Khoá luận tốt nghiệp Hóa học: Khảo sát khả năng hấp thụ ION Cu(II) và Pb(II) bằng than sinh học có nguồn gốc từ đũa tre và biến tính với PHOSPHATE

cho nên đây là một chất trao đổi ion tốt, ngoài ra các nhóm hydroxyl ở điều kiện thích hợp sẽ chuyên hoá thành nhóm -OH dé tạo liên kết phức với ion CuII hay PbIl làm tăng kha năng hấp p

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

DAIHOC emBSP

TP HO CHi MINH

TU DUA TRE VA BIEN TINH VOI PHOSPHATE

Giảng viên hướng dân: TS Nguyễn Kim Diễm Mai

Sinh viên thực hiện: Phan Chí Bảo

Mã số sinh viên: 46.01.201.013

TP.HCM, tháng 05 năm 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

KHAO SÁT KHẢ NĂNG HAP PHU ION Cu(II) VÀ Pb(ID BANG THAN SINH HOC CO NGUÒN GÓC

TU DUA TRE VA BIEN TINH VOI PHOSPHATE

Giảng viên hướng dân: TS Nguyễn Kim Diễm Mai

Sinh viên thực hiện: Phan Chí Bao

Mã số sinh viên: 46.01.201.013

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn

(Kí và ghi rõ họ tên)

TP HCM, tháng 05 năm 2024

LỜI CAM ĐOAN

Trong khóa luận này, tôi cam kết đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng

dan của TS Nguyễn Kim Diễm Mai và tôi đã thực hiện dé tài của mình với tinh thần trách

nhiệm cao nhất, đảm bảo sự chính xác và đầy đủ về các thông tin được trình bày trong khóaluận Tôi đã tập trung nghiên cứu và phân tích kỹ càng dé đưa ra những kết luận mang tính

xây dựng.

Bên cạnh đó, tôi cũng cam kết tuân thủ các quy định và hướng dẫn của trường đại

học và khoa vẻ việc viết khóa luận, dam báo tính chính xác logic và thuyết phục của bài viết.Tôi dành thời gian và công sức dé hoàn thiện khóa luận của mình Với tinh thần trách nhiệm

và nỗ lực hết mình, tôi hy vọng khóa luận của minh sẽ đạt được những kết quả tốt nhất và có

ý nghĩa góp phan mang tinh xây dựng cộng đồng khoa học và xã hội

Người cam đoan

PHAN CHÍ BẢO

LỜI CẢM ƠN

Trong khóa luận của tôi, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thay cô giáo,

giảng viên va cán bộ của trưởng Đại học Sư phạm TP.HCM đã danh thời gian vả công sức

hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và viết khóa luận Những kiến thứcquý báu va những kinh nghiệm quý giá mà các thay cô đã chia sẻ giúp tôi hoàn thiện được

khóa luận của mình.

Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Kim Diễm Mai đã tận tìnhhướng dẫn va giúp đỡ trong suốt quá trình làm khoá luận Tôi cũng muốn cảm ơn các thay

cô trong tô bộ môn Hoá Công nghệ - Môi trường đã chia sẻ những góp ý, kinh nghiệm và

kiến thức quý giá đẻ tôi hoàn thành khoá luận một cách chính xác và hoàn chỉnh

Xin chân thành cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Anh Tiến đã tạo điều kiện tốt nhất đẻ tôi

có thé sử đụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm Hoá V6 cơ như tủ sấy, tủ nung va dụng

cụ thí nghiệm Tôi cũng muốn cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Thị Ánh Tuyết và TS NguyễnVăn My đã tạo điều kiện tốt nhất đề tôi có thé sử dung phòng thí nghiệm và thiết bị do AAS

Tất cả những sự giúp đỡ và hỗ trợ này đã góp phần quan trọng vào việc hoàn thành khoá

luận của tôi.

Những lời động viên từ gia đình và bạn bè góp phan truyền động lực cho tôi hoàn

thành khóa luận một cách tốt nhất Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2024

Sinh Viên

PHAN CHÍ BẢO

ii

XÁC NHAN CHINH SỬA SAU BẢO VỆ

XÁC NHAN CUA GVHD XAC NHAN CUA CHU TICH HOI DONG

(Ki va ghi ro ho tén) (Kí và ghi rõ ho tên)

ili

MỤC LỤC

BGT CAM BOAN bu ggỹggaggỹ-ỹ.-dgotioiootoiiioiioig8t00303880096080003800100000880 ai i

LỐI CẢ MION scccessscesscsczssscosssicssssccsssicoasscessstccssscusssssssssctssescussstosssicusssccossscussstessstavsssscsssssusisecsl ii

DANH MỤC CHỮ VIET TAT VA KĨ BIIQU sessssssesssassosassssssssssusosassosassonssesssusoscssonassssasssssed iv

DANH MỤC BẰNG Gaaggingotaintoikiionndiiitoitiitoit000110001103111031011001012006063964302303303665635868368883 viii

CGHƯƠNG: ONG QUAN Gaeceeeeoaaaoeieoiiodooiaoioitooiortiootoiiidoidoide 1

SQ PBOCHONĐP TÀI ra ÝỶỹereirarroerirorareoorrooorrocesrs 1

1,2: MUG DICH NGHIEN GU issssiscsssisssucssaassvasceasiassnsssnassveasseasiessusssnassunaiirasiessncssusiasiaanis 21.3 DOI TƯỢNG VA PHAM VI NGHIÊN CUU ccscssscssssssscssssssscssssssscssssssssssssusecessssseeess 3

USE PUSAN 0 EGA CU a sais sacisea cisnasansarsiansiasanssancisonsinaassisnasisasiennssseasieaarinearsisaainaesieansnies 3

I.4.EHƯƠNG PLA NGHIÊN CỨU essssssscsssssssssssssnsssanssscassanassanssseassanasssassssasssnsassssssusasansass 3

5 NIIPDHNGNEHINGOD =ẽễẽs.ẽễsẽsẽs=ẽeẽ=ẽ=ễ=ễ=ăẽẽễẽễẽ=ễ- e.- 3

1:6 NOT THU GC IBN NG BRIE UG sss sscssscscsccescsssccssccstccsscssscesscassccsscasscessssscsssssaasserasssios 4

CHƯỜNG?, TONG QUAN ssssesssssccsssscssscssasaccssisssscssasaccsascsascaearesassscesacsencennacantsmnaanens 5

2.1 TONG QUAN Ô NHIEM COPPER TRONG MOI TRUONG NƯỚC §

2:11), Đặc tinh cla kim logit cOpper ssisssssisssiissssssssssssssssssisssssseassiessssscsisossvasasiaasssseassvassaveess 5

2.1.2 Nguồn gốc 6 nhiễm của copper trong môi trường nước ¿c5 c:sce: 5

2.1.3 Độc tính của COBDEF:: ::::-:::-cc:sco<ccccsccocccposcoiceioosoioosioorosiioeogiiasgopSS005240056586536658538852 5

2.2 TONG QUAN Ô NHIEM LEAD TRONG MOI TRƯỜNG NƯỚC 6

22.) aac tints cua Kermilo al Wea isc icc sec scctscsssscescscscescsisscesseeasescsesscessesasesasesscessceasesaccascesce 6

2.2.2 Nguồn gốc 6 nhiễm của lead trong môi trường NUGC cecsecssecceesseeeseesssecsseeseeenees 6

2.2.3 Độc tính của Ï€ad ác 1 1 1111 HH TT ng 7

2.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIÊM COPPER VÀ LEAD s2-ss<5ossseoesseoossseoss 7

2.3.1 Hiện trạng ô nhiễm copper va lead trên thé giới ¿- 55c ccscccscccsrcvsrrrseee 7

2.3.2 Hiện trang 6 nhiễm copper và lead trên tại Việt Nam -s-ccccccccscccee- 9

2.4) THAN SINH HOG ssccssccssnnccssnccncsncsimiinsnnanionmmmmncmmmenmuaucmine 10

24.1): Định nghĩa than: sinh hoe siissisiscssississscssassassccssssosassassasaavassasassassecssaoasassasstsaavascavasoase 10 2:4.2 2/4Gi110:00ã:lian1SHIRIDOĐtsssissiistiiosiiisitti63110011100251123511251145531035514555168855835355885388538 1]

2.4.3 Một số phương pháp biến tính - s2 se ©steCSe£EEEEEEEeEEEEeEEEErEEserrxerrrsecre 14

2.4.4, Một số cơ chế hap phy kim loại nặng của than sinh NOC cccscesseeceesseessesseeseensee 16

2.5 TINH HÌNH NGHIÊN CUU TRONG VA NGOÀI NƯỚC «- 17

eds ls NaS COW MONG GG aanaaaaaranaoanoaroaniỷaiagiiitintiiitttiigitiositi3118113863756530185ã8 17 2.5.2 Nghiên cứu ngoài NUGC cccccssscscsssssssscsssessssscsssssssssssssssssessssasssseesssssssseassssesssasses 20 CHỊ NG THỊ HNGHEN ẽẽẽễẽẽẽễẽẽeêeẽêễeẽ.ẽẽễẽ.eẽẽ ễ- 243.1 HOA CHAT, DỤNG CỤ, THIET BỊ ĐO ess«c 52Sssseeeerrrseeseerrrrsree 24

SuÌÌ,(EnliGhSE:ouecanocaituitti1420000205103341126016003003001023000330018483338430858882383382383833008338/2301883380331 24

S25 DU OW ggi:137051100531055110351308363535536839308563585803859398830853503551398339053E03551353515253595551355513055852 24

0 Ee | ee 258⁄2UEHUƯƠNGIEHIPENGHIENIGUEanraannaranaaeenrerrnoottitdidteeeee 25

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận sáng Hư 25

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn -¿©-+522c+xccxerzzcrkrzrrrrsrrrrrrrrrserree 26

3.2.3 Quang phô hap thụ nguyên tử (AAS) - 0c cu 2t 0212211 tre 26

3.2.4 Phương pháp phô tán sắc năng lượng tia X EDX (Energy-dispersive X-ray

SDEDITOSEGODW ]Siasatrsaiirestitrainiisiitisiti550007110013111531011316105103513105153851058315386905835958536885687857588588857 27

3.2.5 Phương pháp kính hién vi điện tử quét tán xạ trường FESEM - 28

3.2.6 Phương pháp đăng nhiệt hap phụ - giải hap phụ N: -cc ccccccccsz 283.2.7 Phương pháp xác định phô hồng ngoại FT-IR 5s 55sec5sscccssez 30

3.2.7 Bố trí thí nghiệm khảo sát diém điện tích không (point of zero charge) - 29

3:3; QU TRÌNH NGHIÊN QU Gan ngagaaaioandoioiobioiitiiGiitoiiiii100014003103188388086 31

Bi) Doin Ghệitlìnn:giflì(B0G:sscnsniooiiionitiitoiiiobititii010040000318855000130088300053018035008306 313.3.2 Điều chế than sinh học biến tính với phosphate - s2 sscseccsccrzzcrsee- 313.3.4 Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng ion Cu(II) và Pb(1]) 323.3.5 Khảo sát đơn biến các yếu tố ảnh hưởng -2-©czz©vzz©vzzcevzerrczcerr 35

30116, XâÍÍ Số HỆ ee 38

CHUGNG 4á KẾT QUA VÀ THẢO LUẬN :ceccceeeeeeeeeeeeieceeoooceeeoreoocrocooecoooosooe 40

ii

4.1 ĐẶC TRƯNG CUA BC-PHOSPHATE sssssssssassssassssnssssnsssonssssassonssssnssssssssossesossessssessses 40

