Khóa luận tốt nghiệp Công nghệ sinh học: Đánh giá khả năng hấp phụ methylene blue trong nước thải bằng than sinh học từ cây mai dương (Mimosa pigra L.)

Than sinh học mai dương có khả năng loại bỏ màu xanh trong môi trườngnước thải thực tế, hiệu suất của quá trình xử lý lên đến 87,27% ở khối lượng than 0.2 g.Kết quả nghiên cứu cho thay m

; BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO

-TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC SINH HỌC

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÁP PHỤ METHYLENE BLUE

TRONG NƯỚC THAI BANG THAN SINH HOC

TU CAY MAI DUONG (Mimosa pigra L.)

Nganh hoc : CÔNG NGHỆ SINH HOC MOI TRUONGSinh viên thực hiện : LÊ MỸ HUYÈN

Mã số sinh viên : — 19126069

Niên khóa : — 2019-2023

TP Thú Đức, 08/2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

KHOA KHOA HỌC SINH HỌC

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HÁP PHỤ METHYLENE BLUE

TRONG NƯỚC THÁI BẰNG THAN SINH HỌC

TỪ CÂY MAI DƯƠNG (Mimosa pigra L.)

Hướng dẫn khoa học Sinh viên thực hiện

ThS NGUYÊN CÔNG MẠNH LÊ MỸ HUYEN

TP Thủ Đức, 08/2023

LỜI CẢM ƠN

Đề thuận lợi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp tôi xin chân thành cảm ơn các thầy

cô khoa Khoa học Sinh học, Viện nghiên cứu Công nghệ sinh học và Môi trường,Trường Dai học Nông Lâm Thành phó Hồ Chi Minh đã tạo điều kiện thuận lợi trongquá trình học tập Cảm ơn quý thay cô đã truyền đạt những kiến thức kĩ năng bồ ích, 1anền tảng vững chắc giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn PGS.TS Lê ĐìnhĐôn và tập thé lớp DH19SM đã luôn bên cạnh, đồng hanh cùng tôi trong suốt những

năm tháng Đại học.

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất dành cho hướng dẫn

khoa học ThS Nguyễn Công Mạnh đã nhiệt tình chi bảo truyền đạt kiến thức kinh

nghiệm Cảm ơn thay vì đã luôn động viên, đưa ra những lời khuyên bổ ích giúp em giảiquyết được các vấn đề gặp phải trong quá trình nguyên cứu và hoàn thành đề tài

Cuối cùng, xIn cảm ơn gia đình và bạn bè luôn bên cạnh, động viên con những lúc

khó khăn nhất Cảm ơn vì đã luôn là chỗ dựa về tinh thần vững chắc

Một lân nữa xin chân thành cảm ơn tat cả mọi người!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Lê Mỹ Huyền, MSSV: 19126069, Lớp: DH19SM thuộc ngành Công nghệSinh học Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, xin cam đoan: Đây là Khóa luậntốt nghiệp đo bản thân tôi trực tiếp thực hiện, các số liệu và thông tin trong nghiên cứu

là hoàn toản trung thực va khách quan Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hộiđồng về những cam kết này

TP Hồ Chi Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2023

Người viết cam đoan(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Mỹ Huyền

iat

TÓM TẮT

Nghiên cứu được tiến hành để đánh giá khả năng hấp phụ khi sử dụng than sinhhọc mai đương xử lý methylene blue trong nước thải bằng kỹ thuật so màu quang phổ

UV - Vis Các đặc trưng của than sinh học cây mai dương (Mimosa Pigra L.) được xac

định bằng phương pháp quang phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét, cho thấy bềmặt than có nhiều lỗ xốp, nhiều nhóm chức thích hợp cho việc hấp phụ MB Quá trìnhhấp phụ được khảo sát đưới các thông số như thời gian tiếp xúc, nồng độ dung dịch banđầu và liều lượng chất hấp phụ Thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm vàđược bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với ba lần lặp lại Kết quả nghiên cứu cho thấy quátrình hấp phụ MB đạt tối ưu với khối lượng than là 0,6 g thời gian hap phụ đạt cân bằngsau 50 phút Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với mô hình hap phụ dang Langmuir hơn sovới mô hình Freundlich cho thấy sự hap phụ đơn lớp Dung lượng MB hap phụ cực đại3,047 mg/g Than sinh học mai dương có khả năng loại bỏ màu xanh trong môi trườngnước thải thực tế, hiệu suất của quá trình xử lý lên đến 87,27% ở khối lượng than 0.2 g.Kết quả nghiên cứu cho thay mai đương có thé được sử dung làm chat hap phụ chi phíthấp dé loại bỏ hiệu quả thuốc nhuộm methylene blue

Từ khóa: Hap phu, than sinh hoc, Mimosa Pigra L., methylene blue

il

The study was conducted to evaluate the adsorption capacity when using Mimosa Pigra L biochar to treat methylene blue in wastewater by UV - Vis spectrophotometric technique The characteristics of biochar (BC) were determined by Fourier - transform infrared spectroscopy, and scanning electron microscopy, showing that the coal surface has many pores, many functional groups suitable for methylene blue adsorption The adsorption process was investigated under parameters such as contact time, initial solution concentration, and adsorbent dosage The experiment was conducted in the laboratory and arranged in a completely randomized design with three replicates again The research results show that the MB adsorption process is optimal with the coal weight

of 0.6 gram and the adsorption time reaches equilibrium after 50 minutes The experimental data are more consistent with the Langmuir isosorbent model than with the Freundlich model showing monolayer adsorption The maximum adsorption capacity was found to be 3.047 mg/g Mimosa Pigra biochar can remove green color in actual wastewater environment, the efficiency of the treatment process is up to 87.27%

at 0.2 gram coal weight Research results show that Mimosa Pigra L can be used as a

low - cost adsorbent to effectively remove methylene blue dye.

Keywords: Adsorbent, Biochar, Mimosa pigra L., Methylene blue.

IV

MỤC LỤC

TrangLOI CAM ĐOAN 2-2222 S122192122122122122122121212112112111112121111212121212 2121 re i(oo ee ee iii

a iv MỤC LUC 0ooceccccccsscsssessesssesssssessesstessesssessesssssusssessnsssesseestsssessisssesatssiesseesesssessesseeseeaeeseees VvDANH SÁCH CAC CHU VIET TAT oo csccccscsscssssssesssessesssssessesssetsesensestssnseseestseneesees viiTEANH SÁCH CAG HÀ N «cuc HH tế Hàn HH hit ng06201002000 25000150 viiiIM.\IsE.(0:09.(e5:in:Ð.'1725 ix

1.1.Đặt vấn đề - 2-5-5 3 1221221121121121121121121111121121121111212212111211211111 1e |1.2.Mục tiêu của đề tải: 5-5-2222 22223215212212112121121121112112121121112222222221 1 ae 21;3:Nô1-đutig:rrg HIỆT'GỨU sszscsogagszsiG0810540003582051699531303E53940ESSS:SSS835238ge3AS1813R4âSSi318857ag81408 2CHƯƠNG 2 TONG QUAN TÀI LIỆU 2 2222222222E22£zzEzzsszszsszzsezssccs- -32.1.Tổng quan về ngành dét nhuộm 2-22 ®2+22EE£EE2EE£EEEEE2EE2ZE222222E2Eezrxee 32.1.1.Kinh tế iá13221£11E31$ 8ìÌá119) 5092.727277 7ẻ8ốốốốốẽ ốc 3

