Bảng 1.1. Các nghiên cứu về hấp phụ amoni bằng zeolite tại các nước khác nhau Vật liệu Dung lượng (mg/g) Nồng độ đầu (NH4- N) (mg/L ) Hiệu quả (%) Thời gian tiếp xúc pH Tài liệu
Zeolite Úc 6,3 5-120 97 8 giờ 4-6 Widiastuti et al. (2011) Zeolite Iran 8,5-10.3 40 90 30 phút 7 Mazloomi et al.
(2016) Zeolite Rumani 19 200-300 83 3 giờ 7 Maranon et al.
(2006) Zeolite Turkish 30,12 200-400 - - 7 Saltali et al.
(2007) Zeolite biến tính NaCl 11,18 10-250 99 120 phút 4-8 Alshameri et al. (2014) Zeolite biến
tính siêu âm 11,0-17,3 10-4000 - 12 giờ 3-8 Lin et al. (2013) Zeolite 13X 8,61 5-400 90 30 phút - Zheng et al.
(2008)
(Nguồn: Mai Thị Thanh Hương, 2019)
So với các kỹ thuật khác, hấp phụ có nhiều ưu điểm và thuận lợi như hiệu quả loại bỏ tương đối cao, chi phí thấp, đơn giản trong ứng dụng và vận hành cũng như thân thiện môi trường. Rất phù hợp để áp dụng trên quy mô lớn cho các nhà máy xử lý nước để loại bỏ amoni. Do đó, trong khoảng 15 năm gần đây
các nghiên cứu hấp phụ xử lý amoni đã được phát triển mạnh mẽ. Các chất hấp phụ amoni cần phải đạt được một số yêu cầu sau: Nguyên liệu phong phú, dễ
kiếm hoặc dễ tổng hợp, giá rẻ, có dung lượng và tốc độ hấp phụ cao, dễ áp dụng trong thực tế, không khó khăn khi hoàn nguyên và thân thiện với môi trường.
Zeolite tự nhiên và đất sét là những chất hấp phụ phổ biến. Chúng bao gồm các khung ba chiều của tứ diện aluminosilicat trong đó các nguyên tử
nhôm và silicon hình thành các liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử oxy. Những chất hấp phụ này sở hữu điện tích âm cao. Amoni bị hấp phụ trên bề
mặt và trong các mao quản bằng cách trao đổi với các ion dương như Na+, K+, Ca2+ và Mg2+.Tuy nhiên các nghiên cứu về khả năng loại bỏ amoni của zeolit và sét tự nhiên cho thấy dung lượng hấp phụ không cao và tốc độ hấp phụ thấp (Mai Thị Thanh Hương, 2019).
Nhiều zeolite tổng hợp đã được phát triển bằng phương pháp vật lý và hóa học để cải thiện khả năng hấp phụ và hiệu quả loại bỏ. Quy trình tổng hợp phổ biến là sự kết tinh của silica-alumina khi có mặt dung dịch muối và kiềm. Tính chất sản phẩm phụ thuộc vào thành phần, pH và nhiệt độ hỗn hợp phản
ứng. Mặc dù vậy, các zeolite tổng hợp cũng có dung lượng hấp phụ không cao. Nhựa trao đổi ion cũng đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi để loại bỏ
amoni trong nước (Mai Thị Thanh Hương, 2019). Nhựa trao đổi ion có khả
năng hấp phụ, tốc độ cao, ổn định hóa học và cơ học tốt.
Than hoạt tính cũng được sử dụng làm chất hấp phụ amoni. Tuy nhiên do than hoạt tính hấp phụ kém amoni nên đã có nhiều công trình nghiên cứu biến tính bằng cách kết hợp với zeolite và phương pháp hóa học.
