Nhược điểm của các phương pháp xử lý thông thường là chi phí cao để xử lý bùn thải một cách an toàn, tốn hóa chất để khử kim loại nặng và sự khử không hoàn toàn. Trong số các phương pháp xử lý, hấp phụ là phương pháp hiệu quả và linh hoạt để loại bỏ kim loại nặng từ nước thải. Khi kết hợp với các bước giải hấp phù hợp, phương pháp hấp phụ giải quyết vấn đề bùn thải [31]. Trong những năm gần đây, một số chất hấp phụ như than sulfonat hóa, tảo, vỏ hạt, bã trái cây, dolomit... đã được nghiên cứu để loại bỏ KLN tuy nhiên hầu hết các chất hấp phụ sẵn có trong tự nhiên đều không hiệu quả do khả năng hấp phụ thấp và động học chậm. Do đó, cần thiết để tìm kiếm hoặc tổng hợp các chất hấp phụ mới để xử lý môi trường [31]. Phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như xử lý nhanh, dễ chế tạo thiết bị và đặc biệt có thể tái sử dụng vật liệu hấp phụ [32].
Quá trình hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý tức là quá trình di chuyển của các chất ô nhiễm (các ion kim loại) (chất bị hấp phụ) đến bề mặt pha rắn (chất hấp phụ). Khả năng hấp phụ phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, nhiệt độ quá cao thì có thể khử quá trình hấp phụ. Chính vì vậy người ta dùng nhiệt độ để phục hồi khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ khi cần thiết [32].
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam đã và đang áp dụng nhiều phương pháp xử lý ion kim loại nặng bằng nhiều vật liệu hấp phụ khác nhau như: than hoạt tính, zeolit, đất sét, alumin hoạt tính, chitosan, silica các loại vật liệu polyme và hydroxyapatit (HAp) [33-35]. Tuy nhiên, đối với các vật liệu hấp phụ thông thường như zeolit, tro trấu, tro bay… thì vấn đề xử lý vật liệu hấp phụ sau khi hấp phụ bão hòa, hoặc lượng vật liệu hấp phụ còn dư có thể ảnh hưởng đến môi trường. Trong đó, hydroxyapatit là một trong những vật liệu hấp phụ mới đầy hứa hẹn với đặc tính hóa học đặc biệt và khả năng xử lý nước có chứa flo và kim loại nặng bằng cách hấp phụ, trao đổi ion, kết tủa hoặc tạo phức với hiệu suất cao.
Hydroxyapatit (HAp) là một dạng khoáng chất của canxi apatit có công thức hóa học là Ca10(PO4)6(OH)2. Dạng HAp phổ biến nhất là hexagonal và có tính tương hợp sinh học. Nó là thành phần chính của răng và xương và
20
chiếm khoảng 70% trọng lượng xương và 90% trọng lượng men răng. HAp thường có màu trắng hoặc màu trắng nhạt với khối lượng phân tử 1004 g/mol. Đối với động vật có xương sống, khoáng chất tồn tại tự nhiên ở dạng canxi photphat với tỉ lệ Ca/P ít hơn 1,67. HAp là một dạng canxi photphat độc đáo. Đặc tính vượt trội của HAp là khả năng chấp nhận một lượng lớn nhóm thế cation và anion dẫn đến việc có thể sử dụng nó cho nhiều ứng dụng khác nhau. Hiệu quả của HAp phụ thuộc vào cấu trúc của nó như kích thước và phân bố hạt, hình dạng, độ xốp và độ kết tinh. Ví dụ, thành phần hóa học của HAp và các mô xương tương tự nhau, điều này làm cho nó có thể ứng dụng cho các mục đích y sinh. HAp được nghiên cứu cho nhiều ứng dụng như đèn huỳnh quang, vật liệu pin nhiên liệu và hấp phụ các chất ô nhiễm khác nhau. do đó nó được ứng dụng rộng rãi trong y sinh cũng như trong xử lý các ion có hại trong nước uống và nước sinh hoạt. Bột HAp có thể loại bỏ một số chất và ion gây ô nhiễm trong môi trường nước như Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Co2+, Cr6+, phenol, nitrobenzen, NO3-, F- [33,36-41], Congo đỏ [42] với khả năng hấp phụ cao. Ngoài ra, HAp còn được sử dụng để loại bỏ một số chất thải trong thuốc nhuộm và các chất thải trong dược phẩm, làm giảm mùi khó chịu trong các nhà máy xử lý nước thải, hoặc sử dụng làm chất xúc tác… Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng bột HAp pha tạp thêm ion Mg2+, Zn2+, Al3+, Ba2+, Sr2+... đã cải thiện được diện tích bề mặt riêng dẫn đến có thể tăng khả năng xúc tác, tăng khả năng hấp phụ của vật liệu [43 - 45].
21
CHƯƠNG 2: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU