NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT CỦA Fe TRÊN BIOCHAR ĐỂ XỬ LÝ As TRONG NƯỚC NGẦM

Ô nhiễm nguồn nước đang là vấn đề nóng bỏng và là một trong những mối quan tâm hàng đầu trên thế giới hiện nay. Các nguồn nước bị ô nhiễm bởi các tạp chất với thành phần và mức độ khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa lý, địa hình, đặc thù sản xuất, sinh hoạt của từng vùng... Tại Việt Nam, nhiều vùng núi và các vùng nông thôn, nước ngầm được sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt chính vì đây là những khu vực có điều kiện kinh tế thấp, hệ thống cung cấp nước sạch chưa phát triển và phải dùng nước giếng khoan là chủ yếu 6. Tuy nhiên, sự có mặt của asen trong nước ngầm tại nhiều khu vực, đã và đang gây ra rất nhiều nguy cơ cho sức khỏe của con người. Nhiều nghiên cứu cho thấy nồng độ asen tại các khu vực khảo sát cao gấp nhiều lần so với nồng độ asen cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt do Bộ Y Tế ban hành năm 2009 là 10 µgL (QCVN02:2009BYT), và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm do Bộ Tài nguyên và môi trường ban hành năm 2008 là 50 µgL. Do vậy việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm asen này là rất cấp thiết và quan trọng. Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới đã và đang áp dụng rất nhiều phương pháp xử lý asen khác nhau như: trao đổi ion, oxi hóakết tủa, keo tụ kết hợp với lắng, hấp phụ bằng các loại vật liệu khác nhau như oxit mangan, chitosan, đá ong biến tính, nhôm hoạt hóa, cát mang sắt, nhựa trao đổi ion 1… Tuy nhiên phương pháp hấp phụ được sử dụng nhiều do có tính kinh tế và hiệu quả xử lý cao. Việt Nam là một nước có truyền thống nông nghiệp lâu đời, là chỗ dựa vững chắc cho nền kinh tế đất nước cũng như đảm bảo an ninh lương thực. Nhưng đi cùng với hàng trăm triệu tấn nông sản là một lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp phát sinh hàng năm như rơm rạ, vỏ trấu, bã mía … Với khối lượng phụ phẩm nông nghiệp rất lớn như vậy mà không có cách xử lý phù hợp sẽ gây ô nhiễm môi trường và là một sự lãng phí lớn. Trong những năm gần đây, việc sản xuất và sử dụng than sinh học (biochar) từ phụ phẩm nông nghiệp vào các mục đích khác nhau như cải tạo đất trồng, phân bón và đặc biệt là ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý các chất ô nhiễm môi trường đã thu hút được nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, do diện tích bề mặt còn thấp cũng như thiếu hụt của các nhóm chức mà khả năng xử lý của vật liệu than sinh học (biocchar) còn thấp hơn so với các loại vật liệu hấp phụ thông thường như than hoạt tính. Do vậy, đã có nhiều nghiên cứu trong nước và trên thế giới biến tính than sinh học (biochar) nhằm nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm môi trường. Một số nghiên cứu ở Việt Nam đã chỉ ra rằng khả năng hấp phụ asen từ các vật liệu có chứa sắt đem lại hiệu quả tương đối cao. Loại bỏ asen bằng các vật liệu mang sắt đã được nghiên cứu theo nhiều cơ chế khác nhau như trao đổi ion, hấp phụ trên bề mặt của nhóm hydroxit hoặc đồng kết tủa đều cho kết quả xử lý tốt 6. Hiện nay, các hạt nano sắt, ngoài các ứng dụng trong y sinh học như làm giá mang dẫn truyền thuốc, làm tác nhân tương phản ảnh cộng hưởng từ..., còn được biết đến như là vật liệu hấp phụ mới để làm sạch môi trường với các hợp chất hữu cơ chứa clo, kim loại nặng và các chất vô cơ khác. Vì vậy, để tận dụng lượng phụ phẩm nông nghiệp dồi dào tại Việt Nam cũng như tăng cường khả năng xử lý asen trong nước ngầm, chúng tôi đã tiến hành thực hiện luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu cố định các hợp chất của Fe trên biochar để xử lý As trong nước ngầm” Mục tiêu của đề tài  Nghiên cứu tổng hợp được vật liệu hấp phụ trên cơ sở biến tính biochar chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp là vỏ trấu bằng nano sắt.  Khảo sát khả năng ứng dụng vật liệu biochar biến tính vào xử lý nước ngầm bị nhiễm asen. Nội dung nghiên cứu  Chế tạo vật liệu biochar từ phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu), vật liệu biochar biến tính bởi sắt và nano sắt.  Phân tích đặc trưng cấu trúc và tính chất vật liệu thông qua các phương pháp: Kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (IR), phổ hấp phụ và giải hấp phụ N2 (BET), phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX).  Đánh giá ảnh hưởng của pH, thời gian, nồng độ ban đầu đến quá trình hấp phụ asen của vật liệu biochar và biochar biến tính. So sánh khả năng hấp phụ asen của vật liệu biocchar và biochar biến tính khi nghiên cứu quá trình hấp phụ tĩnh.  Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ asen của vật liệu: Thời gian, pH, nồng độ asen ban đầu.  Kháo sát cân bằng hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.  Khảo sát mô hình động học hấp phụ của vật liệu. Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm tại Trung tâm Ứng dụng và Phát triển Khoa học Phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT CỦA Fe TRÊN BIOCHAR ĐỂ XỬ LÝ As TRONG NƯỚC NGẦM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT CỦA Fe TRÊN BIOCHAR ĐỂ XỬ LÝ As TRONG NƯỚC NGẦM Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Thanh Đồng PGS TS Đỗ Quang Trung Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin cảm ơn TS Phạm Thanh Đồng, PGS TS Đỗ Quang Trung giao đề tài tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nợi nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu suốt thời gian qua, góp phần cho bản thân em hồn thành luận văn được tốt Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô, anh chị bạn Phòng thí nghiệm Hóa Mơi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu học tập Cuối em xin cảm ơn nhóm đề tài QG.19.19, gia đình người thân tạo mọi điều kiện tốt nhất vật chất tinh thần cho em hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 2019 Học viên năm MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU Ô nhiễm nguồn nước vấn đề nóng bỏng mợt những mối quan tâm hàng đầu giới hiện Các nguồn nước bị ô nhiễm tạp chất với thành phần mức độ khác tùy tḥc vào điều kiện địa lý, địa hình, đặc thù sản xuất, sinh hoạt vùng Tại Việt Nam, nhiều vùng núi vùng nông thôn, nước ngầm được sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt những khu vực có điều kiện kinh tế thấp, hệ thống cung cấp nước chưa phát triển phải dùng nước giếng khoan chủ yếu [6] Tuy nhiên, sự có mặt asen nước ngầm nhiều khu vực, gây rất nhiều nguy cho sức khỏe người Nhiều nghiên cứu cho thấy nồng độ asen khu vực khảo sát cao gấp nhiều lần so với nồng độ asen cho phép theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước sinh hoạt Bộ Y Tế ban hành năm 2009 10 µg/L (QCVN02:2009/BYT), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ngầm Bộ Tài nguyên môi trường ban hành năm 2008 50 µg/L Do việc xử lý nguồn nước bị ô nhiễm asen rất cấp thiết quan trọng Hiện Việt Nam giới áp dụng rất nhiều phương pháp xử lý asen khác như: trao đổi ion, oxi hóa/kết tủa, keo tụ kết hợp với lắng, hấp phụ loại vật liệu khác oxit mangan, chitosan, đá ong biến tính, nhơm hoạt hóa, cát mang sắt, nhựa trao đổi ion [1]… Tuy nhiên phương pháp hấp phụ được sử dụng nhiều có tính kinh tế hiệu quả xử lý cao Việt Nam mợt