- Phương trình đẳng nhiệt Freundlich
1.5.2. Nghiên cứu ởn ước ngồ
- Việc sử dụng chitosan hấp phụ ion kim loại nặng lần đầu tiên được thực hiện bởi Muzzarelli Ricardo.A.A. vào năm 1973. Ơng khẳng định tính nhờ tính chất kẹp (chelate) mà chitosan được ứng dụng trong xử lý nước thải, hấp phụ kim loại nặng. Khả năng hấp phụ kim loại nặng khơng chỉ phụ thuộc vào các nhĩm chức mà cịn phụ thuộc cấu trúc phức tạp của chitosan và loại ion kim loại [37].
- Khi ghép một số nhĩm chức vào khung cấu trúc của chitosan sẽ làm tăng khả năng hấp phụ kim loại của chitosan lên nhiều lần. Để tạo điều kiện tốt cho quá trình chuyển khối, đồng thời tăng dung lượng hấp phụ kim loại của chitosan, Kawamura, Rorrer và Hsein đã nghiên cứu biến tính chitosan, đồng thời đánh giá khả năng hấp phụ kim loại nặng trên mạng lưới liên kết mạch
Công nghệ sau thu hoạch 2006
thẳng và chéo nhau của chitosan. Kết quả là đã tạo ra được nhiều loại chitosan biến tính cĩ dung lượng hấp phụ kim loại cao [23].
- Volesky, Holan, Wase và Foster cũng đã nghiên cứu một số chất hấp phụ sinh học và khả năng giữ các nguyên tố phĩng xạ như urani, thori. Họ đã nhận thấy khả năng ứng dụng rộng lớn của các loại chất hấp phụ sinh học trên cơ sở chitosan biến tính vì vậy chúng đã được tập trung nghiên cứu, phát triển và thương mại hĩa. Nhiều vật liệu hấp phụ sinh học với các loại màng chitosan biến tính trên các giá thể khác nhau đã được nghiên cứu cho mục đích này[23].
- Một nhĩm tác giả thuộc Phịng nghiên cứu kỹ thuật cơng trình của quân đội Mỹ kết hợp cùng Trung tâm nghiên cứu và Quản lý chất thải của Ủy ban Quản lý Tài nguyên Thiên nhiên và Trường đại học Tổng hợp Illinois (Mỹ) đã kết hợp nghiên cứu một loại vật liệu hấp phụ sinh học với màng chitosan trên nhơm oxit. Dung lượng hấp phụ kim loại được đánh giá qua sự hấp phụ ion Cr(VI) khi xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir -Freundlich ở chế độ tĩnh và dịng chảy [64].
- Khả năng hấp phụ Cr(VI) của than cọ (OPSC: oil palm shell charcoal); than cọ qua xử lý axit (AOPSC: acid treated oil palm shell charcoal); than cọ xử lý axit sau đĩ phủ chitosan (CCAB: chitosan coated acid treated beads), than cọ phủ chitosan (CCB: chitosan coated beads) đã được nghiên cứu. Quá trình hấp phụ được khảo sát ở 25oC với dung dịch K2Cr2O7 và đã xây dựng được phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundling cho CCAB, CCB, AOPSC. Qua thực nghiệm cho thấy hiệu suất, năng suất hấp phụ Cr(VI) đạt được cao nhất đối với CCAB. Trong điều kiện hấp phụ tối ưu là vận tốc lắc 100 vịng/phút; thời gian hấp phụ 180 phút (trong khoảng thời gian hấp phụ 30-180 phút, hiệu suất hấp phụ tăng từ 60÷90%); pH tối ưu = 5 (khi tăng pH từ 1 đến 5 hiệu suất hấp phụ tăng từ 65÷92%). Hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất khi nồng độ CCAB đạt 13,5 gam/lit [49].
Công nghệ sau thu hoạch 2006
- Các tác giả nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) của chitosan tự nhiên, chitosan cải biến CRC (cross linked chitosan, thu được bằng cách trộn chitosan với hỗn hợp methanol-carbon tetrachloride- nước, sau đĩ chiếu tia Co60 gamma với liều lượng 5 kGy/h) và CRCH (crosskinked chitosan hydrolyzed, thu được bằng cách thủy phân CRC trong NaOH 1%). Nghiên cứu quá trình hấp phụ trên cột tĩnh, thực hiện thí nghiệm cho thấy cĩ thể ứng dụng chitosan trong xử lý nước thải cĩ chứa Cr(VI), với pH = 3 là tối ưu đối với cả 3 vật liệu được nghiên cứu [47].
- Chunxiu Liu và cộng sự nghiên cứu sử dụng chitosan và cellulose acetate để tạo vật liệu mới cĩ diện tích bề mặt 12.2÷15.2m2/g, độ xốp 70.4÷79.7%, hấp phụ được 35.3÷48.2 mg/g Cu(II) ở pH = 5 sau 20–70 phút [57].
