 4,48 n 1,46 R2 0,98 R2 0,97 Bảng 3.3 cho thấy hấp phụ NH4+ theo Langmuir Freundlich có R > 0,95 R Langmuir lớn Freundlich Điều chứng tỏ hấp phụ NH4+ loại than theo Langmuir phù hợp so với Freundlich, hay nói cách khác q trình hấp phụ NH4+ hấp phụ đơn lớp hấp phụ điều kiện bề mặt vật liệu không đồng chiếm ưu Dung lượng hấp phụ lớn theo mơ hình Langmuir than trấu than lục bình 5,51 mg g−1 4,48 mg g−1 13 40 20 H qe 80 60 40 20 Than lục bình H qe qe (mg g-1) Than trấu 60 H (%) H (%) 80 qe (mg g-1) 3.3 Khả hấp phụ nitrate nước thải biogas than trấu than lục bình 3.3.1 Ảnh hưởng pH Kết phân tích trình bày Hình 3.10 1011 pH 1011 pH Hình 3.10 Ảnh hưởng pH lên hấp phụ NO3− (Lượng than 0,5 g, thời gian 120 phút, nồng độ NO3− ban đầu 50 mg NO3− L−1 pH = – 11) Hình 3.10 cho thấy pH từ – dung lượng hiệu suất hấp phụ NO3− tăng nhẹ, khơng có khác biệt có ý nghĩa 5%; pH = dung lượng hấp phụ NO3− cao cho loại than Kết phù hợp với nghiên cứu Fidel, et al., (2018b) Điều giải thích pHpzc than trấu than lục bình lớn pH dung dịch bị hấp phụ nên điện tích bề mặt than mang điện tích dương Do pH dung dịch bị hấp phụ nhỏ khả hấp phụ TSH lớn chất bị hấp phụ mang điện tích âm (NO3−) Theo Tan, et al., (2015) pH dung dịch bị hấp phụ nhỏ pHpzc chất hấp phụ điện tích bề mặt chất hấp phụ mang điện tích dương ngược lại Khi pH tăng, nồng độ OH− tăng; đó, bề mặt TSH tích điện dấu với NO3− dẫn đến tác dụng đẩy nên dung lượng hấp phụ hiệu suất hấp phụ giảm Tại giá trị pH = 11, lượng hấp phụ NO3− loại than thấp Điều giải thích pH lớn 7, có cạnh tranh OH− NO3−, dẫn đến khả hấp phụ NO3− bị giảm Kết phù hợp với nghiên cứu Tan, et al., (2015), Chintala, et al., (2013), Zhao, et al., (2017) Yang, et al., (2017a) Do đó, pH = chọn để thực thí nghiệm 3.3.2 Ảnh hưởng khối lượng than Kết trình bày Hình 3.11 14 0,5 1,5 100 80 60 40 20 25 20 15 10 H qe 0,5 1,5 qe (mg g-1) H qe H (%) 25 20 15 10 qe (mg g-1) H (%) 100 80 60 40 20 Lượng than lục bình (g) Lượng than trấu (g) Hình 3.11 Ảnh hưởng lượng than lên hấp phụ NO3− (pH = 4, thời gian 120 phút, nồng độ NO3− ban đầu 50 mg NO3− L−1 lượng than 0,05 – g) H qe 80 60 40 20 Than lục bình H Qe 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) qe (mg g-1) H (%) Than trấu 80 60 40 20 qe (mg g-1) H (%) Hình 3.11 cho thấy tăng khối lượng than trấu than lục bình hiệu suất hấp phụ NO3− tăng 47,19 – 77,59% 42,41 – 72,12% Ngược lại, dung lượng hấp phụ giảm Kết phù hợp với nghiên cứu Hu, et al., (2018) Điều giải thích, tăng khối lượng chất hấp phụ số tâm hấp phụ tăng, khối lượng chất hấp phụ tăng tới ngưỡng số tâm hấp phụ tính khối lượng chất hấp phụ bị giảm Hay theo Deveci and Kar (2013) cạnh tranh ion để liên kết với tâm hấp phụ có sẵn chất hấp phụ Kết