nước có truyền thống nơng nghiệp lâu đời, chỗ dựa vững cho kinh tế đất nước đảm bảo an ninh lương thực Nhưng với hàng trăm triệu tấn nông sản một lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp phát sinh hàng năm rơm rạ, vỏ trấu, bã mía … Với khối lượng phụ phẩm nông nghiệp rất lớn mà khơng có cách xử lý phù hợp gây ô nhiễm môi trường một sự lãng phí lớn Trong những năm gần đây, việc sản xuất sử dụng than sinh học (biochar) từ phụ phẩm nơng nghiệp vào mục đích khác cải tạo đất trồng, phân bón đặc biệt ứng dụng làm vật liệu hấp phụ xử lý chất ô nhiễm môi trường thu hút được nhiều sự quan tâm Tuy nhiên, diện tích bề mặt thấp thiếu hụt nhóm chức mà khả xử lý vật liệu than sinh học (biocchar) thấp so với loại vật liệu hấp phụ thơng thường than hoạt tính Do vậy, có nhiều nghiên cứu nước giới biến tính than sinh học (biochar) nhằm nâng cao khả xử lý ô nhiễm môi trường Một số nghiên cứu Việt Nam khả hấp phụ asen từ vật liệu có chứa sắt đem lại hiệu quả tương đối cao Loại bỏ asen vật liệu mang sắt được nghiên cứu theo nhiều chế khác trao đổi ion, hấp phụ bề mặt nhóm hydroxit đồng kết tủa cho kết quả xử lý tốt [6] Hiện nay, hạt nano sắt, ứng dụng y sinh học làm giá mang dẫn truyền thuốc, làm tác nhân tương phản ảnh cợng hưởng từ , được biết đến vật liệu hấp phụ để làm môi trường với hợp chất hữu chứa clo, kim loại nặng chất vơ khác Vì vậy, để tận dụng lượng phụ phẩm nông nghiệp dồi Việt Nam tăng cường khả xử lý asen nước ngầm, tiến hành thực hiện luận văn với tiêu đề: “Nghiên cứu cố định hợp chất Fe biochar để xử lý As nước ngầm” Mục tiêu đề tài  Nghiên cứu tổng hợp được vật liệu hấp phụ sở biến tính biochar chế tạo từ phụ phẩm nông nghiệp vỏ trấu nano sắt  Khảo sát khả ứng dụng vật liệu biochar biến tính vào xử lý nước ngầm bị nhiễm asen Nội dung nghiên cứu  Chế tạo vật liệu biochar từ phụ phẩm nơng nghiệp (vỏ trấu), vật liệu biochar biến tính sắt nano sắt  Phân tích đặc trưng cấu trúc tính chất vật liệu thơng qua phương pháp: Kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (IR), phổ hấp phụ giải hấp phụ N2 (BET), phổ tán xạ lượng tia X (EDX)  Đánh giá ảnh hưởng pH, thời gian, nồng đợ ban đầu đến q trình hấp phụ asen vật liệu biochar biochar biến tính So sánh khả hấp phụ asen vật liệu biocchar biochar biến tính nghiên cứu q trình hấp phụ tĩnh  Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp phụ asen vật liệu: Thời gian, pH, nồng độ asen ban đầu  Kháo sát cân hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich  Khảo sát mơ hình đợng học hấp phụ vật liệu Luận văn được thực hiện phương pháp thực nghiệm Trung tâm Ứng dụng Phát triển Khoa học Phân tích, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan asen 1.1.1 Giới thiệu asen Asen (As) hay gọi thạch tín mợt bán kim loại màu sáng trắng, mùi tỏi, có số nguyên tử 33, nguyên tử khối 74,92, tỉ trọng 5,7 thăng hoa 613oC, thuộc chu kỳ phân nhóm phụ nhóm V bảng hệ thống tuần hồn Asen có hai dạng thù hình bản, dạng kim loại dạng không kim loại Dạng không kim loại asen được hình thành làm ngưng tụ nó, asen có màu vàng, dạng kim loại asen có màu trắng bạc [20] Trong tự nhiên người ta thường tìm thấy asen dạng hợp chất với một hay một số nguyên tố khác oxi, clo lưu huỳnh Một số hợp chất asen thường gặp tự nhiên là: As2O3, As2O4, As2O5, quặng sunfua reanga As2S3, oripimen As2S4, As2S5 Asen tự nhiên có thể tồn mơi trường đất, nước, khơng khí, sinh học… có liên quan chặt chẽ tới trình địa hóa, sinh địa hóa Tùy theo điều kiện mơi trường mà asen có thể tồn nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau: -3, 0, +3, +5 Trong nước tự nhiên, asen tồn