2.1.2.Nước thải dệt nhuộm và ô nhiễm do nước thai đệt nhuộm 2- 2-52 3

2.1.3.Giới thiệu về methylene blue 2-2 2 2S£SS+2E£2E£EEEEE2E25125123121221217121 2 re 52.1.4.Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm -. 222 5222525522 52.2.Cay mai duong (Mimosa pigra 800800088 62.2.1 Dac điểm cây mai đương 2-22-©22+222222EE+22EE22EE2221227212212272E 22 rrrrrrrev 62.2.2.Tac hai cla cay 00 )0(0 09 0n 72.2.3.Một số biện pháp diệt từ cây mai đương 2-2-5 22222ccccrcrerrrrrrrrrees 9

2 Deol HARSTAN OG cesesessessresbskoiLEEDEEEES40S30040300/30803B.S.GHESIGE.GHEH.G34B5E2M0040431035.080/S00/G12:06/10G03808 Ll2.3.1.Đặc điểm của than sinh hoC cccccscesescecsessesscsessesecsecsesecsessesecsucseseseeeseneseeeseeees 112.3.2.Quá trình nhiệt phân tạo thành than sinh học - - 5-25 5222++x++s<+sszeezzxss 112.3.3.Ứng dung của than sinh học trong xử lý môi trường - 2 2525525522 12CHƯƠNG 3 VAT LIEU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2 2©2255252222z222222z25+2 13

3.1.Thời gian và địa điểm nghiên cứu - ¿2 ¿©2222+2E+2E2E2E2E2E2E22EEZEzEzxerree 13

3.2 Vật liệu.riphiễn.GỨU - s5 s22 505525 1Ù n0 y0 1001005036010 74000000 13

3:3: ương phap NENIEN GỮU:s‹csccscseessiinxesiiosiiiiLSE1L001606036031551651380308515E100901415800606 13 3.3.1.Phương pháp định danh mai dương - - cece +5+ +52 *22*+2*+*+szsersezrree 133.3.2.Phân tích cấu trúc, thành phan của than sinh học mai dương . 143.3.3.Khảo sát ảnh hưởng xử lý màu của than sinh học - 5-5 +5-++<c+<c+scsxz 163.3.4.Đánh giá hiệu quả xử lý màu nước thải dệt nhuộm thực KT ——-—— 18BAX LY 86 GU ¬Í^':4 19CHUONG 4 KET QUA VA THẢO LUẬN 0.cccccscscsscssessessesecseseesesecseeseesssveseeseseeeeeeees 20Als IMO tae ay A AON Oi ris ou T00 ded asw na ống ốc ch CC 204.2 Phân tích cấu trúc, thành phan của than sinh học mai đương - 214.3 Khao sát ảnh hưởng xử lý màu của than sinh học - 5: +5 <+<£+s£+sc+eresres 244.3.1 Đường chuẩn methylene blue 2-22 ©222222222EE£2E+2EE2ZE+2EE223222E2222Ezrrrrev 244.3.2 Anh hưởng của nồng độ ban đầu -2- 22 2 222+2EE£2E++EE£EESEEzEErrxrzrrrrer 24

4.3.3 Ảnh hưởng của liều lượng chat hap phụ, khối lượng than 2: 26

4.3.4 Anh hưởng của thời gian tiẾp XÚC 2: 22©2222222222EE22E222E2232221221 232222 cze 27

¿|3 J5, Sig AT RR TRÌNH seeuseokiediudeeodeknnlkronEagteogimiucincdgbuigionocird3D10L400400003.60ỹ06100 2080-0000 284.4 Đánh giá hiệu quả xử lý màu nước thải đệt nhuộm thực ẲẾ Q.0 2y 30CHUONG 5 KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ 52 s+sszszcszeezserszrezserszrsese -x3 Ï

TT ee esesee 31

§: 17 min | ee a1TÀI LIEU THAM KHẢO -22- 22 ©22222222222E3222122212212221222122212211221E221.e xe 32PHỤ LỤC

VI

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIET TAT

BC : Buiochar

BINMT : Bộ Tai Nguyên Môi trường

FHR : Fourier Transform Infrared

MB : Methylene blue

SEM : Scanning Electron Microscope

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

UV : Utraviolet

VLHP : Vật liệu hấp phụ

vii

DANH SÁCH CAC BANG

Bang 3.1 Một số dai tần số thường xuất hiện trong than sinh học -5- 16

Bảng 4.2 Nồng độ methylene blue trong nước thải trước và sau khi xử lý bằng than

simh hoc mai duong T7

vill

Mô hình dang nhiệt hap phụ Langmuir và Freundlich 2-22 29

1x

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp dét nhuộm có nhiều bước tiến mạnh mẽ và ngày càng đóng vaitrò quan trọng trong sự tăng trưởng của nền kinh tế nước ta Cùng với sự phát triển củanền công nghiệp dệt, vấn đề ô nhiễm môi trường do nước thải dệt nhuộm gây ra cũngngày cảng nghiêm trọng Trong đó, methylene blue là thuốc nhuộm được sử dụng phổbiến trong công nghiệp đệt nhuộm Không chỉ gây ô nhiễm về màu sắc, mà còn là tácnhân gây ô nhiễm môi trường và sức khỏe con người, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng củađộng thực vật, gây ra xáo trộn vi sinh vật ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của nước

Nhiều phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải dét nhuộm như keo tụ, oxihóa nâng cao, công nghệ màng Nhưng những phương pháp này thường có chi phí xử

ly rất cao, dé tạo ra các chat thải thứ cấp Trong khi đó, phương pháp sử dụng vật liệuhap phụ lại có chi phí thấp, hiệu quả cao, dé vận hành Từ đó, ngày càng nhiều nghiêncứu sử dụng vật liệu hấp phụ thân thiện với môi trường điển hình là than sinh học từnhiều loại sinh khối khác nhau như rơm rạ, lõi ngô, vỏ điềumai dương, tre Cây maidương (Mimosa pigra L.) có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới Trung Mỹ, du nhập vào ViệtNam khoảng giữa thé ky 20, nhưng từ thập niên 1980 loài cây này mới phát triển mạnh

mẽ va có mặt ở hau hết các tinh ở nước ta Day là đối tượng cỏ đại nguy hiểm khó phòngtrừ, tốc độ lây lan nhanh chóng Vì vậy việc tận dụng cây mai dương làm nguồn nguyênliệu chế tạo than sinh học để xử lý nước thải đệt nhuộm sẽ mang lại ý nghĩa rất lớn chomôi trường và nền kinh tế nước ta Trong khuôn khổ của khóa luận tốt nghiệp ngànhCông nghệ Sinh học và Môi trường đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp phụ Methyleneblue trong nước thai bằng than sinh học từ cây mai dương (Mimosa Pigra L.)” đượcthực hiện với mục đích xử lý màu xanh (Methylene blue) trong nước thải nhằm giảm

thiểu sự ô nhiễm môi trường

1.2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu khả năng tạo than sinh học mai dương (Mimosa pigra L.) trong điềukiện phòng thí nghiệm.