4.4.1 Thanh phan nguyên tổ pha rắn của BC-Phosphate - :c5cccccccscccse- 40

4.4.2 Cau trúc bề mặt của BC-Phosphate 2-©22©sz+E+zz+ExzeExxe+rkecrrkerrvree 4]

4.4.3 Phô hồng ngoại của BC-Phosphate c:cccssccesssesssecssessessseesssesssessveessessenssvessvecsees 44

đi BiểmrđifaiiiehikhônpBHbsiseeiaaisioenieionoiiiioiintiiitiiotiit200030110101003601223100220183818E 45

4.2 KHẢO SÁT QUÁ TRINH HAP PHU ION Cu(II) và Pb(I) BANG BC-Phosphate47

4.2.1 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hap phụ ion Cu(II) và Pb(II) 47

4.2.2 Anh hưởng của thời gian hap phụ đến quá trình hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II) 494.2.3 Mô hình về động học của quá trình hap phụ - 2-55cc55scccsccvvsccrrecrres 514.2.4 Ảnh hưởng của nông độ ion Cu(II) va Pb(II) ban đầu đến quá trình hap phụ 55

4.2.5 Mô hình hap phụ đăng nhiệt s5 25 22 t2 2v vEcxgrreskrrrxrrrrerkrcsrrrrrrer 57

4.2.6 Anh hưởng của khối lượng BC-Phosphate đến qua trình hap phụ ion Cu(II) và

ÍPb(ÏÏ) 26 2 St St ES1EE2E1E271122711211111111 1111211112111 1112111111 111 7111111171112111.11e 2111112 61

4.3.1 Sorsdnl VOU BEDI jo cccsssscasssssssecssissasseasassccssssaassassassnasecsstssossessasscassssaassassessnaseanaess 63 43:2 Sosdahh với các Hg hiln CO WORE đUHE soosasasaaaanoaỷaaaaaiiayiiynaainnanaana 63

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NG BDI sssscscsssscscsssscscsscssssscsasscassssasscnsctensssassscsssssassenas 66

Bi RET LUẬN tai ntontiiistiiinnioitoiiott612110230010010230146210031536630631236633350538536866339580858858888538346858333 66

52 doe et | ee 67

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHAO .cssccsssccossscosssccssscconscccsnscsonsesssssssesssscsssscesseccesnecess 68

DANH MỤC CHỮ VIET TAT VA Ki HIEU

Từ viết tat Ý nghĩa

BC Than sinh học

BC-ĐT Than sinh học có nguồn gốc từ đũa tre

BC-Phosphate Than sinh học có nguồn gốc từ đũa tre biến tính ion phosphate

AAS Atomic Absorption Spectrometry (quang phổ hap thụ nguyên tử)

DI Nước deion

PHpzc pH of zero point charge (pH tại điểm đăng điện)

pze Point of zero charge (điểm điện tích không)

HAP Hydroxyapatite

FESEM Field Emission Scanning Electron Microscope

FT-IR Hồng ngoại biến đôi Fourier

EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy

BET Brunauer-Emmett-Teller

BJH Barrett — Joyner — Halenda

iv

DANH MỤC HÌNH ANH

Hinh Š:Í./Sø đã điều chế BCZĐÌTcnceaacurenoenneonnieniniottaeiginuiditieigt2008601014031066103661816361883380 31

Hình 3.2 Sơ đồ điều chế than biến tính BC-Phosphate c:sssessssecsssecsseesssessssesssesssessssesssseen 32

Hình 3.3 Điều chế than BC-Phosphate 2-2-2222 2S+zZ2Yx£CEEEZCEeecEEevcEerrrxerrrserree 32

Hình 3.4 Đường chuẩn xác định ion Cu (IÏ) - ¿5c 6t 23 E121 2321111110231 11x 33

Hình 3.5 Đường chuẩn xác định ion Pb((II) -s- s- s+ x*+xt£ExeEExcEkerxeerxerkerreerserrkrred 34

Hình 3.6 Quy trình khảo sát đơn biến các yếu tổ ảnh hướng đến quá trình hap phụ ion Cu(H)

GHRIEGEERDRDNHBÍB: saiissiiiniai212210112201221/01210241020321122313123611132123511522301555058ã511831E02381355580553383558183535855i 35

Hình 3.7 Quy trình khảo sát đơn biến các yêu tô ảnh hưởng đến quá trình hap phụ ion PUD

CũHIBGSENGSDHHÍE: unnneniinienniiiiiinioiiiiiiiiiiiiiiti0i113111231145510163ã5955151654808653538586565685381665ã888550 37

Hình 4.1 Giản đồ phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) theo nguyên tử (At, %) và khối lượng

(Wt%) của BC-Phospbate trước bẾp phinlsisssssssasissssisosssseassssassssosiseessssasssssssssssisonssssssssnonisensae 4]

Hình 4.2 Giản đồ phô tán xa năng lượng tia X (EDX) theo nguyên tir (At, %) và khối lượng

(Wt, %) của BC-Phosphate sau hap phụ ion Pb(H) - 5-6 5552 Svczscrxecrxrrsrrrscrvee 4]

Hình 4.3 Gian đồ phô tan xa năng lượng tia X (EDX) theo nguyên tử (At, %) và khối lượng

(Wt, %) của BC-Phosphate sau hấp phụ ion Cu(Ï) 22-522 522 2Sxc2Sztzzzcrvzcrrsccvsres 4]

Placa la, ,ltniiSEMIIobal(BESĐTTuansrnsnnsininnttisittlntinnniiiigittttiiitiittaiitlsingtigitnartiaisiapnni 42

Hình 4.5 Anh SEM của BC-Phosphate 0:sscscsesssecssessoessvecssecssessseesuessvecssecsvessutssueeneeessess 42

Hình 4.6 Đường đăng nhiệt hap phụ và giải hap phy c cccsscesssessseesssecsssecssecssseccssecsssecsees 43

Hình 4.7 Phổ FT-IR của vật liệu BC-Phosphate trước hap phụ - 2 cz=s+- 44

Hình 4.8 Phố FT-IR của vat liệu BC-Phosphate sau khi hap phụ ion Cu(1]) 44

Hình 4.9 Pho FT-IR của vật liệu BC-Phosphate sau khi hap phụ ion Pb(I]) 45

Hình 4.10, Đồ thị biểu điễn sự phy của ApHi theo pH dung dịch của BC-Phosphate 46

Hình 4.11 Đồ thị biểu dién dung lượng hap phu va hiéu suat hap phụ ion Cu(II) của

BC-Phosphate theo pH của dung dịCÌh Ăn HH TH Hàn HH nọ non ng 47

Hình 4.12 Đồ thị biêu diễn dung lượng hấp phụ va hiệu suất hap phụ ion Pb(H) của

BC-Phosphate theo: pH của dụng đ[Cocoeiooaooaoaoaoooiooooooiooittogtodiiiiiiiisitas3i16540588.853ã0 48

Hình 4.13 Đồ thị biểu dién dung lượng hap phụ ion Cu(H) của BC-Phosphate theo thời gian50

Hình 4.14 Đô thị biêu dién dung lượng hap phụ ion Pb(II) của BC-Phosphate theo thời gian50

Hình 4.15 Đồ thị biểu điền mô hình động học bậc 1 của BC-Phosphate đối với hap phụ ion

Hình 4.16 D6 thị biểu điển mô hình động học bậc 2 của BC-Phosphate đối với hap phụ ion

Hình 4.17 Đồ thị biểu diễn mô hình động học bậc | của BC-Phosphate đối với hấp phụ lon

DI Si tt6g2i29220221510540010011020211094010614036100251018531068)108334698302339198649369239863588491869599828539382631893160835129859486 55

Hình 4.18 D6 thị biểu diễn mô hình động học bậc 2 của BC-Phosphate đối với hap phụ ion

| 56

Hình 4.19 Đồ thi biêu diễn dung lượng hap phụ và hiệu suất hap phụ ion Cu(II) của

BC-Phosphate theo nồng độ đầu .sc- c c t c E v2 112110711111 111 11 111111111011111 1123 111e11xek 55

Hình 4.20 D6 thị biểu diễn dung lượng hap phụ va hiệu suất hấp phụ ion Pb(II) của

BC-Phosphate theo nOng G6 8 56

Hình 4.21 Đồ thị biêu dién mô hình đăng nhiệt Langmuir của BC-Phosphate đối với hap

Phụ ion CU) :osesseossiosaosioioaanioaniriitiiiitioiititon013811103111251158381885555883365853858555858585585885888855888858 S8

Hình 4.22 Đồ thị biểu điển mô hình đăng nhiệt Freundlich của BC-Phosphate đối với hap

Bhulion Cu) G::::.:::sccccccscciccccsioriairoeoiiososioeoaszcag055530523505235652385656555635863656356855558585635856655856555 58

Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn mô hình đăng nhiệt Langmuir của BC-Phosphate đối với hap

PHHODIEBIÌoiisirsitiosititsitttitstoitoittitiitiiti1ti611101110169111261101601385613955138838559781869198585886610883058638858 63

Hình 4.24 Đồ thị biểu điển mô hình dang nhiệt Freundlich của BC-Phosphate déi với hap

DHI 0n BE ennnnsninnonnniioitiitiitioittitiiie0i111010620000130020700835300585385853986059856859798858088585885578889556859555 63

Hình 4.25 Đồ thị biểu diễn dung lượng hap phụ và hiệu suất hap phụ ion Cu(II) của

BC-Phosphate theo khối lượng BC-BC-Phosphate - 2Ÿ 6 52222 3ESvE2Z2E372SE2X2E2Exrrxerrrcrrree 61

Hình 4.26 Đồ thị biểu diễn dung lượng hap phụ và hiệu suất hap phụ ion Pb(H) của Phosphate theo khối lượng BC-Phospphate - 2© s=©S2s£EE2E£EEEE£EEEZEEEECEEEzcEEszrrxecrrsee 62

BC-vũ

DANH MỤC BANG

Bang 2.1 Tông hợp một số dé tài nghiên cứu than sinh học trong nước - - 17

Bảng 2.2 Tổng hợp một số đề tai nghiên cứu than sinh học trên thé giới - 20

Bang 3.1 Danh mục các hóa chất sử đụng 2-22 222©EzZ+E+ZZSExzEExecrkeccxxerrxerrrseee 24

Bang 3.2 Danh mục các dụng cụ SỬ dụng HH HH HH ng nh tin 25

Bảng 3:3 Danh mục sử dụng các thiGt Bi ccscssccsssasssccasosssssssossscsasscassvssssessossnsssssasovsnssssosssoaases 25

Bang 3.4 Một số thông số may được dùng đề xác định kim lOai c.cccccecsessesseeseessesseeseesseeees 27

Bảng 3.5 Đường chuẩn xác định nồng độ ion Cu(Ï) ¿ sc©s©sZ£E+zZ£vxzZEvxzcrxs 33

Bang 3.6 Đường chuẩn xác định nông độ ion Pb(]) 2- 5 s25 cSxeEzesxrrservrcsrrrces 34

Bang 3.7 Bảng mô tả các thí nghiệm khảo sat điều kiện cho quá trình hấp phụ ion Cu(ID

của BE “Phos Ph ate ies sscsssssaisccssssaassssaasseassssassccasssaassoeaassaasssvaciseasessaaseeasesaassneaassaasssvaassaasssseaseeass 36

