a) Mô hình động học bậc
1.3.5. Tình hình nghiên cứu sử dụng sinh khối khô của thực vật để xử lý kim loại nặng trong nước
nặng trong nước
Trong những năm gần đây, các vật liệu tự nhiên, phụ phẩm nông nghiệp đƣợc sử dụng làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại thay thế các vật liệu đắt tiền đang đƣợc đặc biệt quan tâm bởi các nhà nghiên cứu do tính sẵn có, dƣ thừa, ít giá trị kinh tế, cần ít quá trình xử lý chúng. Nhiều nghiên cứu của các nhà nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đƣợc tiến hành cho thấy những vật liệu này có khả năng hấp phụ kim loại nặng trong nƣớc thải.
Abdunnaser Mohamed Etorki và cộng sự [30] đã sử dụng một loại cây đỗ ở Tripoli, Libya làm vật liệu hấp phụ loại bỏ các ion kim loại Pb(II), Cd(II), Zn(II) trong dung dịch nƣớc. Vật liệu đƣợc rửa sạch bằng nƣớc cất, sấy khô ở 80ᴼC÷100ᴼC trong 36÷48 giờ sau đó nghiền nhỏ đến kích thƣớc 250÷500 µm, tiếp theo bột đƣợc rửa lại bằng nƣớc cất và sấy khô ở 60oC trong 6 giờ đƣợc làm vật liệu hấp phụ. Thí nghiệm đƣợc thực hiện theo mẻ, kết quả cho thấy hiệu quả hấp phụ ion kim loại phụ thuộc vào pH ban đầu, thời gian tiếp xúc, khối lƣợng vật liệu hấp phụ và nồng độ kim loại ban đầu. Hiệu suất hấp phụ tối đa của vật liệu này với các ion Pb(II), Cd(II), Zn(II) tƣơng ứng là 100 ; 92,86 ; 36,86 ở liều lƣợng 0,1g vật liệu bột /50 ml dung dịch ion kim loại. Các số liệu động học của quá trình hấp phụ phù hợp với phƣơng trình đ ng nhiệt Langmuir.
Nghiên cứu của K. Selvi và cộng sự [40] cho thấy khả năng loại bỏ Cr(VI) trong nƣớc bởi hấp phụ bằng than hoạt tính. Mùn cƣa cây dừa đƣợc thu thập từ một xƣởng cƣa ở Tamil Nadu, Ấn Độ đƣợc hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ. Thí nghiệm tiến hành theo mẻ với 50 ml dung dịch Cr(VI) (nồng dộ 5÷20 mg/l) với khối lƣợng mong muốn (50÷750 mg/50ml) trong bình nón 100 ml. Bình nón đƣợc lắc bằng máy cơ khí ở 150 vòng/phút. pH dung dịch đƣợc điều chỉnh bằng H2SO4 0,1N hoặc NaOH 0,1N. Sau thời gian cân bằng 180 phút chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đƣợc tách bằng máy ly tâm với 3.000 vòng/phút và chất nổi trên bề mặt sẽ đƣợc đem phân tích bằng phƣơng pháp so màu với 1,5 diphenyl cacbazide ở 540nm. Kết quả
thu đƣợc hiệu quả hấp phụ đạt cao nhất tại pH = 3. Sự hấp phụ tăng theo thời gian và phụ thuộc vào nồng độ Cr(VI) ban đầu. Phần trăm loại bỏ giảm từ 98,84 còn 84,06 khi tăng nồng độ ban đầu từ 5 mg/l lên 20 mg/l. Nghiên cứu giải hấp phụ đƣợc thực hiện nhằm làm sáng tỏ cơ chế hấp phụ và thu hồi kim loại chỉ ra rằng trao đổi ion không chiếm ƣu thế trong quá trình hấp phụ mà chủ yếu là quá trình hấp phụ hóa học.