- R. Schmuhl và cộng sự nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI), Cu(II) trong dung dịch của chitosan tự nhiên và chitosan cải biến (trộn hỗn hợp NaOH với epichlorohydrin (1-chloro-2:3-epoxy-propan) và chitosan. Thí nghiệm thực hiện từng mẻ, với riêng từng dung dịch CuCl2, K2Cr2O7 ở nhiệt độ 25±1oC, pH thay đổi từ 2÷11, dung dịch cĩ nồng độ Cu(II), Cr(VI) ban đầu giao động từ 10 đến 1000 mg/L… Kết quả nghiên cứu cho thấy chitosan hấp phụ tốt Cr(VI) ở pH ≈ 5, Cr(VI) được hấp phụ tối đa 78 mg/g trên non-cross-linked chitosan và 50 mg/g cho cross-linked chitosan. Khả năng hấp phụ Cr(VI) của chitosan cải biến gần như khơng bị ảnh hưởng bởi vận tốc lắc của dung dịch, nhưng đối với Cu(II) thì cĩ. Thí nghiệm cũng cho thấy với nồng độ Cr(VI) xuống thấp 5mg/L chitosan cải biến vẫn cĩ khả năng hấp phụ được[51].
- Meng-Wei Wan và cộng sự đã nghiên cứu phủ chitosan lên cát và thấy rằng tải trọng hấp phụ Cu(II) của cát phủ 5% chitosan là 10.87 mg/g, tức cao hơn so với sử dụng một mình chitosan là 7.55 mg/g. Kết quả nghiên cứu cho thấy cĩ thể ứng dụng chitosan phủ cát vào các hệ thống lọc [41].
- Ona Glyliene, Mudis sản xuất chitin, chitosan từ lớp vỏ của ấu trùng ruồi (fly larva shells), sau đĩ khảo sát khả năng hấp phụ một số ion kim loại của
Công nghệ sau thu hoạch 2006
chúng. Thí nghiệm được thực hiện với nồng độ dung dịch ban đầu 0,6÷0,8 mol/lit, pH thay đổi 1÷11. Kết quả cho thấy chitin cĩ khả năng hấp phụ các ion kim loại theo chiều hướng giảm dần từ Fe(III) > Cu(II) = Pb(II) > Zn(II) > Ni(II) > Mn(II). Chitosan hấp phụ theo chiếu hướng Fe(III) > Cu(II) > Mn(II) > Ni(II) > Zn(II) > Pb(II) > Fe(III). Tùy thuộc vào ion kim loại mà chitosan phu tốt ở pH khác nhau [47].
- Nhĩm tác giả phủ chitosan lên ceramic nhơm (ceramic alumina) nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) ở nhiệt độ 25oC. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ Cr(VI) của vật liệu này cao hơn nhiều so với chitosan ở dạng tự nhiên hay các dạng cải biến khác ở pH tối ưu khoảng 4, năng suất hấp phụ tối đa Cr(VI) là 153,8 mg/g chitosan hay 34,4 mg/g chitosan phủ ceramic[54].
- Hatice Gecol và cộng sự khảo sát khả năng hấp phụ Volfram (W) của đất sét phủ chitosan với nồng độ dung dịch ban đầu là 20÷500 ppm, pH tối ưu là 4. Năng suất hấp phụ W tối đa là 632 mg/g chitosan (chitosan chiếm 0,038g/g đất sét phủ chitosan) hay 23,9 mg/g chitosan phủ đất sét [38].
- MiltonO-Vázquez và cộng sự phủ chitosan lên HDPE (High Density Polyetylen), LDPE (Low Density Polyetylen), PET (Amorphous polyethylene terepphthalate) và PP (Polypropylene) dạng hạt. Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại như Pb, Cr, Hg, As, Cu và Cd cho thấy các vật liệu trên cĩ khả năng hấp phụ tốt hơn chitosan nguyên chất, cĩ khả năng ứng dụng vào xử lý nước thải [42].
Từ những nghiên cứu trên cho thấy:
- Chitosan cĩ khả năng hấp phụ nhiều loại ion kim loại. Chitosan cải biến cĩ khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt hơn chitosan, chitosan dạng gel hạt cĩ khả năng hấp phụ kim loại nặng tốt hơn chitosan dạng bột. Chitosan cĩ độ deacetyl càng cao thì khả năng hấp phụ kim loại càng lớn [44,45].
Công nghệ sau thu hoạch 2006
- Khả năng hấp phụ kim loại nặng của chitoan, chitosan cải biến phụ thuộc vào pH, nồng độ chất hấp phụ, nồng độ ban đầu củachất bị hấp phụ, bản chất các ion kim loại…
- Dải pH thích hợp cho khả năng hấp phụ kim loại của chitosan từ 4÷6. - Chitosan, chitosan cải biến cĩ thể ứng dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải, cĩ thể loại bỏ hồn tồn vết kim loại trong sản xuất nước tinh khiết.
Tuy nhiên các nghiên cứu trên tập trung nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng bởi chitosan tự nhiên hay chitosan cải biến từ những hĩa chất, vật liệu đắt tiền, khĩ tìm. Trong khi đĩ, ở Việt Nam các vật liệu hấp phụ như than hoạt tính (được sản xuất từ các phế liệu nơng nghiệp như trấu, vỏ dừa, cùi bắp…) khá rẻ và cát tự nhiên cũng là nguồn tài nguyên khá phong phú ở nước ta. Vì vậy, việc nghiên cứu tạo ra các vật liệu hấp phụ mới bằng cách bọc chitosan trên than hoạt tính, cát và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng bởi các vật liệu này nhằm ứng dụng vào xử lý nước thải cơng nghiệp là một hướng đi cĩ ý nghĩa khoa học và thực tiễn ở nước ta. Trong đề tài này, chúng chúng tơi hạn chế chỉ nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr(VI) bởi chitosan tự nhiên và chitosan bọc trên than hoạt tính và cát.
Công nghệ sau thu hoạch 2006
Chương 2