Bang 3.8 Bang mô ta các thi nghiệm khảo sát điều kiện cho quá trình hap phụ ion Pb(1I) của

BPHOSDBBÍE:iirreeireiiiieiiiieroeeeiiriaitosoioietii2z1221220625500230155355523875555559530565859555535588385858555555856555 37

Bang 4.1 Kết quả phân tích EDX của mẫu BC-Phosphate trước và sau khi hap phụ các ion

EBIIHVA GHI Eiiiiaiitaitiiaaitiisiiiiiiiiiiiiti21ii1212124101132012411032101331213231243110240135323035318321353318144505833ã5885 40

Bang 4.2 Kết quả phân tích BET/BJH của mẫu BC-Phosphate trước hap phụ 43

Bảng 4.3 Mô ta các thông số của hai phương trình động học quá trình hap phụ ion Cu(II) và

Bang 4.4 Mô tả các thông số của hai phương trình đăng nhiệt hap phụ ion Cu(H) va Pb(II)60

Bang 4.5 Kết quả dung lượng hap phụ cực đại của BC-Phosphate và BC-ĐT 63

Bàng 4.6 Giá trị dung lượng hap phụ tối đa ion kim loại của các nghiên cứu trước đó 64

vill

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 LY DO CHON DE TAI

Tir hang thé ki qua nguồn nước trong tự nhiên được xem như một nguồn tài nguyênquý giá mà con người có thể tận dụng với nhiều mục đích khác nhau: nước được dùng trongđời sống sinh hoạt, hoạt động công — nông -ngư nghiệp, din dụng và môi trường, Tuy nhiên,

6 môi trường nước do kim loại nặng gây ra di cùng sự phát trién nhanh chóng của công nghiệp, nông nghiệp hiện đại với sự gia tăng dan số toàn cầu đang có xu hướng gia tăng, nó là vấn dé

đã và đang báo động ở Việt Nam cũng như trên toan thé giới Các kim loại độc hai này không

chỉ xâm nhập vào nguồn nước trên bé mặt trái đất (biển, sông, hồ chứa, ) mà còn có thé làm 6

nhiễm tang nước ngầm ở một lượng nhỏ do rò ri từ đất sau mưa và tuyết Vì vậy, điều quan

trọng là phải loại bỏ các lon kim loại nặng khỏi nước và nước thải trước khi chúng thải ra môi

trường Ô nhiễm môi trường nói chung va ô nhiễm môi trường nước nói riêng dang de doanghiêm trọng và dần trở nên tôi tệ hơn đến sức khỏe con người vả hệ sinh thái Đặc biệt ở các

thành phố lớn, nguồn nước đang bị ô nhiém và suy thoái, xảy ra hiện tượng 6 nhiễm cục bộ với

ham lượng kim loại nặng vượt quy chuẩn quy định (theo QCVN 8-2: 2011/BYT) [1]

Tình trạng ô nhiễm càng kéo đài sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sinh trưởng,

phát triển của các loài động thực vật, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Các kim loại nặng

gây ra ô nhiễm nguồn nước có thể kê đến như: chromium (Cr), lead (Pb), cadmium (Cd),

arsenic (As), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu) [2] Trong đó 6 nhiễm gây ra bởi 2 kim loại

lead (Pb) và copper (Cu) gây nhiều ảnh hưởng đến sức khỏe con người như: nhiễm độc copper

gây ra bệnh đau dạ dày, các triệu chứng như đau bụng, chóng mặt, nôn mira và tiêu chảy [3];

nhiễm độc lead sẽ ảnh hưởng đến trí não, thận, gây vô sinh, say thai và tăng huyết áp đặc biệt

là mối nguy hại đối với trẻ em [4] Do đó, cần có phương pháp xử lí các kim loại này ra khỏi

ngudi nước nói chung và 2 kim loại lead và copper nói riêng là việc làm can thiết lúc này débảo vệ sức khỏe con người Nghiên cứu những năm gần đây cho thấy có hiệu quả trong xử lílượng ion Pb(11) và Cu(H) bằng các vật liệu siêu hap phụ, ding các chất hoá học có tính kiểm

đề tách ion kim loại ra dưới dạng kết tủa hydroxide hoặc các muối it tan, dùng cơ học, Tuy

nhiên dé áp dụng quy mô công nghiệp với hiệu suất cao còn là van dé kinh phí, hiệu quả và

tác động đến môi trường mà các phương pháp mang lại

Vì thế than sinh học ra đời đã và đang đáp ứng hiệu quả những vấn đề nêu trên vìnhững tác đụng quý báu của nó đối với môi trường: tận đụng phế phẩm nông nghiệp, xử lí cácion kim loại nặng trong đất và nước Một trong các ưu điểm nôi bật của than sinh học lả có thé

chế tạo từ các nguồn nguyên liệu đơn giản, rẻ tiền và để tìm thấy trong cuộc sông như rơm, rạ,

trau, tro hay mùn cưa [5 - 6]

Nhận thấy với sự phát triển của xã hội và nhu cầu của con người, ngành dịch vụ về thức

ăn nhanh đang ngày càng phát triển Điều này dẫn đến một lượng thải lớn các vật phẩm có liên

quan như túi nilon, hộp nhựa hay đũa tre dùng một lần Lượng rác thải đũa tre này có số lượng

vô cùng lớn nhưng chưa có kế hoạch tái sử dụng một cách hiệu quá, nếu có thẻ tái sử dụng

nguồn đũa tre đã qua sử dụng làm than sinh học thì đó là một đóng góp lớn trong việc xử lý

ion kim loại trong môi trường.

Từ các nghiên cứu đi trước vẻ việc chế tạo thành công và hiệu qua than sinh học từ phế

phẩm nông nghiệp đã cho thấy nguồn đũa tre dùng một lần này có tiềm năng rất lớn trong việcứng dụng dé chế tạo than sinh học [7 - 11] Bên cạnh đó, việc biến tính than sinh học với ion

phosphate mang lại hiệu qua cao trong việc hấp phụ các kim loại nặng [12] Ion phosphate có

kích thước hạt nhỏ và diện tích bề mặt riêng lớn, ion Ca(II) đi kèm với ion phosphate dé trao

đôi với các ion kim loại hoá trị II (ví dụ Cu(II), Ni(ID, Pb(ID, ) cho nên đây là một chất trao

đổi ion tốt, ngoài ra các nhóm hydroxyl ở điều kiện thích hợp sẽ chuyên hoá thành nhóm -OH

dé tạo liên kết phức với ion Cu(II) hay Pb(Il) làm tăng kha năng hấp phụ của than sinh học

biến tính [13]

Chính vì những lý do trên nên tôi chọn đề tài là: “KHAO SÁT KHA NANG HAPPHU ION Cu(II) VÀ Pb(I) BANG THAN SINH HỌC CÓ NGUON GÓC TU DUA TRE

VÀ BIEN TÍNH VOI PHOSPHATE”.

1.2 MUC DICH NGHIEN CUU

- Nghiên cứu tông hợp vật liệu than sinh học biến tính từ đũa tre Nghiên cứu tính chất của vật liệu thông qua kết quả đo đặc trưng hóa lý của vật liệu: FESEM, EDX, FT-IR, BET, BJH.

- Vật liệu sau khi tổng hợp được khảo sát hap phụ ion Cư (ID) va ion Pb (II) Đồng thời xác định điều kiện về thời gian, nồng độ pH và khối lượng vật liệu hap phụ dé đạt được hiệu quả hấp phụ tốt nhất.

- Sau khi nghiên cứu, các kiến thức được rút ra bỗ sung vào kiến thức của vật liệu than sinh học được

biến tinh có nguồn gốc từ đũa tre.

1.3 DOI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CỨU

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Than sinh học biến tính có nguồn gốc từ đũa tre

- Khả năng hấp phụ ion Cu(H) va Pb(H) của BC-Phosphate

1.3.2 Pham vi nghiên cứu

- Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Hoa học môi trường — Đại học Sư phạm

Thành phố Hỗ Chí Minh Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 4 tháng, từ tháng 08/2023

đến tháng 12/2023

- Kha nang hấp phụ ion Cu(II) va Pb(H) trong dung dịch bằng than sinh học biến tính vớiphosphate có nguồn gốc từ đũa tre

- Đặc trưng hóa lý của vật liệu than sinh học biến tính với phosphate có nguồn gốc từ đũa tre

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp tổng hợp và nghiên cứu tải liệu về than sinh học biến tính với phosphate có

nguôn gôc từ đũa tre.

- Nghiên cứu quy trình biến tính than sinh học với phosphate có nguồn gốc từ đũa tre.

- Phương pháp phân tích đặc trưng than sinh học trước và sau biến tính với phosphate: FESEM,

FT-IR, BET/BJH, EDX.

- Phương pháp khảo sát kha năng hap phy ion Cu (II) va Pb (I) của than sinh học biến tinh

với phosphate có nguồn gốc từ đũa tre

- Phương pháp xử lí số liệu thực nghiệm.

1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CUU

- Tông quan tải liệu có liên quan đến những phương pháp xử lí nước có chứa các ion kim loại

Cu(1I) và Pb(1I), độc tính của Cu(HH) và Pb(ID khái niệm vẻ hap phụ, than sinh học

- Nghiên cứu về những đặc trưng của than sinh học biến tính phosphate có nguôn gốc từ đũa

tre.

- Nghiên cứu khả năng hap phụ ion Cu(II) và Pb(II) trong môi trường nước của than sinh học

biến tính có nguồn gốc từ đũa tre thông qua khảo sát đơn biến các yêu tô ảnh hưởng đến quá

trình hấp phụ: (1) giá trị pH dung địch, (2) thời gian, (3) nông độ, (4) khối lượng vật liệu

1.6 NƠI THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU

Phong thí nghiệm hóa môi trường - Trường Dai Học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh,

280, An Dương Vương, phường 4 quận 5, Thành phố Hỗ Chi Minh

CHUONG 2 TONG QUAN

2.1 TONG QUAN Ô NHIEM COPPER TRONG MOI TRUONG NƯỚC

2.1.1 Đặc tinh của kim loại copper

Copper có vị trí: 6 29, chu kỳ 4, nhóm IB Copper là kim loại màu đỏ, dẻo, dé kéo sợi

và dat mỏng, có độ dan điện và dan nhiệt rat cao (chỉ kém bạc) Độ dan điện của đồng giảm

nhanh nếu có lẫn tạp chất, khối lượng riêng của đồng là 8,98 g-em; nhiệt độ nóng chảy là

1083°C Đồng có mang tinh thé lập phương tâm diện [14].

Trong tự nhiên, copper là một nguyên tổ tương đối phô biến, chiếm 0,003% tông các

nguyên tô lớp vo Trái Đất Những khoáng vật chính của copper là: cancosin (Cu;S) chứa

79,8% Cu, cuprit (CuaO) chứa 88,8% Cu, covelin (CuS) chứa 66,5% Cu, cancopirit (CuFeS2)

chứa 34,57% Cu, Nước ta có các mỏ copper lớn ở Sơn La, Lao Cai , thanh phan chủ yếu là

các quặng khoáng sản như cancopirit, manhetit, pirotin, [14].