chủ yếu hai dạng hợp chất vô asenat [As (V)] asenit [As (III)] As (V) dạng tồn chủ yếu asen nước mặt asen (III) dạng tồn chủ yếu asen nước ngầm Dạng As (V) hay asenat bao gồm AsO 43-, HAsO42-, H2AsO4-; dạng As (III) hay asenit bao gồm H3AsO3, H2AsO3-, HasO3- AsO3- Asen có thể tồn nhiều dạng hợp chất hữu như: axit monometyl asonic (MMA), axit dimetyl asonic (DMA), axit trimetyl asonic (TMA) Các dạng tồn asen nước phụ thuộc chủ yếu vào pH oxi hóa khử Eh mơi trường [1] Hợp chất thương phẩm quan trọng nhất asen As 2O3, sản phẩm phụ được sinh trình nấu chảy quặng đồng hay chì Có khoảng 200 loại quặng có chứa asen, loại quặng chủ yếu được dùng để sản xuất asen asenopirit (FeAsS), reanga (As 2S2) màu đỏ opimen màu vàng Trong công nghiệp, asen được điều chế cách đun nóng khống điều kiện khơng có khơng khí, khử asen trioxit (As4O6) với than đá [14, 15] FeAsS (700oC) FeS + As (khí) As (rắn) As4O6 + 3C 4As + 3CO2 Asen sản phẩm phụ trình chiết kim loại đồng, chì, kẽm, bạc vàng từ quặng khác Mợt lượng lớn asen được giải phóng dòng chảy lỏng từ trình nghiền vàng sử dụng xianua ống khói từ q trình nung chảy quặng vàng [29] Trước đây, asen được sử dụng rộng rãi nhiều ngành nghề công nghiệp, nông nghiệp để điều chế thuốc trừ sâu, diệt chuột, thuốc chữa bệnh, thuốc kích thích sự tăng trưởng gia cầm, lợn; chất màu cho thủy tinh, gốm sứ sắc tố cho giấy gián tường in hoa, chất bảo quản gỗ, da tḥc; chế vũ khí hóa học (khí mù tạt), chất bán dẫn; luyện kim (đạn chì)… Ngày nhận thức được ảnh hưởng nghiêm trọng asen tới người mơi trường, asen được dùng hạn chế một số ngành (luyện kim, sản xuất bảo quản gỗ) [20] Hiện nay, asen xuất hiện môi trường tự nhiên một phần trình phong hóa đất đá có chứa asen, cháy rừng, khí đại dương (hoạt đợng vi sinh vật), núi lửa; hoạt động địa chất làm cho nước ngầm nhiều nơi có nồng đợ asen tự nhiên cao Các nguồn asen nhân tạo chủ yếu đưa vào môi trường bao gồm sự phát tán lò luyện, chiết tách asen, kim loại, nhà máy sản xuất hóa chất, đốt than Nước cống rãnh nước rỉ từ địa điểm chứa chất thải công nghiệp sinh hoạt, cánh đồng sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật có chứa asen đặc biệt địa điểm gần mỏ kim loại [20] Mặc dù được biết có đợc tính cao, asen vẫn được sử dụng nhiều cách ngành công nghiệp, nông nghiệp gây nhiều tác hại đến môi trường, nguồn nước ngầm, nước mặt gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Vì vậy, việc xác định xử lý nguồn nước bị nhiễm asen vấn đề quan trọng cần thiết hiện 10 Hình 3.10 Đường tuyến tính Freundlich biochar, Fe-biochar nano Febiochar với asen Ở pH = – As (V) tồn nước chủ yếu dạng H 3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43- Ở dạng tồn As(V) được hấp phụ oxit/hidroxit sắt có bề mặt biochar biến tính tạo thành phức monodentat theo phương trình: FeH2AsO4 + H2O FeOH + H2AsO4- FeHAsO4- + H2O FeOH + HAsO42- FeAsO42- + H2O FeOH + H3AsO4 Bảng 3.6 đưa so sánh khả hấp phụ asen biochar, FeBiochar nano Fe-biochar với loại vật liệu hấp phụ khác Kết quả cho thấy cả loại vật liệu Fe-Biochar nano Fe-biochar cho khả xử lý asen nước cao có thể được sử dụng để thay than hoạt tính khả xử lý nước thải có chứa asen 62 Bảng 3.6 Khả hấp phụ Asen loại vật liệu khác Vật liệu hấp phụ Biochar từ vỏ trấu Biochar La(III) - Silica gel Fe-Biochar Alumina Y(III) - Alumina Nano Fe-Biochar Than hoạt tính Hạt cellulose -FeOOH (BCF) Than hoạt tính 3.2.5 Mơ hình động học Khả xử lý (mg/g) 2,96 3,75 8,58 12,82 12,88 14,45 15,65 25 33,2 Tài liệu tham khảo 34,46 36 Nghiên cứu 31 42 Nghiên cứu 43 43 Nghiên cứu 22 25 Mơ hình đợng học hấp phụ bậc bậc biochar, Fe-Biochar nano