tương đồng với nghiên cứu Divband Hafshejani, et al., (2016) Để xác định khối lượng hấp phụ tốt nhất, sử dụng thống kê với phép kiểm định Tukey mức 5%; kết cho thấy, khối lượng 0,5, 1, 1,5 2g hiệu suất hấp phụ NO3− than trấu than lục bình 74,2, 71,4, 74,2, 77,6%; 67, 66, 68,9, 72,1% không khác biệt thống kê (p > 0,05); kết phù hợp với nghiên cứu Yang, et al., (2017b) Vì vậy, khối lượng 0,5g chọn bố trí thí nghiệm 3.3.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng Kết ảnh hưởng thời gian trình bày Hình 3.12 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) Hình 3.12 Ảnh hưởng thời gian lên hấp phụ NO3− (pH = 4, lượng than 0,5 g, nồng độ NO3− ban đầu 50 mg NO3− L−1 thời gian – 360 phút) Hình 3.12 cho thấy trình hấp phụ xảy hai giai đoạn: Giai đoạn đầu (1 – 120 phút) tốc độ hấp phụ nhanh tâm hấp phụ nhiều 15 Than trấu Dữ liệu thí nghiệm Động học biểu kiến bậc Động học biểu kiến bậc qt (mg g-1) qt (mg g-1) gradien nồng độ NO3− pha rắn TSH cao Giai đoạn (120 – 360 phút) tốc độ hấp phụ giảm chậm gần đạt trạng thái cân Hoặc số lượng tâm hấp phụ trống chất hấp phụ có sẵn giai đoạn ban đầu lớn, làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ dung dịch bề mặt chất hấp phụ Sự gia tăng nồng độ dẫn đến làm tăng khả hấp phụ giai đoạn đầu Khi nồng độ giảm khả hấp phụ giảm (Uddin, et al., 2008) Kết tương đồng với nghiên cứu Divband Hafshejani, et al., (2016) Hu, et al., (2018), hấp phụ nitrate có hai giai đoạn: Tốc độ hấp phụ nhanh giai đoạn đầu chậm dần đạt cân Tuy nhiên nghiên cứu Divband Hafshejani, et al., (2016) trình cân diễn nhanh phút thứ 60 Sự chênh lệch tốc độ hấp phụ nghiên cứu Divband Hafshejani, et al., (2016) dùng 0,1 g TSH bã mía biến tính dẫn đến số tâm hấp phụ nên q trình cân hấp phụ diễn nhanh Theo kết phân tích thống kê với phép kiểm định Tukey mức 5%, hiệu suất hấp phụ nitrate than trấu than lục bình khoảng thời gian 120, 240 360 phút 68, 68,2 68,7%; 64,6, 65,4 65,8% không khác biệt mặt thống kê Do đó, 120 phút chọn để tiến hành thí nghiệm Kết hấp phụ NO3− than trấu than lục bình theo hai mơ hình động học biểu kiến bậc bậc trình bày Hình 3.13 Than lục bình Dữ liệu thí nghiệm Động học biểu kiến bậc Động học biểu kiến bậc 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) 60 120 180 240 300 360 Thời gian (phút) Hình 3.13 Động học hấp phụ nitrate (pH = 4, lượng than 0,5 g, nồng độ NO3− ban đầu 50 mg NO3− L−1 thời gian – 360 phút) Bảng 3.4 Các thông số động học hấp phụ nitrate Chất hấp phụ Trấu Lục bình Động học biểu kiến bậc qe, exp qe, cal k1 R2 (mg/g) (mg/g) (1/phút) 3,54 3,54 0,038 0,96 3,37 3,37 0,041 0,96 16 Động học biểu kiến bậc qe, exp qe, cal k2 R2 (mg/g) (mg/g) (g/mg/phút) 3,75 3,87 0,009 0,96 3,56 3,67 0,01 0,96