Đánh giá khả năng sử dụng than sinh học từ cây mai đương dé loại bỏ methyleneblue trong nước thải thực tế

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Xác định đặc điểm cấu trúc, thành phan của than sinh học từ cây mai

dương (Mimosa pigra L.).

Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng hiệu quả xử lý màu khi thay đổi các yếu tố ảnhhưởng đến kha năng hap phụ (Nồng độ MB, khối lượng than, thời gian)

Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả xử lý màu xanh trong nước thải thực tế

CHƯƠNG 2 TONG QUAN TÀI LIEU

2.1 Tổng quan về ngành dệt nhuộm

2.1.1 Tình hình kinh tế ngành dệt nhuộm

Ngành dệt nhuộm là ngành công nghiệp truyền thống của nước ta, đã có lịch sử rấtlâu đời Ngành dệt nhuộm Việt Nam đã và đang có những bước phát triển mạnh mẽ vàngày càng đóng vai trò quan trọng trong tăng trường của nền kinh tế Theo thống kê củaTổng cục Thống kê Việt Nam, sản xuất dét nhuộm đã đóng góp một phần không nhỏvào nền kinh tế Việt Nam, với tông giá trị sản xuất năm 2020 đạt khoảng 32,5 ty USD,chiếm khoảng 13% tổng sản phẩm công nghiệp của quốc gia Trong đó, sản xuất vải détchiếm khoảng 62%, sản xuất vải nhuộm chiếm khoảng 37% và sản xuất sợi chỉ chiếmkhoảng 1%.

Nhờ chính sách đổi mới, Việt Nam đã có hơn 72 doanh nghiệp nhà nước, 40 doanhnghiệp tư nhân, 40 dự án liên quan và 100% vốn đầu tư nước ngoài liên quan đến lĩnhvực dét nhuộm, thu hút nguồn lao động góp từ đó quyết việc làm và phù hợp với nhữngnước có nén kinh tế đang phát triển như chúng ta (Hiệp hội dệt may Việt Nam) Trongtat cả các mặt hàng công nghiệp xuất khẩu hiện nay, dệt may là nganh có kim ngạchxuất khâu và tốc độ tăng trưởng cao nhất chiếm 12 — 16% tổng kim ngạch xuất khẩu cảnước Trong 4 tháng đầu năm 2023 xuất khẩu hàng dệt may đạt 11,2 tỷ USD kim ngạchxuất khẩu, tăng 17,2% so với cùng kỳ Dang nói, sản phẩm dệt may của Việt Nam đãđược xuất khẩu sang 66 quốc gia, vùng lãnh thé với từ 47 - 50 các mặt hàng khác nhau.Trong đó, các thị trường xuất khẩu hàng đệt may trọng tâm là Hoa Kỳ với 4.2 tỷ USD,Nhật Ban 1,3 tỷ USD, các nước EU 1,2 tỷ USD, Hàn Quốc 1,2 tỷ USD, Trung Quốc

1 tỷ USD, Canada 405 triệu USD (Tổng cục Thống kê Việt Nam) Như vậy, ngành dệtmay đóng một vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam

2.1.2 Nước thải dệt nhuộm và sự ô nhiễm do nước thải dét nhuộm

Nước thải dệt nhuộm phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, tây trắng, làm bóngsợi, nhuộm in và hoàn tất Vào năm 2016, ông Chandra đã ghi nhận với 10 - 15% thuốcnhuộm thải bỏ chiếm 15 - 20% tổng lượng nước thải, công nghiệp đệt nhuộm được xem

là ngành ô nhiễm nhất thế giới hiện nay Theo nghiên cứu của Sen và Demirer năm 2003,trung bình một nhà máy dét nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó, lượng

nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3%, chủ yếu là trong côngđoạn nhuộm va hoàn tat sản pham Trong khi đó, tỷ lệ thất thoát chat tây nhuộm ra môitrường lên đến 50% (Rosli và Habibah, 2006) Nếu xét hai yếu tô lượng nước thải vàthành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành đệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễmnhất trong số các ngành công nghiệp Các chất 6 nhiễm chủ yếu có trong nước thải détnhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt,các hợp chất halogen hữu cơ và pH của nước thải cao từ 9 đến 12, do lượng kiềm trongnước thải lớn Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải đệt nhuộm, thuốc nhuộm làthành phần khó xử lý nhất Các vấn đề về sự ô nhiễm môi trường dưới sự tác động củangành công nghiệp tây nhuộm đã gia tăng trong nhiều năm qua Mặc dù lĩnh vực bảo vệmôi trường đã và đang được nhà nước đặc biệt quan tâm, song một số công ty, nha máy

và hầu hết các làng nghề sản xuất dệt nhuộm thủ công van xả thải trực tiếp nguồn nước

thai sau sản xuất chưa qua xử lý ra các con sông, hồ, kênh, rạch gây ảnh hưởng nghiêm

trọng đến đời sông và sức khỏe của người dân

Ô nhiễm nước ở Pakistan phát sinh trong quá trình tây, tây và nhuộm Malir vàLyari là những con sông lớn trong thành phố nhận nước thải từ các ngành công nghiệpnay và chảy ra Biên A Rap Cả hai con sông chảy qua toàn bộ thành phố mang theo chất

ô nhiễm và đồ ra biển Các nguồn nước của Faisalabad ở Pakistan bị 6 nhiễm do xả nướcthải chưa qua xử lý Những dòng nước thải này đi vào và làm ô nhiễm con kênh chảyvào Sông Chenab (Chhokor và ctv, 2000) Công nghiệp dệt may nằm ở các vùng venbiển của Sri Lanka thải ra 7100 m nước thải trong một ngày BOD5 và COD của nướcthải đệt nhuộm lần lượt là 4979 kg/ngày và 11310 mg/1 lớn hơn giới hạn xả thải Tảilượng nước thải dét nhuộm ở các vùng ven biển bị ô nhiễm lớn hoặc trung bình (Azmy

và ctv, 2013) Năm 2015, Dey và cộng sự đã báo cáo rằng nước của sông Kelani đượcnạp bởi các chat 6 nhiễm của nước thải bao gồm coliform, tổng N 7,0 - 8,0 mg/1, tổng P0,12 - 0,03 mg/l Đặc biệt 5000 mồ từ thuốc nhuộm vải được thải ra môi trường mỗingày Sự xuất hiện của thuốc nhuộm tổng hợp mang lại những tác động tiêu cực đếnsinh vật dưới nước và sức khỏe con người khi thải trực tiếp ra môi trường Các thuốcnhuộm bao gồm những thành phần độc hại ảnh hưởng đến màu sắc không mong muốntrong nước Methylene blue là một trong những thuốc nhuộm được sử dụng thườngxuyên nhất trong công nghiệp

2.1.3 Giới thiệu về methylene blue

Methylene blue là một hợp chất thơm dị vòng, có công thức phân tử làCisHisN3CIS, khối lượng mol bằng 373,9 g/mol