Fe-biochar được thể hiện hình 3.11, 3.12 bảng 3.7 Các hệ số tương quan R2 phương trình đợng học dạng tuyến tính q trình hấp phụ Asen vật liệu hấp phụ lớn Đối với tất cả trình hấp phụ vật liệu hấp phụ tổng hợp có giá trị R2 mơ hình đợng học bậc (R2 > 0,988) lớn so với bậc (R2 > 0,839) Mặt khác, so sánh giá trị dung lượng hấp phụ thời điểm cân (qe) tính theo mơ hình theo thực nghiệm biochar, Fe-Biochar nano Fe-biochar, ta thấy giá trị qe tính theo mơ hình đợng học bậc sát với giá trị thực nghiệm Điều chứng tỏ sự hấp phụ Asen (V) biochar, FeBiochar nano Fe-biochar phù hợp với mơ hình đợng học bậc Tốc đợ hấp phụ vật liệu thời điểm t phụ tḥc vào bình phương dung lượng hấp phụ vật liệu hấp phụ Bảng 3.7 Các tham số mơ hình đợng học hấp phụ bậc bậc Vật liệu Biochar Fe-Biochar Nano FeBiochar Qe (thực nghiệm) (mg/g) 2,45 7,67 8,72 Mơ hình đợng học bậc R2 qe k1 (mg/g) (phut-1) 0,8399 0,33 0,0198 0,9468 24,01 0,0439 0,9175 11,33 0,0259 63 Mơ hình đợng học bậc R2 qe k2 (mg/g) (phut-1) 0,9988 2,52 0,0664 0,9881 9,09 0,00316 0,9962 10,05 0,00317 Hình 3.11 Phương trình đợng học hấp phụ Asen (V) dạng tuyến tính bậc Hình 3.12 Phương trình đợng học hấp phụ Asen (V) dạng tuyến tính bậc 3.2.6 Nghiên cứu khả tái sử dụng vật liệu hấp phụ Quá trình giải hấp một yếu tố quan trọng để đánh giá khả tái sử dụng vật liệu Kết quả nghiên cứu giải hấp asen khỏi loại vật liệu Biochar biến tính dung dịch NaOH 1M được thể hiện Bảng 3.8 Các kết quả thực nghiệm cho thấy khả giải hấp rất tốt vật liệu Fe-Biochar vật liệu nano 64 Fe-Biochar Hiệu suất giải hấp vật liệu Fe-Biochar tốt so với vật liệu nano Fe-Biochar có thể q trình hấp phụ hóa học vật liệu nano Fe-Biochar lớn bền vững so với vật liệu Fe-Biochar nên dẫn tới khả giải hấp bị giảm Tuy nhiên, cả loại vật liệu có khả tái sinh tái sử dụng tốt (3 lần vật liệu nano Fe-Biochar, lần vật liệu Fe-Biochar) Bảng 3.8 Hiệu quả tái sử dụng vật liệu biến tính Biochar Hiệu tái sử dụng (%) Vật liệu Lần Lần Nano Fe-Biochar 84,36 81,52 Fe-Biochar 93,56 88,43 3.2.7 Nghiên cứu xử lý asen nước ngầm Lần 78,34 83,77 Lần 65,89 77,92 Khả xử lý loại vật liệu Fe-biochar nano Fe-biochar mẫu nước ngầm thực tế có chứa Asen có nồng đợ 91 μg/L được bảng 3.9 Kết quả thu được cho thấy hàm lượng As nước ngầm sau được xử lý vật liệu biến tính biochar giảm xuống 11,52 vật liệu Fe-biochar 7,13 μg/L vật liệu nano Fe-Biochar đáp ứng được tiêu chuẩn dành cho nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường (50 μg/L) tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 Bộ Y tế (10 μg/L) [10, 11] Sau xử lý hàm lượng NO 2-, SO42- giảm > 60% vật liệu Fe-biochar > 75% vật liệu nano Fe-Biochar Kết quả cho thấy hiệu quả việc sử dụng vật liệu biến tính biochar cho việc xử lý asen nước ngầm thành nước sinh hoạt nước uống Bảng 3.9 Khảo sát khả hấp phụ vật liệu Fe-Biochar nano Fe-biochar mẫu nước ngầm chứa asen Vật liệu Trước xử lý Sau xử lý Kết quả khảo sát khả hấp phụ động vật liệu Fe-Biochar nano Febiochar mẫu nước giếng khoan thực tế có chứa Asen có nồng đợ 91 μg/L được bảng 3.9 Dựa theo kết quả thu được có thể tính tốn 65 loại nước ngầm thực tế có hàm lượng asen 91 μg/L kg vật liệu Fe-Biochar nano Fe-Biochar có thể xử lý được 191 234 m xuống nồng độ 50 μg/L đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường; 94 115 m3 xuống nồng độ 10 μg/L đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 Bộ Y tế Bảng 3.10 Khả xử lý vật liệu Fe-Biochar nano Fe-biochar với mẫu nước ngầm ộ nước sau xử lý (μg/L) 50 10 Hình 3.13 Khả hấp phụ xử lý asen mẫu nước thực tế cợt hấp phụ có chứa vật liệu Fe-Biochar, nano Fe-Biochar 66 KẾT LUẬN