CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.4. Giới thiệu về vỏ trấu và ứng dụng làm vật liệu hấp phụ
Ngành Hóa học nói chung và ngành Hóa phân tích nói riêng đang phát triển để trở thành ngành hóa học bền vững.Vì vậy việc tái chế, tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp trong việc xử lý các kim loại nặng khơng những đem lại những lợi ích về kinh tế, xã hội mà cịn có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sống cho con người và các loài sinh vật.
Lúa là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới, cùng với ngơ, lúa mì, sắn và khoai tây , trong đó sản phẩm thu được từ cây lúa là thóc. Sau khi xát bỏ lớp vỏ ngoài thu được sản phẩm chính là gạo và các phụ phẩm là cám và trấu. Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong q trình đốt và khoảng 25% cịn lại chuyển thành tro. Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose (90%), ngồi ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm khoảng 25-30% và cellulose chiếm khoảng 35-40%.
Ở Việt Nam, vỏ trấu có rất nhiều tại đồng bằng sơng Cửu Long và đồng bằng sông Hồng, 2 vùng trồng lúa lớn nhất cả nước. Tuy nhiên chỉ có khoảng 10% lượng vỏ trấu được sử dụng cịn lại đem đốt hoặc đổ xuống sơng suối để tiêu hủy.
Vì vậy, ngày nay với nhiều cơng trình nghiên cứu, vỏ trấu khơng những được dùng làm chất đốt, bón cây tăng độ xốp của đất mà cịn được sử dụng để chế tạo làm nguyên liệu xây dựng sạch, lõi lọc nước có khả năng lọc thẳng nước ao, hồ thành nước uống sạch, tro trấu có thể dùng làm phân bón, sản xuất ga sinh học hay sơn nano composite, sơn chống đạn…[58]
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(III) và Cr(VI) trên vật liệu chittosan biến tính của các tác giả Nguyễn Xuân Trung, Phạm Hồng Quân, Vũ Thị Trang cho thấy có khả năng sử dụng chitosan biến tính để tách loại Cr(III) và Cr(VI) khỏi nguồn nước thải và sử dụng dung dịch HCl 3M rửa giải để tái sử dụng vật liệu hấp phụ. Tác giả đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của Cr(III) và Cr(VI) của vật liệu như pH, thời gian tiếp
xúc, nồng độ Cr(III) và Cr(VI) ban đầu, nồng độ chất điện ly. Dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, tác giả tìm được dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cr (VI) là 172,4 mg/g và đối với Cr(III) là 17,09mg/g. [26]
Việc nghiên cứu vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu cũng được Manjeet Bansal cùng các cộng sự chứng minh việc có thể áp dụng vào thực tiễn. Theo như bài báo chỉ ra vỏ trấu chưa biến tính (đã được đun sôi và sấy khô ở 800C) và vỏ trấu biến tính (vỏ trấu được biến tính với formandehyde 1% với tỉ lệ một phần vỏ trấu và năm phần formandehyde ) loại bỏ được Cr(VI) tối đa ở pH =2 và hiệu suất hấp phụ của vỏ trấu chưa biến tính và biến tính là 71,0% và 76,5%. [26]
Vỏ trấu khi được hoạt hóa bằng axit citric đã được nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa, ĐHQG TP Hồ Chí Minh và Viện Cơng nghệ Hóa học TP HCM nghiên cứu chỉ ra rằng vỏ trấu sau khi hoạt hóa là vật liệu có khả năng hấp phụ các ion kim loại Ni2+, Cd2+ khá cao ( Hiệu suất xử lý Ni2+ và Cd2+ ở nồng độ 100ppm và 50 ppm tương ứng là 68,41% và 61,35%). Hiệu suất này không thay đổi nhiều khi thay đổi nồng độ ion trong dung dịch. [23]
Vật liệu hấp phụ (VLHP) thu được từ vỏ trấu được xử lý bằng kiềm và axit xitric đã được tác giả Nguyễn Văn Nội sử dụng để tách loại và thu hồi tốt Pb(II) trong dung dịch. Dung lượng hấp phụ cực đại qmax tính theo phương trình Langmuir của VLHP đối với chì là 30,8mg/g, VLHP chế tạo cũng có khả năng tách loại rất tốt chì trong dung dịch bằng phương pháp hấp phụ động trên cột. Bên cạnh đó VLHP cũng được rửa giải dễ dàng bằng dung dịch HNO3 1M, hệ số làm giàu đạt đến 83 lần.[26]
Tác giả Lê thị Tình đã tách crom khỏi nguồn nước thải bằng kỹ thuật chiết pha rắn (cột nhồi chứa vỏ trấu biến tính với andehit fomic tỉ lệ 200g/l ), nước thải được hiệu chỉnh về pH =1,5 sau đó đem oxi hóa Cr3+ lên Cr2O72- bằng amonpersunphat có mặt Ag+ làm xúc tác rồi cho chảy qua cột chứa vật liệu hấp phụ. Cuối cùng rửa giải bằng 30ml dung dịch HCl 2M/H2O2 0,1%. Xác định crom bằng phương pháp đo quang với thuốc thử Điphenyl cacbazit (ĐPC). Dung lượng hấp phụ cực đại đối với Cr(VI) và Cr(III) ở điều kiện tĩnh tương ứng là 59,52mg/g và 3,5 mg/g ; ở điều kiện động là 62,5 mg/g và 2,85 mg/g. Giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng là 0,01ppm và 0,03 ppm. Kết quả nghiên
cứu cho thấy hiệu suất tách loại crom của vỏ trấu khá cao (trên 90%), vật liệu có khả năng tái sử dụng cho những lần sau. [22]
Tác giả Nguyễn Bá Tuấn cũng đã sử dụng VLHP là vỏ trấu biến tính bằng Etylendiamin tetraacetic dianhidrit (EDTAD) để khảo sát khả năng hấp phụ crom trong các mẫu nước thải ở điều kiện tĩnh và động. Kết quả thu được dung lượng hấp phụ cực đại của Cr(VI) và Cr (III) trong điều kiện tĩnh là 14,29 và 2,78 mg/g và trong điều kiện động tương ứng là 16,96 và 3,27 mg/g, sử dụng dung dịch rửa giải là HNO3 3M, hiệu suất loại bỏ crom của vỏ trấu biến tính đạt trên 90%. [26]
Với mục tiêu tìm kiếm và sử dụng các loại phụ phẩm nơng nghiệp có khả năng xử lý hiệu quả các ion kim loại nặng nói chung và crom nói riêng, trong những nghiên cứu này chúng tơi chọn vỏ trấu biến tính để nghiên cứu khả năng hấp phụ , làm giàu và phân tích lượng vết crom.