N

HaC _ C) So ,.CHa

N S N

CH: CH3Hình 2.1 Công thức cấu tao Methylene Blue

Methylene blue (MB) là một chất màu thuộc họ thiozin, nó phân ly dưới dạngcation (MB') Đây là một chất rất quen thuộc được sử dụng rộng rãi trong các ngành dệtnhuộm Methylene blue có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người như gây ra cácbệnh về da, mắt, hệ tiêu hóa, đường hô hấp thậm chí có thể gây ung thư Không nhữngthế, nếu chất này được thải trực tiếp ra môi trường có thé gây ảnh hưởng đến sự sinhtrưởng của động thực vật, gây ra xáo trộn sự hoạt động của vi sinh vật ảnh hưởng đến

kha năng tự làm sạch của nước Khi phân hủy sẽ sinh ra các khí độc như: NO, CO, SOa,

CO2, H2S Methylene blue nguyên chat 100 % dạng bột hoặc tinh thể (NCBD

2.1.4 Một số phương pháp xử lý nước thải dệt nhuộm

Nước thải là loại chất thải gây ô nhiễm môi trường đáng được quan tâm hàng đầutrong các loại chất thai của ngành dét nhuộm Vì không có số liệu về tải lượng ô nhiễmcũng như đặc tính ô nhiễm nước thải mang tính tổng quan cho ngành nên khi lựa chọnphương án ngăn ngừa giảm thiểu và xử lý nước thải cần có khảo sát nghiên cứu cụ thêcho từng trường hợp Các nhà khoa học đã nghiên cứu và tìm ra các phương pháp dé xử

lý nguồn nước ô nhiễm như: keo tụ, trao đồi ion, hấp phụ

Keo tụ là phương pháp rất thích hợp áp dụng cho xử lý nước thải dét nhuộm Quá

trình keo tụ có thé làm giảm đáng ké hàm lượng các chat ô nhiễm như COD, BODs, kimloại nặng và đặc biệt là độ màu Trong phương pháp này người ta hay sử dụng các loạiphèn nhôm hay phèn sắt Về nguyên lý thì khi đưa các chất trên vào nước sẽ tạo thànhcác hydroxit không tan Trong quá trình lắng xuống các chất màu và các chất khó phânhuỷ sinh học sẽ bị hấp phụ vào các bông keo này và cùng lắng xuống tạo thành bùn Đôikhi dé tăng quá trình tạo bông và trợ lang người ta bé sung các chất trợ tạo bông nhưcác polyme hữu cơ.

Phương pháp trao đổi ion là một trong những phương pháp thường được dùng détách kim loại nặng từ nước thải Phương pháp này tách những ion không mong muốn ra

khỏi dung dịch sẵn có và thay thế bằng những ion khác Đây là quá trình tương tác hóa

học đối với ion pha lỏng và pha ran, các chất tham gia vào trao đôi ion thường là vô cơhoặc hữu cơ Nó được vận hành nhằm mục đích khử các muối, nitrat, khử màu, khử các

kim loại nặng Về mặt kỹ thuật thì hầu hết kim loại nặng đều có thể tách ra bằng phương

pháp trao đổi ion, nhưng phương pháp này thường tốn kém

Phương pháp hấp phụ có các đặc tính ưu việt hơn hắn so với những phương pháp

xử lý nước thải khác Ứng dụng phổ biến nhất của hấp phụ là loại bỏ các cất hữu cokhông phân hủy từ nước ngầm, nước uống, xử lý nước Sự hấp phụ điễn ra khi các phân

tử trong chất lỏng liên kết với bề mặt của chat ran Vật liệu hap phụ được chế tạo từ cácnguồn nguyên liệu tự nhiên và các phế thải công nghiệp phụ phầm nông nghiệp sẵn có,

dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi hỏi thiết bị phức tạp Đặc

biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền cao, có thê tái sử dụng nhiều lần Những vật liệuhấp phụ thường sử dụng là than hoạt tính, than sinh học bởi vì giá thành rẻ, khả năng xử

lý nước thải đạt hiệu quả cao Rơm, rạ, trau, vỏ điều, vỏ hạt mắc ca là những phụ phẩm

thường được xử dụng để sản xuất than Một trong những hướng nghiên cứu mới gần làtận dụng thực vật xâm hại làm than sinh học, vừa xử lý nguồn sinh khối của nó, vừa gópphần giảm thiểu 6 nhiễm nguồn nước

2.2 Cây mai dương (Mimosa pigra L.)

2.2.1 Đặc điểm cây mai dương

Cây mai dương còn gọi là trinh nữ nhọn, tên khoa học là Mimosa pigra L., có

nguồn gốc từ Trung và Nam Mỹ Cây mai dương được mô tả là một loài riêng lần đầutiên vào năm 1759 (Lonsdale và ctv, 1989) Ở nước ta, cây mai dương đã xâm nhập từlâu nhưng chỉ mới thực sự bắt đầu phát tán vào thập niên 1980 Theo nghiên cứu của

Tạ Thị Kiều Anh và ctv (2015), mai dương là một loài cây lâu năm, thân bụi phân nhiềucành, với chiều cao lên đến 6 m Sau khi mọc từ hạt, cây mai dương sinh trưởng rấtnhanh, phân thành nhiều nhánh Khi còn non thân có màu xanh và phủ lớp lông mịnnhưng khi cây trưởng thành thì hoá gỗ, trên thân có nhiều gai màu hồng, dài 5 - 10 mm

Hoa màu vàng hoặc hồng, phát hoa đường kính khoảng 1 cm Chụm trái trung bình

khoảng 1 - 27 trai Trái mau nâu, có lông hoe, dày, dài 3 - 8 cm, rộng 0,9 - 1,4 cm, chiathành 14 - 26 đốt, mỗi đốt chứa một hat Hat chín có màu nâu dai 4 - 6 mm, cân nặng

0,006 - 0,017 g (Northern Territory Government information and services, 2023) Từkhi cây ra hoa đến khi trái chin khoảng 5 tuần Mai đương hiện được xem là một trong

những loài cỏ dại nguy hiểm nhất đối với các vùng đất ngập nước Tong điều kiện thuận

lợi, cây mai đương có thé sinh trưởng rất nhanh và tốc độ xâm nhiễm có thé gấp đôi diệntích sau mỗi năm Mức độ lây lan dang ở ngưỡng báo động (Tran Thị Hiền và ctv, 2020;Trần Triết, 2001)

Cây mai đương có thể ra nhiều hạt Vào năm 2004, Marambe và cộng sự đã nghiêncứu được cây mai dương ở vùng nhiệt đới ra hoa quanh năm, một cây trưởng thành cóthé sản sinh được 42.000 hạt/năm Hạt cây mai dương có thé nảy mam ngay khi rung từquả hoặc nếu hạt bị nằm sâu trong đất có thé rơi vào tinh trạng ngủ nghỉ và nảy mamsau 1 - 2 năm Nhờ khoang hạt có lớp vỏ cứng, không thấm nước mà hạt có thé sốnghơn 5 năm trong điều kiện phòng thí nghiệm, 23 năm trong môi trường đất cát Đầu mùamưa hoặc sau khi đốt đồng, hạt ở tầng đất mặt nây mầm nhanh chóng Cây mai dươngnảy tược rất nhanh từ gốc đã chặt thân cây có thé nhanh chóng moc tái sinh từ phần gốcsát mặt đất (Dương Văn Chín, 2002) Khi bị đốt, toàn bộ lá có thể bị chết nhưng có tới90% số cây trưởng thành có thể tiếp tục mọc tái sinh