Đã tổng hợp thành cơng biochar biến tính Fe từ biochar có nguồn gốc từ vỏ trấu Cấu trúc vật liệu được thể hiện thơng qua phổ hồng ngoại FTIR, kính hiển vi điện tử quét SEM, đẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ nitơ (BET) cho thấy vật liệu có đợ xốp cao nhiều lỗ rỗng, có diện tích bề mặt có khả hấp phụ tốt Biochar biến tính được ứng dụng thành cơng để xử lý asen nước Từ kết quả hấp phụ dạng mẻ cho thấy hiệu suất hấp phụ asen có thể đạt tới 87,1% điều kiện tối ưu pH = 5; thời gian tiếp xúc: 240 phút; khối lượng vật liệu : 0,1 g; Nồng độ ban đầu: 10 mg/L Kết quả nghiên cứu cho thấy tải trọng hấp phụ cực đại Fe-biochar nano Fe-biochar asen 12,82 15,65 mg/g Nghiên cứu trình hấp phụ asen Fe-biochar nano Febiochar tn theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Freundlich Quá trình hấp phụ asen tn theo mơ hình đợng học hấp phụ bậc 2: Tốc độ hấp phụ vật liệu thời điểm t phụ tḥc vào bình phương dung lượng hấp phụ vật liệu hấp phụ Vật liệu Fe-biochar nano Fe-biochar được ứng dụng thành công để xử lý asen nước giếng khoan thực tế Kết quả thu được nước giếng khoan sau xử lý đạt tiêu chuẩn nước sinh hoạt theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường (50 μg/L) đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN QCVN 01:2009 Bộ Y tế (10 μg/L) 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Huy Bá (2008), Độc học môi trường bản, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Đặng Văn Can, Đào Ngọc Phong (2000), “Đánh giá tác động asen tới môi sinh sức khỏe người vùng nhiệt dịch có hàm lượng asen cao” Tập san Địa chất Khoáng sản Tập 7,tr.199 Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê Hà Nợi Lê Văn Cát, Cơ sở hóa học kỹ thuật xử lý nước, NXB Thanh Niên, Hà Nội Vũ Ngọc Duy (2005), Nghiên cứu động học oxi hóa As (III) nước clo Cloramin, Luận văn Thạc sĩ Khoa học, Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Quốc Hưng (2017), Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý asen cho nước sinh hoạt công suất 5M3/ngày sử dụng vật liệu bùn đỏ biến tính, Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Phạm Văn Lâm (2011), “Loại bỏ asen nước ăn uống vật liệu nanocomposite NC-MF NC-F20 tự chế tạo”, Tuyển tập hội thảo “Công nghệ xử lý đồng thời asen sắt nước phương pháp lọc sinh học”, Hà Nội Trần Đại Lâm, Nguyễn Tuấn Dung, Nguyễn Lê Huy, Lê Viết Hải (2017), “Các phương pháp phân tích hóa lý vật liệu”, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Bùi Minh Quý (2015), Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi phụ phẩm nông nghiệp để xử lý kim loại nặng Pb (II), Cr (VI) Cd (II) Luận án Tiến sỹ, Khoa Hóa Học, Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên 10 QCVN 09-MT:2015/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước đất 68 11 QCVN 01:2009/BYT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước ăn uống 12 Đỗ Trọng Sự, Nguyễn Trọng Hiền (1992), “Địa điểm ô nhiễm nước ngầm Hà Nội Hải Phòng”, Proceedings of the Regional Seminar on Enviromental Geology, 286-294, Cục Địa chất Việt Nam 13 Trinh Thị Thanh, Trần Yêm & Đồng Kim Loan (2004), Giáo trình công nghệ môi trường Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 36-44 14 Vũ Minh Thắng (2012), Nghiên cứu xử lý asen nước ngầm vật liệu zeolit biến tính đioxit mangan (MnO 2), Luận văn thạc sĩ ngành Khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 15 Trần Hùng Thuận (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu mang đioxit mangan (MnO2) để xử lý asen nước ngầm” Báo cáo tổng hợp kết quả khoa học công nghệ đề tài,Viện ứng dụng công nghệ, Hà Nội Tiếng