Copper là kim loại màu quan trọng nhất trong công nghiệp và kỹ thuật Hơn 50% lượng

copper khai thác hằng năm được dùng làm dây dẫn điện, trên 30% được dùng làm hợp kim.Dẫn nhiệt tốt và chịu ăn mòn, copper kim loại được dùng đề chế tạo các thiết bị trao đôi nhiệt,sinh hàn và chân không, chế noi hơi, ông dẫn dau va dan nhiên liệu [15]

2.1.2 Nguồn gốc ô nhiễm của copper trong môi trường nước

Copper được sử dụng rộng rãi trong mạ điện, sơn, thuốc nhuộm, lọc dầu, phân bón, khaithác mỏ và luyện kim, chat nỗ, thuốc trừ sâu, công nghiệp thép và được coi là một trong những

kim loại nặng nguy hiểm nhưng vô cùng quan trọng trong công nghiệp [16].

2.1.3 Độc tính của copper

Vẻ mặt sức khỏe con người, copper là nguyên tố thiết yếu dé duy trì các hoạt động sống

và sức khỏe thể chất của cơ thể con người, đồng thời có tác động quan trọng đến sự phát triển

và chức năng sinh lý của máu va hệ miễn dich, gan, tim va mắt của con người Thiếu copper

có thé dẫn đến thiếu mau và khiém khuyết mô liên kết, nhưng quá nhiêu có thé gây ra các triệuchứng tiêu hóa cấp tính, làm bất hoạt hệ thống enzyme ở gan và gây ra các triệu chứng như

đau bụng, chóng mặt, nôn mứa vả tiêu chảy Tiếp xúc với kim loại copper trong thời gian dai

sẽ gây ra kích ứng đường hô hap, ho, hat hơi, chảy nước mũi, xơ hóa phôi, tăng tưới máu niêm

mạc mũi gây bệnh chảy máu mũi, nặng hơn có thé gây ra ngộ độc mãn tinh Copper gây ra

bệnh Wilsonvới các biêu hiện đặc trưng như: xơ gan, tôn thương não, suy thận, lắng động lòng

trong giác mạc, thậm chí rồi loạn vận động ở một số bệnh nhân dùng quá liều [17-19]

Việc nuốt phải tiếp xúc với da va hit phải copper sẽ dẫn đến nguy cơ sức khỏe cho con

người Vì vậy, điều quan trọng là phải hiểu xác suất rủi ro sức khỏe đôi với con người sông

xung quanh các lò luyện copper và đưa ra các công nghệ xử lý copper khác nhau Do đó, Cơ

quan Bảo vệ Môi trường Hoa Ky (EPA) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ước tinh rằng hàm

lượng Cu(II) tôi đa trong nước uống lần lượt là 1,3 và 3 mg-L'! [20] Trong khi đó, TrungQuốc quy định trong Tiêu chuân chất lượng môi trường nước ngầm và Tiêu chuẩn chất lượng

môi trường nước mặt rằng hàm lượng Cu(H) phải nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 mg-Lˆ! [21]

2.2 TONG QUAN Ô NHIEM LEAD TRONG MOI TRƯỜNG NƯỚC

2.2.1 Đặc tinh của kim loại Lead

Lead là nguyên tố hóa học năm ở 6 thứ §2 trong bảng tuần hoàn Lead có kí hiệu hóa

học là Pb, là chữ viết tắt của từ “Plumbum” theo tiếng Latin có nghĩa là kim loại mềm Lead

đã được con người phát hiện từ những năm 6400 TCN tại Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay Chúng được

sử đụng phỏ biến do sự phân bố rộng rãi, dé chiết tách va gia công Trong thời kỳ dé đồng,

lead thường được dùng kết hợp với 2 nguyên tố khác là arsenic và antimony [14]

Lead có màu trắng bạc và sáng, bẻ mặt cắt còn tươi của nó xỉ nhanh trong không khí tạo

ra mâu tối Nó là kim loại mau trắng xanh, rất mềm, dé uốn và nặng va có tính dan điện kém

so với các kim loại khác Lead có tính chống ăn mòn cao, và do thuộc tính này, nó được sửdung dé chứa các chất ăn mòn (như acid sulfuric) Do tính dé dat mong và chống ăn mòn, nóđược sử dụng trong các công trình xây dựng như trong các tam phủ bên ngoài các khối lợp

Lead dạng bột cháy cho ngọn lửa màu trắng xanh Giống như nhiều kim loại, bột lead rất mịn

có kha năng tự cháy trong không khí, khói độc phát ra khi cháy [14].

2.2.2 Nguồn gốc ô nhiễm của lead trong môi trường nước

Lead (Pb) là kim loại không thiết yếu hiện điện tự nhiên trong môi trường và thường tạo

phức với các nguyên tố khác Là một kim loại độc hại được tìm thay trong lớp vỏ trái dat, có

nhiều nguồn gây ô nhiễm như khai thác lead kim loại, nước thải công nghiệp từ các nhà máy

và khu công nghiệp, chat thải đô thi, lam dụng thuốc trừ sâu và hóa chất trừ sâu [8], sản xuất

pin và các hoạt động tái chế lead, ngoài ra lead còn có trong khí thai của động cơ xăng, do leadđược pha vao xăng đề tránh cháy nỗ và ở những khu vực gần bến xe, nơi tập trung nhiều ô tô

6

thì lượng khí thải từ các phương tiện giao thông rất cao [22] Lead được phát hiện trong đạiđương số ham lượng lớn Hơn nữa, lead không thé phân hủy sinh học, nó tồn tại trong đắt, khí

quyền và nước, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến động vật không xương sống ở biên (loài chủ

chốt trong chuỗi đỉnh dưỡng) làm xáo trộn hệ sinh thái [23].

2.2.3 Doc tính của lead

Hàm lượng lead cao gây ra các van dé sức khỏe nghiêm trọng như giảm chi số IQ vàlàm gián đoạn sự phát triển ở trẻ em, huyết áp cao và vô sinh ở người lớn Các nghiên cứu xácđịnh rằng việc tiếp xúc với chi lâu đài có thé gây ảnh hưởng đến thần kinh và các tiến trình

phát triển khác sẽ bị ức chế ở các sinh vật dưới nước [24] Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA)

xác định mức độ đáng lo ngại của chi trong nước là 0.015 mg-L* [20].

Sau khi lead được hấp thụ vào cơ thê, nó sẽ liên kết với các tế bào hồng cầu và phân

phôi vào hai ngăn chính: xương và các mô mềm, Khoang mô mềm bao gom gan, thận, tủy

xương và não, tương đối không ôn định so với khoang xương ôn định hơn Ở người lớn,gần như toàn bộ cơ thé đều chứa lead; khoảng 85 đến 95% - được lưu trữ trong khoang xương

ôn định, trong khi ở trẻ em chỉ có khoảng 70% gánh nặng lưu trữ lead trong xương Do đó, trẻ

em lại có nguy cơ cao hơn phát triển các biểu hiện nhiễm độc lead vì phan lớn lượng lead

trong cơ thé chúng được lưu trữ ở các vị trí hoạt động trao đồi chất, thay vì ở xương tương đốitro [25,26] Một phan lead được hap thụ không được tích hợp vào một trong hai ngăn này va

cuối cùng được bài tiết qua nước tiểu và mật; phan bài tiết & người lớn cao hơn trẻ em, một lần

nữa khiến trẻ có nguy cơ bị nhiễm độc cao hơn [27] Ở trẻ em, bệnh não cap tính do lead biéu

hiện đặc trưng như hành vi bat thường, chậm phát triển, mat điều hòa, nôn muta, co giật và đôi

khi phù não và hậu quả là tang áp lực nội sọ hôn mê va tử vong Nói chung, hội chứng nay

xảy ra ở trẻ em có nòng độ lead trong máu cực kỳ cao (trên 70 đến 100 mg-L*') Người lớn có

nông độ lead trong máu cực cao cũng có biểu hiện thần kinh tương tự, bao gồm bệnh não, lú

lẫn, đau dau, co giật và hôn mê [28, 29].

2.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIÊM COPPER VÀ LEAD

2.3.1 Hiện trạng ô nhiễm copper và lead trên thé giới

Ô nhiễm copper đang gia tăng trong môi trường nước trên toàn cầu và được xác định là

chất gây ô nhiễm kim loại nặng chính do nguy cơ sức khỏe [30] Có nhiều báo cáo quốc tế về

ô nhiễm Cu(II) trong môi trường nước: nông độ Cu(II) đo được trong hệ sinh thái nước ngọt ở

7

Vương quốc Anh đao động từ 0,02 đến 133 mg-L" và đây là một trong những kim loại nặngđược quan tâm lớn nhất [31] Ở phía tây Hà Lan, 39,1% điện tích có nông độ ion Cu(II) vượt

quá trong nước mặt [32] Ở Trung Quốc, khu vực Keelung, hồ Poyang, cũng như Wuhekou ở

Đài Loan bị 6 nhiễm kim loại nặng, trong đó copper là nồi bật nhất [33 - 34]

Một nghiên cứu ở Trung Quốc hệ thống các dữ liệu quốc gia đã cho thấy tình hìnhnhiễm độc lead ở trẻ em Trung Quốc có xu hướng giảm từ năm 2001 đến năm 2013 nhưng lại

tăng trở lại từ 2014 đến 2015 Các dit liệu thong kê cho thấy có từ 1,5 đến 15% trẻ em tại

Trung Quốc có nồng độ lead trong máu > 10 pL! [35].

Nghiên cứ khác ở Nigeria cho thấy, một chương trình đánh giá quốc gia năm 2010 đã

nghiên cứu trên 119 gia đình và 463 trẻ em dưới 5 tuổi sống xung quanh khu vực ô nhiễm chi

đã cho thấy kết quả 118 trẻ em chết do ô nhiễm lead Trong số trẻ em sống sót, 59% có mức độ

lead trong máu cao trên 10 pg-LTM!, đáng nói hơn, 97 % số trẻ này có mức độ lead trong máu

cao trên 45 wg:L † [36].

Tại Senegan, vụ nhiễm độc lead nghiêm trọng nhất do hoạt động tái chế ắc quy xảy ra

từ tháng 11/2007 đến tháng 3/2008 đã có 18 trẻ em bị tử vong do hoạt động tái chế ắc quy bat

hợp pháp, nhiều trẻ em khác sống trong khu vực 6 nhiễm có nông độ chỉ máu rat cao [74] Tại

Haiti, một nghiên cứu năm 2015 cũng chi ra có đến 65,9% trong số 273 trẻ em từ 9 tháng đến

6 tudi tham gia nghiên cứu có nông độ lead trong máu trên 5 ug'L"!, xử lí pin thải và sống gan

khu vực đôi núi là một trong những yếu tó liên quan đến tỉ lệ thấm nhiễm lead tại đây [37]

Một nghiên cứu ở Philippine thực hiện từ 2013 — 2014, trên 2861 trẻ em đưới 5 tudi đã

chỉ ra có đến 21% trẻ có nồng độ lead trong máu cao trên 10 ug-L' [38] Tại An Độ nghiên

cứu ở Mumbai và Delhi cho thấy 76% trẻ dưới 3 tuôi có nông độ lead trong máu từ 5 đến 20

ug-L' [39].

Ở một số nước phát triển, các chương trình quốc gia về kiểm soát nhiễm lead trong dân

số, đặc biệt là trẻ em đã được quan tâm từ nhiều năm nay ngay từ khi ở các mức độ phơi nhiễm

thấp Điện hình tại Mỹ, theo báo cáo của Trung tâm kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh Hoa

Kỳ, tại Mỹ có khoảng 3,6 triệu gia đình có ít nhất một trẻ có nồng độ lead trong máu ở mức

nguy cơ và trên 500 000 trẻ dưới 6 tuôi có nồng độ lead trong máu trên 5 ug-L”! (2.5% trẻ

đưới 6 tudi) [40].