2.2.2 Tác hại của cây mai dương

Cây mai dương xâm lấn các khu bảo tồn thiên nhiên sẽ làm nghèo khu động thựcvật bản địa, biến thảm thực vật với sự đa dạng sinh học về loài bản xứ thành thảm thựcvật đơn loài Khu hệ chim, bò sát và sự phong phú của thảm thực vật bị ảnh hưởng rấtlớn do sự xâm lấn của cây mai đương

Theo ghi nhận từ Vườn quốc gia Tràm Chim, ngoai điện tích tram ngập nước,

khoảng trống còn lại là các quần xã thực vật va cỏ dại khác như say, cỏ lông, cỏ lac và

một số cỏ lá rộng như bèo cái, bèo tây, dừa nước Khi những nơi này bị cây mai đươngxâm lấn thì hệ thực vật ban địa ở dưới tán cây mai dương biến mat Do mai dương xâm

lan mà bãi cỏ năng — nơi ăn nghỉ của séu đầu đỏ bị thu hẹp, đây là nguyên nhân làm cho

số lượng sếu đầu đỏ giảm han trong các năm dau thế ky 21 Séu đầu đỏ là một trongnhững mục tiêu chính ma khách du lich trong nước cũng như ngoài nước muốn đến thamquan tại Vườn quốc gia Tràm Chim Do đó, cây mai dương làm giảm giá trị bảo tồn củavùng đồng cỏ đất ngập nước, đặc trưng còn lại duy nhất của Đồng Tháp Mười, làm tônhại khả năng bảo tồn và làm giảm giá trị du lịch sinh thái của Vườn quốc gia Tràm Chim(Marambe và ctv, 2004) Theo ghi nhận, năm 2002 cây mai dương xâm chiếm một khu

vực gần 2000 hecta bên trong Vườn Quốc gia Tràm Chim làm ảnh hưởng đến hệ sinhthái, động thực vật tại khu vực Không chỉ có ở Vườn quốc gia Tràm Chim ma còn có ởVườn quốc gia Cát Tiên, dọc bờ kinh rạch và ngay cả chân ruộng các vùng Đông Nam

Bộ và có khắp ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Ở miền Bắc và miền Trung, hầuhết các tỉnh đều có cây mai dương mọc phân tán với diện tích bị xâm lấn từ vài hectađến vài trăm hecta Theo ghi nhận của Tạ Thị Kiều Anh và cộng sự năm 2015, tại QuảngTrị, nhiều vùng đất bán ngập đọc các đường lộ hay các mương nước đã bị cây mai dươngxâm lấn dày đặc, tạo thành những vùng tập trung với diện tích 1000 hecta gây ảnh hưởngnghiêm trọng đến cảnh quan, sự sinh trưởng phát triển của các loài động thực vật khác

Không chỉ xâm lắn các vùng đất hoang hoá, cây mai dương cũng gây hại nghiêmtrọng vùng đất nông nghiệp Nguy cơ lan chiếm đất nông nghiệp ở Việt Nam đang có

xu hướng gia tăng tại các vùng đệm, lưu vực sông, các vùng bán ngập nằm trong vùng

chứa nước của các hồ thuỷ điện và các vùng bán ngập có điều kiện canh tác khó khăn

Sự xâm lấn của cây mai dương đối với đất nông nghiệp không chỉ làm mất dan đất nôngnghiệp mà còn làm tăng chi phí sản xuất Nông dân phải bỏ thêm chi phí khi làm đấttrước khi gieo trồng cây nông nghiệp, khoảng 75% chi phí là dé kiểm soát cây mai đương(Lonsdale và ctv, 1995).

Cây mai dương đã trở thành loài nguy hiểm đối với môi trường và đa dạng sinhhọc ở nhiều nước thế giới từ nhiệt đới Châu Phi đến Châu Úc và khu vực Đông Nam Á

Ở Malaysia, cây mai đương xuất hiện ở vườn dầu cọ, vùng đất nông nghiệp, đất trồnglúa với diện tích lên đến 360000 hecta Ở Indonesia, ven hồ Rawa Pening có tối thiểu

3000 hecta bị mai đương xâm lắn (Rijal và Cochard, 2016) Đối với hệ sinh thái, câymai dương xâm 1an làm thay đổi cấu trúc thành phan loài của thảm thực vật bản dia,giảm sút tính da dang sinh học, xâm lấn rất mạnh ở các khu bảo tồn đất ngập nước ở Úc,Thái Lan, Mỹ và Chau Phi Nguồn thức ăn va nơi làm tô của loài ngỗng trời Anseranas

semipalmata là các rừng say bản địa, vùng đất ngập nước đang bị cây mai đương de doa

2.2.3 Một số biện pháp diệt trừ cây mai dương

2.2.3.1 Biện pháp cơ giới

Biện pháp chặt là dùng dao chặt sát gốc, cách mặt đất khoảng 5 - 10 em Ưu điểm

của biện pháp này là không gây ảnh hưởng tiêu cực tới đa dạng sinh học ở cấp độ loài,

kể cả vi sinh vật đất Nhưng hiệu qua của biện pháp này không cao, đòi hỏi lượng nhân

công lớn, chỉ làm giảm mật độ và độ che phủ chứ không triệt dé hoàn toàn loại cây này

Không những thế, sau khi chặt thì loài cây này còn có khả năng tái sinh và phát triểnmạnh mẽ hơn.

Biện pháp chặt kết hợp ngâm ngập lụt chỉ có thể áp dụng ở những vùng đất ngậphoặc bán ngập Trong thời gian ngâm ngập lụt, gốc cây mai dương sẽ bị thối, bị bật khỏimặt đất Đây được xem là biện pháp đơn giản, dễ thực hiện nhưng cũng gặp nhiều vấn

đề khi triển khai thực hiện vì phải tiễn hành chặt trong một thời gian rất ngắn, ngay trướckhi nước lũ về, trong khi đó lại không thể xác định chính xác được thời điểm bắt đầungập lũ để quyết định thời điểm chặt cây mai dương Và việc huy động một lượng lớnnhân công dé dé tiến hành chặt bỏ trong thời gian ngắn cũng gặp rất nhiều khó khăn.Bên cạnh đó, quả cây mai dương có khả năng rơi xuống đất và trôi theo dòng chảy hoặc

an vào lớp đất trong điều kiện thích hợp có thé nảy mam va phát triển thành cây con