Anh 16 Ahmad M., Rajapaksha A U., Lim J E., Zhang M., Bolan N., Mohan D., Vithanage M., Lee S S and Ok Y S (2014), “Biochar as a sorbent for contaminant managent in soil and water: A review”, Chesmosphere 99, pp 19-33 17 Anawar H M., Akai J., Mostofa K M G., Safiullah S., Tareq S.M (2002), “Arsenic poisoning in groundwater: health risk and geochemical sources in Bangladesh”, Environment International, pp.597-604 18 Aziur R M., Christel H (2014), “Is arsenic biotransformation a detoxifcation mechanism for microorganisms?”, Aquatic Toxicology, 146, pp 212-219 19 Brown R., Lehmann J., Joseph S (2009) “Biochar production technology – biochar for Environmental Management Science and Technology”, Earthscans, 127-146 20 Mandal B K., Kazuo T S (2002), “Arsenic round the word”, Talanta., 58, pp 201-235 21 Emily R (2006), “Development of an iron-oxide coated ceramic filter for removal of As (III) and As (V) in developing nations”, Master of Science in 69 Environmental Engineering, Department of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Kansas 22 Eguez H.E., Cho E.H (1987), “Adsorption of arsenic on activated charcoal”, J Metals, 39, pp 38–41 23 Gai X., Wang H., Liu J., Zhai L., Liu S., Ren T., Liu H (2014), “Effects of Feedstock and Pyrolysis Temperature on Biochar Adsorption of Ammonium and Nitrate”, Plos one, 9(12) 24 Greenwood N.N., Earnshaw A (1997), Chemistry of the elements, Elservier, Great Britain 25 Guo X., Chen F (2005), “Removal of arsenic by bead cellulose loaded with iron oxyhydroxide from groundwater”, Environ Sci Technol., 39 (17), pp 6808–6818 26 Huang C.P., Fu P (1984), “Treatment of As(V) containing water by activated carbon”, J Water Pollut Contr Fed., 56, pp 232 27 Ippolito J A., Novak J M., Busscher W J., Ahmedna M., Rehrah D., Watts D.W (2012), “Switchgrass biochar affects two aridisols”, J Environ Qual., 41(4), pp 1123-1130 28 Jarlbring M., Gunneriusson L., Hussmann B., Forsling W (2005), “Surface complex characteristics of syntheticmaghemite and hematite in aqueous suspensions”, J.Colloid Interface Sci., 285, pp 212–217 29 Karapinar N., Erdem E., Donat R (2004), “The removal of heavy metal cation by natural zeolites”, Journal of Colloid and Interface Science 280 30 Kenneth G B., Gilbert L R (2002), “Arsenic, drinking water andhealth: A postion paper of the American council on scien and health”, Regulatory Toxicology and Pharmacology, 36, pp.162-174 31 Li K., Li Y., Zheng Z (2010), “Kinetics and mechanism studiesof p-nitroaniline adsorption on activated carbon fibersprepared from cotton stalk by NH4H2PO4 activationand subsequent gasification with steam”, J Hazard.Mater 178, pp 553–559 70 32 Lima I.M., Boateng A.A., Klasson K.T (2010), “Physicochemical and adsorptive properties of fast-pyrolysis bio-chars and their steam activated counterparts”, J Chem Technol Biotechnol., 85, pp.1515–1521 33 Luis R L (2013), Groundwater Arsenic Contamination Throughout China, Science 34 Metcalf, Eddy & Inc (2003), Wastewater engineering: treatment and reuse, Fourth edition, Boston, McGraw – Hill 35 Mian Md M., Liu G (2018), “Recent progress in biochar-supported photocatalysts: synthesis, role of biochar, and applications”, RSC Adv., 8, 14237 36 Pattanayak J., Mondal K., Mathew S., Lalvani S.B (2000), “A parametric evaluation of the removal of As(V) and As(III) by carbon based adsorbents”, Carbon, 38, pp 589–596 37 Rahman R (2008), “Laterite-A Potential Alternetive for Removal of Groundwater Arsenic”, Journal of Applied Science Environmental Management, 12(1), pp 93-100 38 Ramesh C S., Raijkishore P., Bankim