2.3.2 Hiện trạng ô nhiễm copper và lead trên tại Việt Nam

Vùng cửa sông Mê Kông theo nghiên cứu được công bỗ vào năm 2014 chỉ ra rằng:

ngoại trừ Pb, hàm lượng các kim loại như Zn, Ni, Cd, nhìn chung đã xap xi bằng với quy

chuẩn quốc gia Việt Nam và một số chỉ tiêu đã vượt quá so với một số nước trên thé giới, tức

là bắt đầu gây ra những ảnh hưởng đến đời sống sinh vật thủy sinh, hệ sinh thái ven sông,trong đó đặc biệt là Cu (33,4 mg-Kg" trọng lượng trầm tích khô) có hàm lượng tương đối cao

so với chuân quy định, do đó đã và đang ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái và môi trường sông

tại vùng nghiên cứu [41].

Ô nhiễm bùn đáy nạo vét và thải bỏ ven hai bên bờ sông Kim Ngưu TP Hà Nội đang ở

mức báo động đỏ, nông độ Pb(II) va Cu(IJ) lên tới 26,20 và 18,76 mg-L' [42] Hàm lượng Cu,

Pb, Zn trong mẫu đất sử dụng nước tưới từ sông Nhuệ đều nằm trong giới hạn cho phép của

QCVN 03-MT:2015/BTNMT, tuy nhiên hàm lượng Cu, Pb, Zn trong đất lúa cao hơn trên đấtmàu, cụ thé: ham lượng Cu cao hơn 1,2 lan, ham lượng Pb cao hơn 1,29 lần [43]

Tại nhiều nơi ở nước ta, nhiễm lead đã được quan tâm và trién khai nghiên cứu nhiều

đối tượng người trưởng thành như công nhân, cộng đồng dân cư ở gần các khu vực có nguy cơ

6 nhiễm chì như khu vực tái chế nhà máy, khai khoáng quặng, mo Nam 2015, kết quả kiểmtra nồng độ lead của Viện Sức khỏe nghề nghiệp và Môi trường cho thấy các mẫu dat, nước,không khí, rau củ tại làng khai thác khoáng sản Đông Mai cao gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho

phép Mẫu nước thu tại các kênh, mương thoát nước đều vượt tiêu chuẩn cho phép tới 1.000

lần Qua xét nghiệm của Trung tâm Chống độc Quốc gia và Bệnh viện Nhi đồng, 378 trẻ em ở

thôn Đông Mai được phát hiện nhiễm độc lead [44 - 45] Trong một nghiên cứu khác tại thành

phố Hỗ Chí Minh, tinh Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước va Bà Rịa - Vũng Tau , 311 trẻ

em được xét nghiệm cho thấy nồng độ lead trong máu trung bình là 4,97 gL! với 7% trong

số 311 mẫu xét nghiệm cao hơn 4,97 ụg-L-! Có mối tương quan giữa ham lượng lead trongđất, sự tích tụ trong cây trồng và sức khỏe người tiêu ding [46]

Đà Lat là một trong những vùng sản xuất rau lớn của Việt Nam, cung cấp rau, hoa cho

thị trường khu vực Đông Nam Bộ Sản lượng rau đạt khoảng 2 triệu tắn/năm, trong đó 60%—

63% được tiêu thụ ở các tỉnh Đông Nam Bộ [47] Tại Da Lat, kha năng tích tụ lead cao ở các

khu vực xung quanh bến xe, đặc biệt là khu vực thung lũng Việc tiếp xúc với lead sẽ trở nên

tram trọng hơn vẻ lâu dai do việc sử đụng xăng liên tục, đây là nguồn phát thai lead [48]

2.4 THAN SINH HỌC

Trong nông nghiệp truyền thống, các phế phụ phẩm đã được sử dụng từ lau, bằng nhiều

hình thức như; làm vật liệu che tủ gốc, vùi cho xốp đất, ủ hoai mục làm phân hữu cơ, đốt lay

tro bon, Trong nông nghiệp hiện đại, bên cạnh những hình thức đó, chúng con được ứng

dụng sản xuất than sinh học (Biochar) Than sinh học được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất

và đời sông, một trong những ứng dụng nôi bật là làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong

công nghiệp [6, 49].

2.4.1 Định nghĩa than sinh học

Theo tô chức IBI (International Biochar Initiative — Sáng kiến Than sinh học Quốc tế)

thì than sinh học là một chất rắn thu được từ quá trình carbon hóa sinh khối Than sinh học có

thê được bô sung vào đất với mục dich cải thiện các chức năng của đất và giảm sự phát thảicác khí nhà kính Chúng có ý nghĩa lớn trong việc cỗ định carbon theo chu trình tuần hoàn vậtchat carbon trong khí quyền Có thé hiểu than sinh học là một san phẩm của quá trình nhiệt

phân vật liệu hữu cơ trong môi trường yếm khí (thiếu oxygen và áp suất lớn thì carbon sinhkhối không bị cháy hoàn toản mả chuyển sang dạng giữa khoáng và hữu cơ), có khả năng tồn

tại bền vững trong môi trường đất va làm tăng lượng carbon lưu giữ trong đất, có ảnh hưởng

tích cực đến sức sản xuất của đất [50].

Theo các tác giá, đây là loại sản pham giàu carbon được thu nhận từ sinh khối như gỗ.phân chuồng hoặc lá cây, rác vườn khi bị làm nóng (nung) trong một hộp kin với ít hoặc không

có không khí Về kỹ thuật thì than sinh học được sản xuất bởi quá trình nhiệt phân hợp chất

hữu cơ trong điều kiện thiếu khí O2 và có nhiệt độ thấp hon 700°C [50]

Than sinh học đã được nghiên cứu để ứng dụng trong nông nghiệp và đã chứng minh

được tác động tích cực đến từng loại đất và những giống cây trồng đặc thù Nghiên cứu đã chỉ

ra rằng sử dụng than sinh học có thể tăng hàm lượng carbon hữu cơ trong đất, khả năng trao

đổi cation, potassium giữa đất và cây trồng, đồng thời tăng độ tơi xốp cho đất và kích thích sựtăng trưởng cây họ đậu Nó cũng có tác dụng cải tạo đất bạc màu và giúp nâng cao hàm lượng

đính duéng trong đất như P, K, Ca, Mg Than sinh học có ham lượng carbon lớn và có đặc tính

10

xốp giúp cho đất có thé giữ lại nước, nguồn dinh đưỡng và bảo vệ những vi khuẩn có lợi chođất Than sinh học còn đặc tính cô lập và giữ khí CO: trong đất (49].

Ngoài ra, than sinh học còn có tác dụng giải độc cho đất bằng cách hấp phụ kim loại

nặng và tránh làm phát tán xuống nguồn nước ngầm Ứng dụng của than sinh học trong xử lí

đất ô nhiễm là một trong những hướng ứng dụng rất tiềm năng trong tương lai Tuy nhiên, ở

Việt Nam, những nghiên cứu cơ bản vẻ than sinh học và ứng dụng của nó mới chỉ được quan tâm trong những năm gan đây [51].

2.4.2 Đặc tính của than sinh học

a) Diện tích bê mặt riêng và vi lỗ trong than sinh học

Diện tích bề mat riêng là nhân tố quan trọng đề thay sự tương tác giữa ion kim loại va

than sinh học Nó bị ảnh hưởng bởi điều kiện sản xuất và nguyên liệu sinh khối Diện tích bè

mặt riêng và vi lỗ của than sinh học sẽ tăng khi tăng nhiệt độ Than sinh học được sản xuất ởnhiệt độ thấp có ảnh hướng đến việc tăng diện tích bề mặt [49]

* Cấu trúc xốp của bé mặt than sinh học: Than sinh học với sự sắp xếp ngẫu nhiên của các vi

tỉnh thê và với liên kết ngang bên giữa chúng làm cho than sinh học có một cấu trúc lỗ xốp

khá phát triển Các lỗ rỗng trên bề mặt than sinh học có cường độ sắp xếp lớn, thực sự mang

lại giá trị quan trọng lớn hơn so với sinh khối không bị cháy Chúng có tỷ trọng tương đối thấp(nhỏ hơn 2 g-em”) và mức độ graphite hóa thấp Cấu trúc vi lỗ xốp be mặt này quyết định chủyếu từ ban chất nguyên liệu ban đầu, được tao ra trong quá trình than hóa và phát triển hơn

trong quá trình hoạt hóa than sinh học.

Tóm lại, than sinh học có bề mặt riêng phát triển và thường được đặc trưng bằng cấutrúc nhiều đường mao dẫn phân tán, tạo nên từ các lỗ với kích thước và hình dạng khác nhau

Dé xuất cách phân loại 16 xốp (được IUPAC - Liên minh Quốc tế về Hóa học thuần túy và

Hóa học ứng dụng chấp nhận) dựa trên chiều rộng lỗ, khoảng cách giữa các thành của một lỗxốp hình rãnh hoặc bán kính của lỗ dang ống: các lỗ được chia thành 3 nhóm: lỗ nhỏ lỗ trung

va lỗ lớn [52].

Lỗ nhỏ (Micropores) có kích thước cỡ phân tử, ban kính hiệu dụng nhỏ hơn 2nm Sự hap

phụ trong các lỗ này xảy ra theo cơ chế lấp day thé tích lỗ, và không xảy ra sự ngưng ty maoquản Nang lượng hấp phụ ở các lỗ này lớn hon rất nhiều so với lỗ trung hay be mặt không xốp

vì sự nhân đôi của lực hap phụ từ các vách đối diện nhau của vi lỗ Nói chung chúng có thé

II

tích lỗ từ 0,15-0,7 em-g'1 Diện tích bề mặt riêng của lỗ nhỏ chiếm 95% tông diện tích bề mặt

của than sinh học.

Lỗ trung (Mesopore) hay còn gọi là 16 vận chuyên có ban kính hiệu dụng từ 2-50 nm, thé

tích của chúng thường từ 0,1-0,2 em-g! Diện tích bê mặt của lỗ nay chiếm không quá 5%

tổng điện tích bề mặt của than Tuy nhiên, bằng phương pháp đặc biệt người ta có thé tạo ra

than sinh học có lỗ trung lớn hon, thé tích của lỗ trung đạt được từ 0,2-0,65 em'-g'! và diện

tích bè mặt của chúng đạt 200 cm°-g! Các lỗ nay đặc trưng bằng sự ngưng tụ mao quản của

chất hấp phụ với sự tạo thành mặt khum của chất long bị hap phu.