Vi vậy, việc triển khai biện pháp này cũng gặp nhiều khó khăn và bat cập

Biện pháp thủ công trong nghiên cứu của Marambe và ctv (2004) thực hiện ở Vườn

Quốc gia Tràm Chim, với ba phương pháp được áp dụng dé kiểm soát cây mai dương

là chặt, đốt, kết hợp chặt đốt Kết quả cho thấy sau xử lý một tháng thì cả ba nghiệmthức đều có cây mai dương mọc lại Vì vậy, tác giả cho rằng cả ba biện pháp xử lý cólàm giảm mật độ của cây mai dương nhưng không diệt hoàn toàn Vào năm 2000, Koo

và ctv đã báo cáo ở các vùng sinh thái có sự xâm lấn của cây mai dương khi tiến hànhcác biện pháp kiểm soát như chặt cây và đốt thì đều không hiệu quả Cũng theo các tác

giả sau khi áp dụng biện pháp chặt, đót, kết hop chặt đốt được 2 - 4 tuần, ở hau khắp các

khu vực cây mai dương đều mọc tái sinh, có chdi cao tới 1 m Có gốc sau khi đốt câymọc 2 - 3 chéi mới Sau hai tháng, mật độ chi tái sinh ở các khu vực chặt, đốt, kết hợpchặt đốt đều đạt xấp xi mật độ cây trước khi xử lý

2.2.3.2 Biện pháp hóa học

Cho đến thời điểm hiện tại, đây được xem 14 biện pháp có hiệu quả phòng trừ cao,triệt để và kinh tế nhất, vì thế nó được nhiều quốc gia lựa chọn dé xử lí cây mai dương.Song biện pháp hóa học này cũng có tác động tiêu cực đến môi trường Mặc dù thuốcdùng để xử lí cây mai dương là những loại thuốc có tính chọn lọc cao, nhưng nếu sửdụng liên tục có thể làm suy giảm hệ động thực vật, ảnh hưởng đến sự đa dạng sinh học,lượng thuốc tồn du có thé gây ảnh hưởng đến con người và môi trường xung quanh

Năm 2001, tại Malaysia, Anwar dé nghi bién phap kiểm soát mai dương là chặtcây kết hợp với sử dụng thuốc điệt cỏ được lặp lại mỗi 6 tháng một lần để ngăn chặn sựtái sinh Tuy nhiên, với biện pháp sử dụng thuốc diệt cỏ sẽ không phải là biện pháp antoàn sinh học và ảnh hưởng xấu đến môi trường

Thuốc diệt cỏ giúp kiểm soát mai dương, tuy nhiên ở liều lượng tiêu chuẩn nó cũng

giết chết các quân xã thực vật dưới tán mai dương Đặc biệt, loại thuốc diệt cỏ sử dụng

trong nghiên cứu chỉ điệt được những cây non Khi kết hợp hai loại thuốc diệt cỏ vớiliều lượng cao vẫn không đủ đề kiểm soát hoàn toàn sự phát triển của cây mai dương,

cây có thể tái sinh sau khoảng thời gian 4 tháng Sử dụng thuốc trừ cỏ hóa học cho mai

dương từ 3 đến 4 năm tuổi và kết quả cho thấy rằng khi kết hợp thuốc trừ cỏ cho hiệuqua kiểm soát 100% cây chết và kéo dai đến 120 ngày (Nguyễn Chí Cương và ctv, 2015).Tuy có hiệu quả tức thời nhưng cũng ảnh hưởng rất nhiều đến các loài xung quanh, chưa

kể khả năng tích luy dư lượng thuốc trong đất gây chai đất hoặc gây độc loài sống tronglòng đất, ô nhiễm nguồn nước ngầm

2.2.3.3 Biện pháp sinh học

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu để tìm ra một số loài thiên địch cókha năng ứng dụng dé diệt trừ cây mai đương Điển hình như Úc đã nghiên cứu va nhânthả được 14 loài có khả năng ứng dụng dé diệt trừ cây mai dương, nhưng chỉ có hai loài

có khả năng hạn chế tốt loài cây thực vật xâm hai nay là sâu đục thân Carmenta mimosa

(Ngô Gia Bảo, 2011) Trong nghiên cứu của Lê Quang Vũ và Trần Văn Giang (2015),Carmenta mimosa ở giai đoạn sâu non gây hại cây mai dương, chúng làm cành cây maidương héo và chết Ngoài ra, năm 1990 Kassulke và cộng sự cũng đã phát hiện ra hailoai mọt đục quả mai dương là Acanthoscelids puniceus và Aquadridentatus Bên cạnhcác loại côn trùng thì nắm gây hại cho cây trinh nữ cũng được quan tâm nghiên cứu vaứng dung ở nhiều nơi như Uc, Thai Lan Nam Phloeospora mimosae pigrae đã được

10

ứng dụng thành công dé phòng trừ cây mai đương Loài nam này cho thấy tính đặc hiệucao có thể phát triển nhanh và diệt trừ cây mai dương, nhưng hạn chế lớn nhất của nó là

chỉ có khả năng hạn chế phát triển của các cây non dưới 80 cm và không có khả năng

triệt dé Biện pháp sinh học với nhiều tiềm năng hạn chế nhược điểm của các biện phápthủ công và hóa học, đảm bảo tính bền vững sinh thái và sự đa dạng sinh học Phươngpháp này ít gây hại môi trường, nhưng tốn nhiều thời gian (Rijal và Cochard, 2016)

Việc tận dụng sinh khối từ cây mai đương dé tạo ra những sản phẩm hữu ích cóthé là giải pháp hiệu quả dé giải quyết bài toán môi trường Nhiều nghiên cứu đã tiếnhành chế tao than sinh học mai dương dé vừa xử lý chất ô nhiễm trong môi trường vừahạn chế sinh khối mai dương thải ra môi trường sau mỗi lần chặt bỏ

2.3 Than sinh học

2.3.1 Đặc điểm của than sinh học

Than sinh học là một chất hap phụ được hình thành thông qua quá trình nhiệt phân

của vật liệu hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy (Ponnusamy và ctv, 2020) Than sinh học

có thé tạo ra từ nhiều phế phụ phẩm trong nông nghiệp khác nhau như rom ra, vỏ trau,

vỏ hạt, bã mía Than sinh học có màu đen, hat min, rất xốp và nhẹ Hàm lượng các chấtdinh dưỡng trong than thấp, nhưng than có hàm lượng carbon rất cao Mỗi mẫu thansinh học sẽ được đánh giá về tính chất vật lý, tính chất hóa học bao gồm: Diện tích bề

mặt, độ pH, thành phần nguyên tố, độ tro, khả năng giữ nước, khối lượng Than sinh

học có mật độ hạt 0,54 mg/mỶ, có kha năng giữ nước cao, pH trung tính Vì vậy, than

sinh học có tiềm năng đáng ké dé hap thụ các chat 6 nhiễm hữu cơ và vô co trong nước

bị ô nhiễm do điện tích bề mặt bên trong cao và độ xốp của nó (Chaukura và ctv, 2017).2.3.2 Quá trình nhiệt phan tạo thành than sinh học

Nhiệt phân là quá trình phân hủy nhiệt nguyên liệu để đưa nguyên liệu ban đầu vềdạng cacbon, đồng thời làm bay hơi một số chất hữu cơ nhẹ và tạo mao quản ban đầu