S. Ayub và cộng sự [58] nghiên cứu quá trình hấp phụ Cr(VI) trong nƣớc thải sử dụng xơ dừa. Xơ dừa sau khi thu thập đƣợc làm khô ở 150oC trong 5 giờ. Sau đó đƣợc nghiền và phân loại kích thƣớc và rửa lại bằng nƣớc cất vài lần rồi sấy khô ở 50oC trong 6 giờ. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy phần trăm loại bỏ Cr(VI) tăng khi giảm nồng độ ban đầu, tăng khối lƣợng chất hấp phụ và giảm kích thƣớc hạt. Sự hấp phụ diễn ra nhanh chóng ở giai đoạn đầu sau đó chậm dần đến giai đoạn bão hòa. Với liều lƣợng hấp phụ 10 g/l đủ để loại bỏ 83 Cr(VI) trong nƣớc thải có nồng độ ban đầu là 50 mg/l. Hiệu quả hấp phụ Cr(VI) bằng xơ dừa cao khi ở pH thấp là 1,5. Các kết quả hấp phụ đƣợc tìm thấy phù hợp với phƣơng trình đ ng nhiệt Freundlich. Theo quan điểm của họ thì việc nghiên cứu tái hấp phụ vật liệu là không cần thiết do vật liệu có chi phí rất thấp và nó có thể đƣợc xử lý một cách an toàn.
Ở Việt Nam, vật liệu hấp phụ giá thành thấp từ phụ phẩm nông nghiệp thay thế các vật liệu hấp phụ đắt tiền cũng đang nhận đƣợc nhiều quan tâm của các nhà nghiên cứu.
Bùi Thị Lệ Thủy [2] đã sử dụng tro vỏ khoai tây làm vật liệu hấp phụ kim loại đồng trong nƣớc. Vỏ khoai tây đƣợc rửa sạch, ngâm trong nƣớc cất 3 giờ sau đó mẫu đƣợc đem sấy ở 100oC trong 3 giờ, nung ở 700oC trong 2 giờ và nghiền nhỏ, sấy và sử dụng làm vật liệu hấp phụ. Thí nghiệm đƣợc tiến hành trong bình cầu có lắp máy khuấy, với tốc độ khuấy 150 vòng/phút ở nhiệt độ 20÷400 và thời gian nghiên cứu 0÷40 phút. Kết quả nghiên cứu bƣớc đầu cho thấy có thể sử dụng tro làm từ vỏ khoai tây để loại bỏ ion Cu(II) trong dung dịch nƣớc thải. Có thể loại bỏ đƣợc 98,5 Cu(II)trong dung dịch chứa 190 mg/l ở pH = 6 trong thời gian 20 phút, khả năng hấp phụ tối đa của vật liệu Qm= 53,19 mg/g. Quá trình hấp phụ tuân theo
mô hình Langmuir và Freudlich.
Nhan Hồng Quang [13] nghiên cứu sử dụng vật liệu biomass bao gồm bột xơ dừa, than hoạt tính từ gáo dừa, vỏ cây bạch đàn làm vật liệu hấp phụ xử lý nƣớc thải chứa kim loại của Công ty cổ phần Nam Sơn. Kết quả cho thấy bột xơ dừa đã qua xử lý có khả năng hấp phụ hiệu quả crom trong nƣớc thải. Dung lƣợng hấp phụ có thể đạt 182,81 mg/g chất hấp phụ. Hiệu quả hấp phụ cực đại (99,99 ) đạt đƣợc sau thời gian tiếp xúc 18 giờ, pH tốt nhất để hấp phụ Cr(VI) là 2 trong khi Cr(III) tại pH 4,5÷5. Các số liệu thí nghiệm về quá trình hấp phụ tƣơng đối phù hợp với mô hình nhiệt động học Langmuir.
Ngoài ra, còn nhiều nghiên cứu sử dụng các vật liệu nhƣ xơ dừa và vỏ trấu biến tính, companit - vỏ đỗ, companit - vỏ lạc,… làm vật liệu hấp phụ kim loại nặng trong nƣớc cho thấy chúng đều có khả năng loại bỏ kim loại nặng cao.
Nhìn chung, các nghiên cứu đã công bố ở Việt Nam về loại bỏ kim loại nặng trong nƣớc chƣa mang tính hệ thống và đặc biệt còn ít nghiên cứu về phƣơng trình động học của quá trình này [16].
Chƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất, thiết bị và vật liệu hấp phụ