Lỗ lớn (Macropore) không có nhiều ý nghĩa trong quá trình hap phụ của than sinh học bởi

vì chúng có diện tích bẻ mặt rất nhỏ (không vượt quá 0,5 cm’-g") va bán kính hiệu dụng lớn(trên 50 nm và thường từ 500-2000 nm) với thé tích lỗ từ 0,2-0,4 cm-g'! Chúng hoạt động

như một kênh cho chất bị hap phụ vào trong lỗ nhỏ và lỗ trung Các lễ lớn không được lap day

bằng sự ngưng tụ mao quản [52]

* Nhém Carbon — Oxygen trên bé mặt than sinh học: Nhom carbon — oxygen bè mặt là

nhóm quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc trưng bể mặt (tính ưa nước, độ phân cực, tính

acid, ), đặc điểm hóa lý (khả năng xúc tác, dẫn điện, ) và khả năng phản ứng của các vật

liệu này Thực tế, oxygen đã kết hợp thường được biết là yếu tô làm cho than trở nên hữu ích

và hiệu quả trong một số lĩnh vực ứng dụng nhất định Ví dụ, oxygen có tác động quan trọng

đến khả năng hap phụ nước và các khí và hơi có cực khác, anh hưởng đến sự hap phụ ion, kha

năng bám dính, Các nguyên tử oxygen và hydrogen là những thành phần cần thiết của than

hoạt tính với đặc điểm hấp phụ tốt, và bề mặt của vật liệu này được nghiên cứu như một bềmat hydrocarbon biến đổi ở một số tính chất bằng nguyên tử oxygen Bản chất và lượng nhóm

oxygen- carbon bè mặt phụ thuộc vào bản chất bẻ mặt than và cách tạo ra nó, diện tích bề mặtcủa nó, bản chất chat oxygen hóa va nhiệt độ quá trình [50]

Đối những than có đặc trưng acid-base, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu nguyên nhân và

cơ chế than có bản chất acid hay base Một vải thuyết, ví dụ thuyết điện hóa của Burstein va

Frumkin, thuyết oxide của Shilov và trường phái của ông, thuyết pyron của Voll và Boehm đã

được đưa ra dé giải thích cho đặc trưng acid-base của than Bây giờ người ta đã chấp nhậnrằng đặc trưng acid- base của than là kết quả của quá trình oxi hóa bề mặt phụ thuộc vao cách

tạo thành và nhiệt độ của quá trình oxi hóa [S0].

12

Dạng nhóm carbon-oxygen bề mặt (acid, base, trung hòa) đã được xác định, các nhóm acid

bẻ mặt là rất đặc trưng và được tạo thành khi than được xử lý với oxygen ở nhiệt độ trên 400°C,

Các nhỏm chức acid bề mặt nảy làm cho bê mặt than ưa nước vả phân cực, các nhóm nảy lả

carboxylic, lacton, phenol Tác dụng của nhóm carbon-oxygen trên bè mặt của than sinh học

trong nông nghiệp rat phong phú, trong đó quan trọng nhất là làm cải thiện khả năng hấp phụ

lưu trữ và trao đôi khoáng làm tăng tính đệm, độ phì hiệu dụng của dat, tang hé SỐ SỬ dụng và

hiệu quả của phân bón [S0].

b) Kha năng trao đổi cation

Than sinh học sản xuất ở điều kiện nhiệt độ thấp có kha năng ảnh hướng đến trao đổi

cation Ta cũng không nên sản xuất than sinh học ở nhiệt độ cao vì khiến than mat khả năngtrao đổi cation Than sinh học có khả năng trao đổi cation có khả năng hấp phụ kim loại nặng

và các hóa chất nông nghiệp như thuốc trừ sâu và thuốc diét cỏ [49]

©) Kha năng phan huy sinh học

Khả năng phân huỷ sinh học của than sinh học được xác định bởi thanh phan hóa học

của than So với các loại than thông thường than sinh học chứa nhiều hơn các hợp chất hữu cơ

do đó nó có khả năng phân huỷ sinh học cao hơn Khi được bón vào đất hoặc tiếp xúc vớinước, các vi sinh vật trong môi trường sẽ tiêu hóa các hợp chất hừu cơ trong than sinh học,giúp phân hủy nhanh chóng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Việc phân huỷnày không chi giúp giảm độc tính của đất và nước mà còn tạo ra các chất đinh đưỡng quantrọng cho cây trông và động vật trong môi trường [6]

Ngoài ra, khả năng phân huy sinh học của than sinh học còn giúp giảm lượng rác thải

và khí thải độc hại từ các ngành công nghiệp sản xuất nông nghiệp thủy san, chế biến thực

phẩm và sản xuất giấy, Việc sử dung than sinh học dé xử lý và tái chế các chất thải này giúp

giảm thiêu tác động của chúng đến môi trường, là một phương pháp xử lý độc tổ thân thiện với

môi trường.

d) Kha nang tai sứ dung

Khi sử dung than sinh học dé xử lý đất, nước thì than sẽ hap phy các chất độc hại từ

môi trường làm giảm độc tính của đất, nước Sau khi đã hap phụ các chất độc, than sinh học cóthé được tai sử dụng bằng cách rửa lại hoặc đốt đề loại bỏ các chất độc hại đã được hấp phụ

lầ

Sau đó, than sinh học sẽ trở lại trạng thái ban đầu và có thể được sử dụng lại dé làm giảm độctính của đất và nước [52].

Sự tái sử dụng của than sinh học giúp giảm thiêu lượng chất thải và tiết kiệm tài nguyên,

đồng thời giảm chi phí cho các quy trình xử lý độc t6 Do đó, than sinh học là một giải pháp

thân thiện với môi trường và có tính khả thi kinh tế cao trong việc làm giảm độc tính của đất

và nước [52].

e) Giá thành thấp

Điều nảy là do nguồn nguyên liệu sản xuất than sinh học là các vật liệu sinh học tự

nhiên, như rơm, min cưa, bã mía, bã đậu nành, được sản xuất trong quá trình sản xuất nông nghiệp và công nghiệp thực phâm Những nguyên liệu này thường không được sử dụng hoặc

phế phẩm do đó sản xuất than sinh học từ nguyên liệu đó không tốn quá nhiêu chỉ phí [6]

Ngoài ra, quá trình sản xuất than sinh học cũng không yêu cầu các thiết bị đắt tiền hoặc

quá trình sản xuất phức tạp, giúp giảm thiểu chi phi sản xuất

2.4.3 Một số phương pháp biến tính

a) Ngắm tam

Các dung dịch có tinh acid, tính oxi hóa hoặc tính kiềm có thé được dùng dé ngâm với

than sinh học làm thay đổi các nhóm chức trên bề mặt than hoặc cau trúc lỗ than Các dungdịch này có thể làm thay đổi các nhóm chức trên bề mặt than và cấu trúc lỗ than và tùy thuộcvào loại dung dich được sử dụng Các acid như HNO:, H:SO;¿ thường được dùng dé biến tinh

than đề cho hiệu quả trong việc xử lí các ion kim loại nặng hoặc NHa* Quá trình này có thé cải

thiện khả năng hap phụ của than sinh học đối với các chất độc hại và khí thải trong quá trình

sử dung [53].

Ngâm than trong các dung dich có tính oxi hoá có hiệu quả lam gia tang các nhóm chức

trên bề mặt than Các dung dich này có thé làm gia tăng cấu trúc lỗ xốp trên bề mặt than sinhhọc, cải thiện khả năng hấp phụ và loại bỏ các chất độc hại và khí thải trong quá trình sử dụng

Vi dụ về các dung dich này bao gồm KMnOs, K;CrzO; và H202[53 - 54].

Phương pháp biến tính than bằng ngâm tâm có nhiều ưu điểm: đơn giản, dé thực hiện,

không cần sử dụng các thiết bị đắt tiền và có thé được áp dụng cho các loại than khác nhau.Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số hạn chế, bao gồm thời gian ngâm tam, nông độ

l4

chất biến tính có thé ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình biến tinh và phải đảm bảo an toàntrong quá trình làm việc với các chất hoá học [54].

b) Phú các hạt có kích thước nano

Khi than sinh học được phủ các hạt kích thước nano lên bề mặt có thé nâng cao số tâm

hap phụ Các hat kích thước nano có diện tích bề mặt lớn hơn, do đó việc phú các hạt kích

thước nano lên bé mặt than sinh học có thé tăng cường diện tích bé mặt và số tâm hap phụ cai

thiện khả năng hap phụ của than sinh học [54 - 55]

Ngoài ra, khi được phủ các hạt kích thước nano, nhóm chức trên bẻ mặt than sinh học

có thé tạo ra các liên kết với ion kim loại nặng hoặc tạo kết tủa trên bề mặt than sinh học Điều này có thê cải thiện khả năng loại bỏ các chất độc hại và khí thải trong quá trình sử dụng.

©) Biến tính với Phosphate (PO)

lon phosphate (PO¿*) là thành phan quan trọng của hydroxyapatite [Ca:a(POa)s(OH);;HAP] - khoáng chất chính của răng, xương [56] Với kha năng đặc biệt thích hợp dé cỗđịnh các cation kim loại trên một số vị trí của nhóm P-OH trên bề mặt của than sinh học, ngoài

ra nó còn thân thiện với môi trường, cau trúc tinh thé độc dao, không độc hại, tương thích sinh

học, khả năng phân hủy sinh học, độ hòa tan trong nước thấp, chỉ phí thấp và ái lực hấp phụ

cao đối với nhiều loại kim loại nặng trong môi trường nước do đó HAP được sử dung rộng rãitrong quá trình hấp phụ kim loại nặng [56] Tuy nhiên, do năng lượng bé mặt cao gây ra bởi

tương tác van the Waals, hạt HAP có xu hướng hình thành tập hợp trong dung dịch, làm giảm

đáng kê diện tích bề mặt và hiệu suất loại bỏ kim loại nặng Vì vậy, việc xem xét các đặc tính

có lợi của than sinh học và ứng dụng than sinh học làm vật liệu hỗ trợ có thé là một phương

pháp lý tưởng dé ngăn chặn sự tự kết tụ của các hat HAP, tăng cường khả năng loại bỏ kim

loại nặng khỏi nước thải của chúng Do đó, việc kết hợp HAP với than sinh học có thể tạo ra

các đặc tính hap phụ mong muốn mà các than sinh học bién tính ít kha năng đạt được [57]

Nhiều nghiên cứu đã phát hiện ra rằng HAP có thé loại bỏ ion Pb(II) trong dung dich

một cách hiệu quả dưới các điều kiện thí nghiệm khác nhau và cho thay kha nang hap phy ion

Pb(II) lên đến 100% HAP tong hợp đã được nghiên cứu rộng rai về động học va hóa học của

nó trong quá trình điều chế than sinh học nhằm xử lý nhiều kim loại khác nhau như Pb, Cu, Cd,

Zn, Sb, với nhiều phương án khác nhau như hap phụ bề mặt, thay thé cation (phản ứng trao

đổi ion giữaion kim loại bị hap phụ và ion Ca(H)) hoặc dưới dạng tạo kết tủa [58-61].

l§

2.4.4 Một số cơ chế hấp phụ kim loại nặng của than sinh học

a) Cơ chế hap phụ ion kim loại bằng các nhóm chức trên bề mặt than sinh học

Các nhóm chức trên bề mặt than sinh học như -OH, -NH;, -COOH, -CONH; đều có khả

năng liên kết với các ion kim loại như Pb(ID, Cd(H), NiŒI), Cu(ID, thông qua các phan ứng

trao đôi ion va hình thành phức chất Trong quá trình nay, các nhóm chức trên bề mặt than sinh

học tham gia vào quá trình trao đôi ion bằng cách nhường các electron cho các ion kim loại va

nhận các ion từ môi trường Ngoài ra, các nhóm chức trên bề mặt than sinh học cũng có khánăng hình thành liên kết phức với các ion kim loại Các ion kim loại sẽ tạo thành các liên kết

với các nhóm chức trên bẻ mặt than sinh học dé hình thành các phức chat mới Các liên kết

phức nay có thé bao gồm các liên kết ion, liên kết cộng hóa trị hoặc liên kết hydrogen

Tuy nhiên, khả năng hap phụ ion kim loại bằng các nhóm chức trên bề mặt than sinh

học còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như pH, nồng độ kim loại, thời gian tiếp xúc, nhiệt