Yassmina Angar và cộng sự (2017) đã khảo sát sự hấp phụ amoni của bentonit tự nhiên Algerian. Kết quả khảo sát cho thấy, chúng ta có thể áp dụng bentonit tự nhiên của Maghnia (Algeria) để loại bỏ các ion amoni trong dung dịch nước. Điều kiện hoạt động tối ưu là pH = 7, nhiệt độ = 30°C, tốc độ trộn = 200 RPM, nồng độ amoni ban đầu = 10 mg/L và liều lượng bentonite 4 g/L,
hiệu suất loại bỏđạt 53,36%. Hiệu quả xử lý đã được cải thiện bằng cách tăng liều lượng bentonit trong dung dịch, có thể đạt tới 81,21% ở 40 g/L bentonit tự
nhiên và 10 mg/L ở nồng độ amoni ban đầu. Mô hình hóa dữ liệu thực nghiệm cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo cả đường đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, với hệ số tương quan lần lượt là 0,99 và 0,98. Do đó, dung lượng hấp phụ tối đa được ước tính từ mô hình Langmuir là 50 mg/l. Quá trình loại bỏđược thực hiện bằng sự thay đổi ngoại trừ cation giữa các ion amoni đến từ
dung dịch đã được thuần hóa và các ion natri đến từ bề mặt vật liệu.
Xiaojian Hu và cộng sự (2020), nghiên cứu so sánh về sự hấp phụ amoni của các biochars có nguồn gốc từ các loại vỏ trái cây khác nhau. Kết quả cho thấy các đặc tính hóa lý của biochars bị ảnh hưởng bởi loại nguyên liệu thô và
điều kiện nhiệt phân. Than sinh học từ OP và PAP cho thấy khả năng hấp phụ
tốt hơn PTP. Mô hình động học bậc hai và mô hình Langmuir có thể mô tả tốt
động học hấp phụ và đẳng nhiệt của amoni trên ba loại biochars. pH thấp hoặc cao của dung dịch không có lợi cho sự hấp phụ của than sinh học. Sự hấp phụ
của amoni bằng than sinh học chủ yếu phụ thuộc vào sự tạo phức, sự trao đổi cation và lực hút tĩnh điện. Nghiên cứu này cho thấy rằng than sinh học từ vỏ
trái cây có tiềm năng trở thành chất hấp phụ hiệu quả để loại bỏ amoni khỏi nước. Các chất hấp phụ cạn kiệt có chứa amoni cao có thể được sử dụng làm chất điều hòa đất.
Rozhkovskaya A và cộng sự (2021) đã nghiên cứu sự chuyển hóa bùn phèn tại các nhà máy xử lý nước thành zeolite LTA chất lượng cao. Do đó, các vấn đề về chi phí chôn lấp bùn và ô nhiễm môi trường có thể tránh được. Phương pháp này liên quan đến việc xử lý trước bằng kiềm của bùn phèn sau
đó là tổng hợp thủy nhiệt để cải thiện số lượng và chất lượng của zeolit LTA
được tạo ra. Quá trình hoạt hóa bùn phèn sử dụng phản ứng tổng hợp tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành zeolit LTA chất lượng cao (97% trọng lượng) có thể so sánh với vật liệu thương mại (98 trọng lượng) và vượt trội hơn
so với các mẫu được thực hiện bằng tổng hợp thủy nhiệt mà không cần xử lý trước phản ứng tổng hợp (81% trọng lượng).
Nazarenko O. và Zarubina R. (2013) đã mô tả đặc tính của zeolit tự nhiên từ
trầm tích Sakhaptinsk (Lãnh thổ Krasnoyarsk, Nga). Hiệu quả Zeolite trong việc loại bỏ sắt, mangan, canxi từ nước dưới đất đã được nghiên cứu. Các kết quả thu
được cho thấy hiệu quả cao của việc lọc nước dưới đất (huyện Kozhevnikovsky, vùng Tomsk, Nga) bằng cách đưa nó qua bộ lọc có tải zeolit. Hiệu suất loại bỏđạt
được trong các thí nghiệm đối với sắt là 96-100%, đối với Mn2+ là 93% và đối với Ca2+ là 63-100%, tùy thuộc vào nồng độ ban đầu. Nồng độ các chất này trong dịch lọc sau khi xử lý không vượt quá nồng độ tối đa cho phép trong nước ăn uống theo quy định SanPiN 2.1.4.1074-01 và phù hợp với mục đích ăn uống và sinh hoạt của người dân.