C R (2010), “Utilization ofactivated CO2- neutralized red mud for removal of arsenate from aqueous solution”, Journal ofHazardous Materials, 179, pp 1007-1013 39 Samuel L., Micheal B., Pham T K T., Pham H V., Roland S (2004), “Household Sand Filters for Arsenic Removal”, Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG), Ueberlandstr.133, CH-8600 Duebendorf, Switzerland 40 Tarit R., Hiroshi T., Masanori A (2003), “Survey of arsenic and other heavy metals in food composites and drinking water and estimation of dietary intake by the villagers from an arsenic-affected area of West Bengal, India”, Science of the Total Environment, pp 15- 35 41 Yannick M P., Charlotte H., Nicolas M., Michele R (2008), “Arsenic adsorption onto hematite and goethite”, C.R Chimie, 12, pp.876-881 71 42 Wasay S.A., Haron J.Md., Tolkunaga S (1996), “Adsorption of fluoride, phosphate and arsenate ions on lanthanum-impregnated silica gel”, Water Environ Res., 68, pp 295 43 Wasay S.A., Tokunaga S., Park S.W (1996), “Removal of hazardous anions from aqueous solutions by La(III) and Y(III)-impregnated alumina”, Sep Sci Technol., 31, pp 1501 72 PHỤ LỤC Phụ Lục 1: Kết điều tra nguồn nước ngầm nhiễm asen huyện thuộc Hà Nội STT Tên huyện Tổng số mẫu Mức độ nhiễm Asen Giới hạn cho phép (≤ 50 ppb) Vượt giới hạn cho phép (QCVN 02:2009/BYT) Trung bình (51-100 ppb) 10 11 12 13 Nguy hiểm ( >100 ppb) Tỷ lệ nhiễm vượt mức cho phép Chương Mỹ 1395 1342 48 3,8% Ứng Hòa 2968 1589 612 767 46,46% Thanh Oai 2864 1400 1002 462 51,12% Đan Phượng 1247 734 269 244 41,14% Hoài Đức 2001 1249 708 44 37,58% Phúc Thọ 1329 961 244 124 27,69% Ba Vì 455 439 14 3,52% Mỹ Đức 891 731 94 66 17,96% Phú Xuyên 1479 845 198 436 42,87% Thường Tín 2926 1566 522 838 46,48% Thạch Thất 1363 1227 99 37 9,98% Quốc Oai 255 224 20 11 12,16% Sơn Tây 478 478 0 0,00% Tổng số 19651 12785 3830 3036 mẫu % So với 65,06% 19,49% 15,45% 34,94% tổng số (Nguồn: Trung tâm quốc gia nước vệ sinh an tồn nơng thơn, 2016) 73 Phụ lục 2: Lò nung yếm khí chế tạo biochar thực tế Phụ lục 3: Mô hình chạy cột hấp phụ asen phòng thí nghiệm 74 Phụ lục 4: Kết khảo sát hấp phụ xử lý asen nước cột hấp phụ có chứa vật liệu Fe-Biochar nano Fe-Biochar Thể tích (m3) 0,06 0,13 0,19 0,25 0,32 0,38 0,44 0,5 0,61 0,7 0,76 0,82 0,94 0,97 1,01 1,07 1,14 1,26 1,58 1,61 1,76 1,83 1,85 1,91 2,05 2,12 2,17 2,24 2,31 2,34 2,38 2,41 2,49 2,53 2,55 Fe-Biochar 0 0 0.03 0,35 0,91 1,12 1,82 4,55 7,28 9,1 10,01 11,83 16,38 18,4 32,4 38,1 44,4 45,5 48,6 49,3 49,7 50,05 51,2 52,04 52,54 53,02 53,4 53,62 53,81 54,01 54,5 54,6 55,1 Thể tích (m3) 0,09 0,17 0,25 0,33 0,42 0,5 0,58 0,66 0,75 0,91 1,01 1,08 1,15 1,24 1,33 1,41 1,49 1,58 1,66 1,74 1,83 1,91 1,99 2,08 2,17 2,24 2,32 2,34 2,47 2,61 2,74 2,8 2,86 2,95 3,01 75 Nano Fe-Biochar 0 0,91 0,91 0,91 1,82 3,64 4,55 7,28 9,1 9,9 10,01 11,2 24,57 36,4 45,5 46,1 46,32 47,08 47,55 47,9 48,05 48,56 48,8 49,4 49,72 50,01 51,2 52,2 53,2 54,5 52,2 53,2 54,5 Phụ lục 5: Mẫu nước ngầm trước sau hấp phụ vật liệu Fe-biochar nano Fe-biochar 76 ... Việt Nam tăng cường khả xử lý asen nước ngầm, tiến hành thực hiện luận văn với tiêu đề: Nghiên cứu cố định hợp chất Fe biochar để xử lý As nước ngầm Mục tiêu đề tài  Nghiên cứu tổng hợp...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGHIÊN CỨU CỐ ĐỊNH CÁC HỢP CHẤT CỦA Fe TRÊN BIOCHAR ĐỂ XỬ LÝ As TRONG NƯỚC NGẦM Chun ngành: Hóa mơi trường Mã số: 8440112.05 LUẬN VĂN... +3, +5 Trong nước tự nhiên, asen tồn chủ yếu hai dạng hợp chất vô asenat [As (V)] asenit [As (III)] As (V) dạng tồn chủ yếu asen nước mặt asen (III) dạng tồn chủ yếu asen nước ngầm Dạng As (V)