độ và độ âm của môi trường Do đó, dé đạt hiệu quả tốt nhất trong quá trình hap phụ kim loại

nặng, cần phải tối ưu hóa các yếu tô này [62]

b) Cơ chế hấp phụ của các 16 trên bẻ mặt than sinh học

Quá trình hap phụ trong đó các ion kim loại như Pb(ID, Cd(I), Ni), Cu(I), bị hap

phụ vào các lỗ trong trên bề mặt than sinh học bang các lực tương tác vật lí như lực Van der

Waals, Các lỗ trên bề mặt than sinh học được gọi là lỗ xốp và chúng có kích thước và hình

dang khác nhau tùy thuộc vảo loại than và điều kiện san xuất [63] Tuy nhiên, hap phụ kim

loại bằng các lỗ trên bè mặt than sinh học có một số hạn chế như không thê loại bỏ được các

ion kim loại có kích thước lớn hơn kích thước của các lỗ xốp trên bẻ mặt than sinh học và độhấp phụ của các lỗ trống trên bề mặt than sinh học có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tô khác

như tình trạng bề mặt than sinh học, độ pH và nồng độ của dung dịch ion kim loại [63].

c) Cơ chế tạo kết tủa trên bề mặt than sinh học

Một số ion kim loại như Fe(III), Al(II) có thé được hấp phụ trên bề mặt than sinh học

và sau đó phản ứng với các ion OH- dé hình thành kết tủa trên bề mặt than sinh học Kết tủa kim loại trên bé mặt than sinh học có thê được sử dụng để loại bỏ các ion kim loại từ nước

hoặc các dung dịch chứa kim loại Tuy nhiên, cơ chế nảy cũng có một số hạn chế, ví dụ như độkết tủa không cao va việc thu hồi kết tủa khó khan do kích thước hạt kết tủa nhỏ [64]

l6

2.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Than sinh học đã xuất hiện từ lâu trên thế giới và cả Việt Nam, các nghiên cứu sử dụngthan sinh học làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại nặng và anion đang được chú ý nhiều hơn

nhờ những ưu điểm của vật liệu nay đem lại Các nghiên cứu không ngừng được công bố chothấy việc sử dụng than sinh học là một giải pháp hiệu qua và thân thiện với môi trường

2.5.1 Nghiên cứu trong nước

Các đề tài nghiên cứu than sinh học ứng dụng trong việc loại bỏ các ion trong môi

trường đã được quan tâm từ nhiều năm nay

Bảng 2.1 nei hop T số đề tài — cứu than sinh học a nước

D6 Thu Hà và Hoạthóa bằng ˆ hóa băng ~ Cu(I,Pb(I), - PbdIb,

Giang, Do Quang ; Dung dich H:PO; Pb(H) Cu(H)

dừa, mun cưa, vỏ

Huy [7]

vỏ lạc.

Nguyễn Văn :

Phụ phâm nông Phương vả cộng

sự [10]

Đào Minh Trung,

Nguyễn Thị Vỏ hạt mắc-ca 10> Pb(II)

Thanh Trâm [67]

Thị Cúc Phương Từ cây mai AICI

Trần và Nguyễn dương (Mimosa °

17

nghiệp: phan bò

Thi Phượng [68] pigra L.)

.

Pham Tang Cat

Lượng, Lưu Gia

Hy Trương Chí

Hiền, Nguyễn

Kim Diễm Mai

[69]

Mùn cưa Pb(1II) Cu(H)

Năm 2013, Đỗ Thu Hà cùng các cộng sự đã nghiên cứu vật liệu than sinh học có nguồn

gốc từ xơ dừa hoạt hóa NaOH trong việc hấp phụ kim loại nặng trong nước thải Kết quả

nghiên cứu cho thay rang, trong môi trường ô nhiễm đơn lẻ các kim loại Pb, Cu, Zn, Cd và As

ở nông độ 5 mg-L"! và lượng xơ dita hoạt hóa đưa vào xử lý là 5g-L! nước thải, thì xơ dừa

hoạt hóa có kha năng hap thu khá tốt Pb, Cu, Zn và Cd Khả năng hap thu của xơ dừa đạt99,46% đối với Pb; 80,06% lượng Cu; 77,82% đối với Cd và 61,22% đối với Zn, xơ dừa hap

thu kém As (11,40%) [65].

Năm 2016, Vũ Thị Mai và Trịnh Văn Tuyên đưa ra nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng

hap phụ của amonium trong môi trường nước bang than sinh học tit lõi ngô biến tinh bằng

H:PO¿ và NaOH Kết quả nghiên cứu cho thay quá trình hấp phụ tối ưu khi giá trị pH = 7, thờigian hấp phụ đạt cân bằng sau 60 phút, mô hình đăng nhiệt theo Langmuir và Sips miêu tả tốt

quá trình hap phụ amonium trên than biên tính, dung lượng hap phụ tôi da theo Langmuir đạt16,6 mự-#! Động học quá trình hap phụ amoni trên than biến đôi tuân theo mô hình động học

bậc 2 Quá trình hap phụ tuân thủ theo cả hai cơ chế hap phụ hóa học và hap phụ vật lý tùy

thuộc vào pH của môi trường Dựa vào dung lượng hap phụ, chúng ta có thé khăng định than

biến đôi có tiềm năng dé hap phụ amonium trong dung dich [66]

Trong cùng năm 2016, các nghiên cứu vẻ việc sử dung phụ phẩm nông nghiệp dé xử lýkim loại nặng trong nước đang được quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả ma nó manglại Nghiên cứu của Phạm Hoang Giang và Đỗ Quang Huy tiền hành biến tính một số vật liệu

phụ phẩm nông nghiệp bằng acid HsPOs, từ đó nhận thấy vật liệu sau biến tính có khả năng

hấp phụ xanh methylene cao hơn so với vật liệu góc từ 2 đến 5 lần Qua đó lựa chon 2 vật liệu

I§

có hiệu suất hap phụ tốt nhất là vỏ chuối và rơm dé tiến hành thí nghiệm hap phụ kim loạinặng Anh SEM của vật liệu cho thấy quá trình biến tính đã làm thay đôi cau trúc của vật liệu

theo hướng làm tăng tông diện tích bề mặt vật liệu dẫn tới kha năng hap phụ tăng Khảo sat

ảnh hưởng của nông độ ion kim loại nặng tới quá trình hấp phụ ta thấy, quá trình hắp phụ tuân

theo mô hình đường hap phụ đăng nhiệt Langmuir với dung lượng hap phụ cực đại của các vật

liệu là vỏ chuối biến tính: 121,95 mg-g1! Pb(II) và 53,2 mg-g! Cu(II); rơm biến tính : 55,56

meg-#†! Pb(II) và 46,3 mg-g! Cu(II) [7].

Nam 2019, Nguyễn Văn Phuong cùng cộng sự đã khảo sát cơ chế loại bỏ Cu(II) khỏi dung địch nước của than sinh học có nguôn gốc từ phân bò như một chất hấp phụ Than sau

thu được cho cân bằng với dung dich Cu(II) ở nhiều nồng độ khác nhau dao động 0-360 mg/Ltrong khoảng 12 giờ Các đường đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) của than được điều chế ở 300 và

450°C phù hợp với mô hình Langmuir hơn, trong khi mô hình Freundlich phù hợp hơn cho

than được điều chế ở 600°C Kha nang hấp phụ tối đa của Cu(II) cho than điều chế ở 300, 450

và 600°C Lan lượt là 12,2; 21,8 và 21,6 mg-g' Kết quả chỉ ra rằng phân bò là chất thải có thể

được chuyên đôi thành than sinh học có giá trị như một chat hap phụ đê loại bỏ độc tính Cu(II)

khỏi môi trường nước [10].

Năm 2020, Đào Minh Trung và Nguyễn Thị Thanh Trâm trình bày nghiên cứu xứ lý

nước thai lead giả định với nồng độ ban đầu được cô định tại 30 mg-L" và vật liệu nghiên cứu,than biến tính được điều chế từ vỏ hạt Mắc-ca đã được hoạt hoá bằng cách nung và cuối cùngbiến tinh than với tác nhân H:O› Than được biến tinh bằng cách ngâm lắc than trong dung

dịch HạO; 25% trong 48 giờ Kết quả than sau khi biến tính cho kết quả hap phụ đạt 266,26

mg-g', kết quả nghiên cứu cho thấy có sự tương đồng với một số nghiên cứu trước đây Thật

vậy, khi nghiên cứu ứng dụng vật liệu vào xử lý lead trong nước thải giả định, kết quả nghiên

cứu cho thấy hiệu xuất xử lý lead đạt 94,05% khi kháo sát ở cùng điều kiện tối ưu tại pH = 6với liều lượng 0,4 g-L'' và và thời gian 60 phút Qua đối chứng cho thấy kết qua nghiên cứu có

sự tương đồng với một số kết quả nghiên cứu trước đây, từ đó có thẻ khăng định vật liệu thanbiến tinh có khả nang ứng dụng xử lý Pb(HH) trong nước thải [67]

Năm 2021, Trần Thị Cúc Phương và Nguyễn Thị Phượng đã công bo nghiên cứu của

mình trong việc chế tạo than sinh học từ cây mai dương (Mimosa pigra L.) và biến tính với

mudi AICI; với các nông độ khác nhau (0,5M, 1M, 2M và 3M) Kết quả nghiên cứu cho thay

19

BAI2 cho khả năng hap phụ NOs tốt nhất (11,08 mg-g") cải thiện rat đáng kể so với than sinhhọc không biến tính (-1,55 mg-g') [68].

Trong cùng năm với nghiên cứu trên, Phạm Tăng Cát Lượng cùng cộng sự đã nghiên

cứu khả năng xử lí ion Pb(II) va Cu(II) trong dung dịch bằng than sinh học điều chế từ man

cưa Nghiên cứu đã chỉ ra khả năng xử lí khác nhau của than sinh học được điều chế từ mùncưa với hai ion là Pb(II) va Cu(II) Kết qua cho thay dung lượng hấp phụ cực đại đạt 62,11

mẹ-g! đối với Pbh(II) và 20,49 mg-g! đối với Cu(II) ở pH = 4,0 va thời gian đạt cân bằng happhụ là 120 phút Quá trình hap phụ ion Pb(H) và Cu(II) trên than sinh hoc phù hợp hơn với quyluật động học bậc hai và mô hình đăng nhiệt hap phy Langmuir Nghiên cứu này cũng công bố

kết quả xử lí ion Pb(II) và Cu(II) trong nước thải ở Phòng Thí nghiệm Hóa Vô co, Trường Đạihọc Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh [69]

2.5.2 Nghiên cứu ngoài nước

Những nghiên cứu ứng dụng than sinh học xử lý các ion kim loại nặng ở các quốc gia

trên thé giới từ sớm đã được công bố

HongYu Wang : ` Pb(IT), Cu(H) va

sự [79]

Alternanthera philoxeroides

Năm 2010, Liao & Dexiang va cộng sự đưa ra nghiên cứu chế tạo than sinh học có

nguồn gốc từ vỏ trứng biến tính với hydroxyapatite cho kết qua ion Pb(II) bị hấp phụ tôi đa là

101 mg-g†! [58].