Nguyên tắc của quá trình sản xuất than nguyên liệu thực vật là dùng nhiệt phân hủy

nguyên liệu trong điều kiện không có không khí Dưới tác dụng của nhiệt từ nhiệt độthường tới 170°C, vật liệu bị khô đều Từ 170 - 180°C, vật liệu phân hủy theo những quatrình thu nhiệt, ở đây các hợp phần của nguyên liệu bị biến tính, giải phóng ocid cacbon,

khí cacbonic, acid acetic Tiếp theo từ 280 - 380°C xảy ra sự phân hủy phát nhiệt giải

phóng methanol Quá trình cacbon hóa xem như kết thúc ở khoảng 400 - 600°C

11

2.3.3 Ứng dụng của than sinh học trong xử lý môi trường

Than sinh học không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng

cả khả năng giữ dinh dưỡng và nước trong dat do các yếu tố này được hap thụ vao trongcác khe hở của than sinh học Ngoài việc cung cấp các chất dinh đưỡng cần thiết, trongthan sinh học có các acid humic chứa các hoocmon có khả năng tăng trưởng cây trồng.Than sinh học được cho là có khả năng hấp thu các amoni từ dung dịch đất Sự có địnhđạm lên bề mặt than sinh học giúp làm giảm lượng đạm bị mất do thấm xuống đất Thansinh học có khả năng cố định carbon, do đó nó cản trở hoặc ngăn chặn hoàn toàn sự pháttán của carbon trở lại bầu khí quyền dưới dạng khí CO2 Than sinh học giữ đất và cácchất dinh dưỡng, giảm sử dụng hóa chất nông nghiệp giúp cải thiện chất lượng nước

Than thường có điện tích bề mặt riêng và phần lỗ rỗng cao, chứa các nhóm chứcoxy và các hợp chất thơm trên bề mặt của nó Những cái này đặc tính của than sinh học

đã được sử dung dé hấp phụ các loại chất 6 nhiễm Đặc tính hap phụ phụ thuộc vàonguồn nguyên liệu sử dụng dé sản xuất than Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng cácđặc tính hấp phụ của than sinh học bị ảnh hưởng bởi số lượng các điện tích âm mà nóchứa Khả năng hấp phụ của than sinh học cũng phụ thuộc vào các điều kiện quy trình

mà than sinh học được sản xuất Ảnh hưởng của nhiệt độ nhiệt phân đến đặc tính hấpphụ của than sinh học đã được công bồ bởi một số nhà nghiên cứu Sự gia tăng nhiệt độnhiệt phân dẫn đến sự gia tăng diện tích bề mặt cụ thé, độ xốp và hàm lượng carbon.Khả năng hấp phụ benzen và nitrobenzen của than tăng lên khi nhiệt độ nhiệt phân tăng

Dựa vào một số nghiên cứu về sự ô nhiễm nước thải dệt nhuộm, methylene blue,mai dương (Mimosa Pigra L.) và mỗi liên hệ giữa chúng Methylene blue và mai đương

là những mối nguy tiềm ẩn, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khỏe con người.Tuy nhiên, ở Việt Nam có rất ít nghiên cứu chứng minh hiệu quả hấp phụ màu xanhtrong môi trường nước thải của than sinh học mai dương Đây là một vấn đề cấp báchliên quan đến sức khỏe, hệ sinh thái, cảnh quan môi trường và đa dạng sinh học Chính

vì thé trong nghiên cứu này, mai dương được lựa chọn làm vật liệu hấp phụ bằng phươngpháp nhiệt phân trong phòng thí nghiệm để xử lý màu của nước thải với mục đích tiết

kiệm chi phi, tận dụng được nguồn sinh khối mai dương, hứa hẹn là một vật liệu mới

day tiềm năng trong tương lai Chính vì vay, đó là một hướng nổi bật của nghiên cứu

12

CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Các thí nghiệm trong bài báo cáo được thực hiện trong khoảng thời gian 4 tháng

(01/03/2023 — 30/06/2023) tại phòng Thử nghiệm Môi trường, Viện Nghiên cứu Công

nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh.3.2 Vật liệu nghiên cứu

Sinh khối mai dương (Mimosa Pigra L.) được thu gom ở khu vực phường ĐôngHòa, TP Dĩ An, tinh Bình Dương (10°52’35” Bắc; 1069476” Đông) Đối với mẫu maidương dùng dé định danh bằng phương pháp quan sát hình thái sé lựa chọn những câyđang ở thời điểm ra hoa

Mẫu nước thải được lấy tại suối Cái, phường Linh Trung, TP Thủ Đức, TP HồChí Minh Lay mẫu dựa vào TCVN 6663 — 6: 2018 Lay 3 điểm, mỗi điểm 5 lit sau đó

trộn lại với nhau tạo thành một mẫu đồng nhất mang tính đại diện

3.3 Phuong pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp định danh mai dương

Bước đầu cần định danh cây mai dương bằng phương pháp quan sát hình thái Đốivới phương pháp này, cần phân biệt và phân loại chính xác những điểm giống và khácnhau giữa các loại dựa vào ít nhất ba kỹ năng là nhận dạng, mô tả và phân loại Nhậndạng bao gồm các đặc điểm thị giác như hình dạng, kích thước, đặc điểm cảm quan.Ngoài ra, việc mô tả những đặc điểm phức tạp và chi tiết cần phải có sự quan sát tỉ mi

Mô tả hình thái thực vật dựa vào phương pháp của Nguyễn Nghĩa Thìn (2006), các

bộ phận than, lá, hoa, quả cần mô tả cụ thé Chiều dài mỗi lóng tính từ mat long này đếnkhi vừa chạm đến mắt lóng tiếp theo, số gai trên một lóng, đường kính thân dùng thướckẹp do ở giữa của long gốc, hình dạng thân Đặc điểm của lá, số lá chét trên một lá kép,

kích thước lá, màu sắc Hình dạng, màu sắc và kích thước của hoa, quả.

13

3.3.2 Phân tích cấu trúc, thành phần của than sinh học mai dương

3.3.2.1 Lay mẫu mai dương

Hình 3.1 Mai dương fal vị tí lấy mẫu.

Mẫu được lay ở khu vực bãi đất ngập nước phường Đông Hòa, thành phô Di An,tinh Bình Dương (10952?35” Bắc; 106°47’6” Đông) Day là khu vực đất âm ướt, điềukiện thuận lợi để cây mai dương sinh trưởng và phát triển Những cây được chọn cóđường kính từ 3 - 5 cm, mẫu mang tính đại diện cho khu vực Mai dương sẽ được xử lýbằng cách loại bỏ phần lá, vỏ và thân non Sinh khối mai đương được chặt nhỏ, phơingoài môi trường 2 — 3 ngày, sau đó sấy khô trong tủ say Memmert (ULM 500, Đức) ở

nhiệt độ 105°C trong vòng 24 giờ.

3.3.2.2 Phương pháp nhiệt phân tạo than sinh học trong phòng thí nghiệm

Mẫu được băm nhỏ và gói kín trong giấy bạc dé tạo môi trường yếm khí, sau đónung bằng lò Carbolite (ELF Economy Chamber Furnace, Mỹ) ở nhiệt độ 350°C trong

3 giờ (Nguyễn Thị Thanh Huyền và ctv, 2020) Mức nhiệt 350°C được lựa chọn dé chếtạo than sinh học vì đây là giá trị nhiệt đảm bảo sản suất than sinh học có hiệu quả hấpphụ cao Than được nghiền nhỏ và ray bang sang ray Retsch 600 Mic (Đức) Mẫu vậtliệu trước nhiệt phân và mẫu than sinh học được cân bằng cân điện tử Sartorius để tínhhiệu suất thu hồi than

Hiệu xuất thu hồi than: %H = = * 100 (%)

0

Trong đó: mo: Khối lượng mai dương ban đầu trước khi nung (g)

my: Khối lượng than sinh học sau nung (g)

14

3.3.2.3 Phương pháp chụp ảnh cấu trúc SEM, phố hồng ngoại FTIR

Đặc điểm bề mặt hình thái học của vật liệu được xác định qua ảnh cau trúc SEM

bằng kính hiển vi điện tử quét Thermo Scientific (Prisma E, USA) được gửi phan tích ở

trường Đại học Tài Nguyên Môi Trường TP.HCM Các nhóm chức bề mặt của than sinhhọc được phát hiện bằng máy quang phổ FTIR, được gửi mẫu phân tích tại trường Daihọc Bách Khoa TP.HCM.

Scanning Electron Microscope (SEM) là một phương pháp phân tích các vật liệuhữu cơ và vô cơ trên thang đo nanomet đến micromet SEM hoạt động ở độ phóng đạicao dé tạo ra hình ảnh rất chính xác trên nhiều loại vật liệu Các chi tiết và độ phức tạpkhông thé tiếp cận được bằng kính hiển vi ánh sáng nhưng có thé được quan sát bằngSEM Các tín hiệu sau đó được hiền thị trên màn hình quan sát và người vận hành sẽkiểm soát độ sáng và cường độ cho đến khi thu được hình ảnh rõ ràng hợp lý Sử dụngSEM dé có thể nghiên cứu đặc điểm cấu trúc bề mặt của mẫu than sinh học mai dương.Qua hình ảnh thu được có thể đánh giá một cách chính xác và khoa học

Phố hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) là một trong những kỹ thuật phân tíchquan trọng đối với các nhà nghiên cứu FTIR khá phổ biến, phân tích nhanh, độ chínhxác cao và tương đối nhạy (Jaggi và Vij, 2006) Trong quy trình phân tích FTIR, cácmẫu được tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại, sau đó có tác động đến các dao động nguyên

tử của một phân tử trong mẫu, dẫn đến sự hấp thụ hoặc truyền năng lượng Điều nàylàm cho FTIR trở nên hữu ich để xác định các phân tử cụ thé có trong mẫu

Kết quả FTIR được đọc bằng cách xác định số lượng các dải hấp thụ trong toản

phổ IR Nếu mẫu có phổ đơn giản (có ít hơn 5 dai hap thụ) các hợp chất được phân tích

là hợp chất hữu cơ đơn giản, khối lượng phân tử nhỏ hoặc hợp chất vô cơ, nhưng nếuphô FTIR có nhiều hơn 5 dai hấp thụ mẫu có thé là một phân tử phức tạp Sau đó xácđịnh dai hap phụ dé xác định nhóm chất tương ứng Một số dai phổ thường xuất hiệntrong than sinh học mai dương được trình bày ở Bảng 3.1.

15

Bảng 3.1 Một số dải tần số thường xuất hiện trong than sinh học

2000 - 1300 compound

1690-1640 medium C=N stretching Imine / oxime 1662-1626 medium C=C stretching Alkene

Conjugated alkene 1670-1600 1650-1566 medium C=C stretching

Cyclic alkene 1650-1580 medium N-H bending Amine

1000 - 650 690 - 515 strong C-Br stretching Halo compound

Nguôn: Merck.

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng xử ly màu của than sinh học khi thay doi các yếu tốảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

3.3.3.1 Xây dựng đường chuẩn methylene blue

Xây dựng đường chuẩn của dung dịch methylene blue ở các nồng độ khác nhau

5, 10, 15, 20, 25 mg/I Tiến hành do mau bang máy UV - Vis (T80+, Anh) ở bước sóng

À = 660 nm (Nguyễn Phi Hồ và Huynh Phương Thao, 2020), dựa vào đường chuẩn déxác định nồng độ methylene blue sau hấp phụ

3.3.3.2 Mô tả thí nghiệm

Quá trình hấp phụ methylene blue được khảo sát bang cách bằng cách thay đổitừng biến đề xác định điều kiện tối ưu cho quá trình Thí nghiệm được thực hiện để đánhgiá ảnh hưởng của các yếu tố gồm: nồng độ methylene blue, khối lượng than sinh học

và thời gian hấp phụ Các khảo sát được bồ trí ở điều kiện môi trường phòng thí nghiệmvới vật liệu than sinh học điều chế ở nhiệt độ 350°C Thí nghiệm được bố trí với nguyêntắc 3 lần lặp lại đề tăng độ tin cậy

Khao sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch đến khả năng hấp phụ methylene bluecủa than sinh học mai dương (Mimosa Pigra L.) trong môi trường nước Than sinh họcmai đương có khối lượng 0,75 g được cho vào 30 bình erlen 50 ml Thêm 30 ml dung

16

dịch MB có các mức nồng độ lần lượt là 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 mg/l vàobình erlen chứa than sinh học.

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng than sinh học mai dương đến khả năng hấpphụ methylene blue trong môi trường nước Than sinh học với khối lượng 0,2 - 1 g đượccho vao bình erlen có thể tích 50 ml, tiếp tục cho vao 30 ml dung dich methylene blue

có nồng độ 20 mg/l (kết qua của thí nghiệm khảo sát nồng độ)

Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ methylene blue của thansinh học mai dương trong môi trường nước Cân 0,6 g than sinh học (kết quả từ thínghiệm khảo sát khối lượng) và 30 ml dung dịch methylene blue có nồng độ 20 mg/1 roicho vào bình erlen 50 ml Hỗn hợp được lac trên máy lắc với tốc độ 200 vòng/ phút trêncác mức thời gian khác nhau lần lượt là 10, 20, 30, 40, 50, 60, 75 và 90 phút

Các thí nghiệm xử lý 30 ml dung dịch methylene blue được xúc tác bởi máy lắc

Stuart Scientific (Orbital Incubator SI50, Anh) với tốc độ 200 vòng/phút Sau đó, dung

dich được lọc và li tâm bằng máy li tâm Hettich (Zentrifugen Universal 32, Mỹ) với tốc

độ 3000 vòng/phút trong 5 phút dé loại bỏ hoàn toàn than sinh học Nong độ dung dịch

sau hấp phụ được đo bằng phương pháp đo UV - Vis tại bước sóng 660 nm Ngoại trừ

thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ, các thí nghiệm còn lại kéo dai trong 60 phút ởđiều kiện nhiệt độ phòng (26 + 2°C, 1 atm) Cố định giá trị pH bằng 8 tạo điều kiệnthuận lợi cho sự hấp phụ cation MB", sử dụng dung dich HCI 0,1 M và dung dịch NaOH0,1 M để điều chỉnh pH (Nguyễn Xuân Cường, 2021) Từ thí nghiệm ta sẽ tính toánđược dung lượng hấp phụ và hiệu xuất hấp phụ theo công thức (Kastner và ctv, 2015;Pei và ctv, 2018).

m là khối lượng vat liệu hap phụ (g)

Co là nồng độ dung dich ban đầu (mg/l)

C¡ là nồng độ dung dich sau hấp phụ (mg/1)

q là dung lượng hap phụ tại thời điểm cân bang (mg/g)

17