Năm 2014, các nhà nghiên cứu đến từ Thái Lan gồm Songkrit Prapagdee, SomkiatPiyatiratitivorakul, Amorn Petsom & Nukoon Tawinteung đã đưa ra nghiên cứu chế tao thansinh học có nguồn gốc từ Thân sắn biến tính với KOH và phosphoric acid loại bỏ Cu(ID và

Zn(II) trong đất nông nghiệp, kết quả bón than sinh học vào dat dé tăng năng suất cây trồng

với tốc độ tăng trưởng và năng suất vỏ đậu là 10 % [70]

Nghiên cứu của HongYu Wang (2015) trình bày khả năng hap phụ ion Pbh(II), Cu(II) vàCd(I) của than sinh học điều chế từ gỗ cây Hồ Đào đã xử lý KMnO; thông qua nhiệt phân

chậm (600°C) với kết quả dung lượng hap phụ tối đa lần lượt là 153,1, 34,2 và 28,1 mg-g',

cao hơn đáng ké so với đó là than sinh học chưa biến tinh [71]

21

Nghiên cứu vào năm 2017 của J Deng củng cộng sự cho thay sự hap phụ kim loại nặng

từ dung địch nước lên than sinh học biến tính bing NaOH va HCI có nguồn gốc từ sinh khối

hạt chà là cho kết quả khả năng hấp phụ cao nhất lần lượt là 0,911, 0,705 và 0,692 mmol-g !

đỗi với Pb(II), Cu(H) và Ni(H) So với than sinh học chưa biến tinh, khả năng hap phụ đối vớiPb(II), Cu(II) va Ni(II) tăng lần lượt là 27%, 66% và 98% [72]

Nam 2018, Simeng Li và Gang Chen đã công bố đề tài nghiên cứu acrylamide rẻ tiền

đã được sử dụng đẻ tổng hợp vật liệu tông hợp polyacrylamide hydrogel-biochar với liều

lượng 1,3 và 5% trọng lượng than sinh học có nguồn gốc từ rơm ra Theo kết quả thí nghiệm

đăng nhiệt, chỉ ra rằng khả năng hap phụ tôi đa của vật liệu tông hợp là 30,63, 59,21 và 63,58

mg-g đối với ba vật liệu tông hợp với liều lượng than sinh học tăng dan So sánh với than sinhhọc chưa được biến tính với hydrogel qmax thấp hơn nhiều là 24,72 mg-g' [73]

Năm 2020, Inas A.Hashem và cộng sự đã công bố nghiên cứu nói về than sinh học cónguồn gốc tử rom ra trong việc xử lý đất bị ô nhiễm Ni(II) do tưới bằng nước thải Kết quả chobiết than sinh học có khả năng làm giảm Ni(ID trong đất từ 24,6% đến 39,4% [74]

Trong củng năm trên, X Meng cùng cộng sự đã ra đưa đề tài nghiên cứu than sinh họcđược làm giàu nitrogen/phosphorus với độ xóp tăng cường điều chế thông qua quá trình nhiệtphân mùn cưa tre một bước được biến tính bing guanidine phosphate (GP) Kết quả khả nănghấp phụ cao đối với Pb(IT) (166.2 mg-g”), Cu( II) (81,7 mg-g') và Cd(H) (60,3 mg-g"') [75]

Ahmed cung cộng sự đã công bố dé tài trình bày nhiệt phân hạt đưa hấu (WM) trong

môi trường nitrogen tạo ra than sinh học biến tinh bằng HạO:› Kết quả dựa trên mô hình

Langmuir, dung lượng hap phụ Pb(II) tối đa được tính tương ứng là 44,32 mg-g ` và 60,87mg-g! đối với than chưa biến tính và đã biến tinh với H2O2 Theo kết quả đạt được, việc biến

tính với H›O; của than sinh học hạt dưa hấu có thẻ được coi là một phương pháp day hứa hẹn

va hiệu quả về mặt chỉ phí liên quan đến việc loại bỏ Pb(II) khỏi nước/nước thai ma không gây

tác động xấu đến môi trường xung quanh [76]

Cùng năm 2021, Wang cùng cộng sự đã công bố nghiên cứu than sinh học biến đối

kiêm mới được điều chế từ lá bạch quả được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân một bước

đơn giản và được nghiên cứu làm chat hap phụ đẻ loại bỏ Pb, Cd và Cu khỏi dung dịch nước

Sau khi biến tính bằng kiêm, than sinh học lá bạch quả thê hiện nhiều nhóm chức bé mặt và độ

22

xốp lớn nên có kha năng hap phụ cao đối với Pb (589,32 mg-g `), Cd (563,55 mg-g') và Cu

(81,7 mg-g ') [77].

Nghiên cứu của Rachel A.Smoak and Jerald L Schnoor chỉ ra rằng than sinh học được

điều chế từ sinh khối O chalcidica - thực vật phát triển trên dat cát, nghèo dinh dưỡng từ một

khu khai thác mỏ ở Minnesota - ở nhiệt độ nhiệt phan 900°C hap thụ tới 154 mg-g! Ni(II)

Than sinh học O chalcidica cũng loại bỏ Ni(II) khỏi dung dich nước rửa ma điện Ni mô phỏng.

Những kết qua này cung cấp bằng chứng cho thấy than sinh học O chalcidica là một vật liệuhap dẫn dé xử lý đồng thời nước thải có hàm lượng Ni(II) cao [78]

Mới đây nhất, Zhou cùng cộng sự đã công báo nghiên cứu than sinh học chứa MgO có

nguồn gốc từ Alternanthera philoxeroides (MAPB) đã được tông hợp dé loại bỏ Cu(II) So với

các chất hap thụ than sinh học khác, MAPB cho thấy động học hap phụ tương đối chậm nhưng

loại bỏ Cu(II) hiệu quả với khả năng hap phụ tối đa là 1.238 mg-g"! [79]

23

CHUONG 3 THUC NGHIỆM 3.1 HOA CHAT, DUNG CU, THIET BI DO

3.1.1 Hoa chat

Các hoá chat sử dung trong nghiên cứu được liệt kê ở Bang 3.1

Bảng 3.1 Danh mục các hóa chất sử dụng

Tên Độ tỉnh khiết Công thức Hãng sản xuất

Dung dịch chuan copper 1000 Cu(NOs)2 trong Merck

Lead(II) nitrate > 99% Pb(NO:); Xilong Scientific

Nitric acid 65-68% > 99% HNO; Xilong Scientific

3.1.2 Dung cu

Dụng cụ được sử dung trong thi nghiệm được liệt kê trong bảng 3.2

24

HI8314 ICE 3000

9000602 WaterPro PS

Tủ say Memmert

May khuấy từ

Cân điện tử Sartorius

Máy lac Scilogex

Máy đo pH cam tay Hanna

May do AAS Thermo Scientific

May deion Labconco

3.2 PHUONG PHAP NGHIEN CUU

3.2.1 Phuong phap nghién citu li luan

25

- Tông quan các tải liệu nghiên cứu liên quan đến các ô nhiễm nguồn nước bởi copper

va lead, phương pháp hap phụ ion kim loại, than sinh học, biển tính than sinh học.

- Sử dụng phương pháp phân tích, tông hợp hệ thông hoá và đánh giá dé nghiên cứu

các tài liệu.

3.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều chế than sinh học có nguồn gốc từ đũa tre dùng một lần và biến tính với

phosphate.

- Nghiên cứu các đặc trưng than sinh học BC-Phosphate thông qua xác định điểm điện tích không (PZC-Point of Zero Charge), phương pháp phô tán sắc năng lượng tia X (EDX), phương pháp kính hiên vi điện tử quét tán xạ trường (FESEM), phương pháp xác định phô

hồng ngoại FT-IR và phương pháp hap phụ- khử hap phụ đăng nhiệt và tính toán theo phươngtrình BET đẻ xác định hình thái, cấu trúc và thành phan của BC-Phosphate

- Khảo sát khả năng hap phụ ion Cu(I) và Pb(II) bang than sinh học biến tính vớiphosphate thông qua quy trình tong hợp, mô hình khảo sát các điều kiện hap phụ

- Nông độ ion Cu(H) và Pb(IL) được xác định bằng phô hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, sử

dung máy do AAS Thermo Scientific ICE 3000 tại phòng thí nghiệm phân tích trung tam của

trường Đại học Sư phạm Thành phố Hỗ Chí Minh

- Phương pháp xử lý số liệu

3.2.3 Quang phổ hap thụ nguyên tử (AAS)

a) Khái niệm phương pháp AAS

Phương pháp AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) là phương pháp phân tích hóa

học dựa trên việc đo độ hấp thụ của một mẫu dung dịch khi được chiếu sáng bởi tia cực tim hoặc tia hông ngoại Phương pháp AAS được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm

phân tích hóa học đẻ xác định nông độ các nguyên t6 kim loại trong các mẫu vật liệu khác

nhau [80].

Các electron trong nguyên tử sẽ di chuyền trên các quỹ đạo ứng với mức năng lượngthấp nhất Eo tạo thành trạng thái cơ bản Khi nguyên tử kim loại ở dang hơi và được chiêu sang

bằng bức xạ có năng lượng thích hợp, các electron hoá trị của nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng

và chuyền sang các mức năng lượng cao hơn Mỗi nguyên tử kim loại sẽ có các bước sóng hap

thụ khác nhau, và dựa trên nguyên lý này, ta có thể xác định nông độ của nguyên tô trong mẫu

26

phân tích Trong quá trình phân tích bằng phương pháp phô hấp thụ nguyên tử, việc đo lường

sự hap thy của bức xạ sẽ cho phép xác định nông độ của nguyên tổ trong mau [81]

b) Nguyên li hoạt dong

Máy quang phô hấp thụ nguyên tử (AAS) hoạt động dựa trên nguyên lý rằng các

nguyên tố kim loại có khả năng hấp thụ bức xạ tại một bước sóng cụ thê [40] Đề sứ dụng

phương pháp AAS, một dãy dung dịch chuẩn của nguyên tố phân tích cần được chuan bị chính

xác Các dung dich chuẩn này có nồng độ biết đến và được sử dụng đẻ xác định giá trị thamchiếu cho việc đo lường nông độ của nguyên tô trong mẫu

Đèn catot lõm của nguyên tổ cần phân tích can được gắn dé phat ra bức xạ ánh sáng có

bước sóng tương ứng với nguyên té đó [81] Máy quang phô hap thụ nguyên tử (AAS) có thé

phân tích các hàm lượng mẫu từ nòng độ ppb (parts per billion) đến ppm (parts per million),

tùy thuộc vào độ nhạy của máy và cường độ của tia sáng được sử dung [81].

e) Các thông số máy

Từ các nghiên cứu và khảo sát thực nghiệm đẻ lựa chọn thông số máy dé xác định

hàm lượng kim loại Cu (II) va Pb (II) được mô tả ở bảng 3.4 [82].

3.2.4 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X EDX (Energy-dispersive X-ray

spectroscopy)

Phổ tan xạ năng lượng tia X là một kỹ thuật được sử dụng đề phân tích nguyên tố hoặc

đặc tính hóa học của vật liệu, thường được viết tắt là EDX hoặc EDS (Energydispersive X-ray

spectroscopy) Phương pháp nay dùng dé xác định thành phan của vật liệu rắn dựa trên việcghi lại phô tia X phát ra từ mẫu vật rắn do tương tác với các bức xạ phát ra từ kính hiển vi điện

tử Tan số tia X phát ra đặc trưng cho mỗi nguyên tử của mỗi chất có mặt trong vật liệu rắn Từ

đó việc ghi nhận phô tia X sẽ cho thông tin về các nguyên to hóa học có trong vật liệu rắn và ti

27