CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÙN ĐỎ
I.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ
I.4.1. Hấp phụ cation
Trong vài năm trở lại đây, các nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ xử lý nước được phát triển rất mạnh mẽ, nhiều nhất là các công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng, đặc biệt là Asen. Asen là một á kim quan
trọng và là chất độc ô nhiễm nước được xếp vào loại gây ung thư. Asen có thể có trong nước ở dạng hữu cơ hoặc vô cơ, nhưng các chất vô cơ phổ biến Trong vài năm trở lại đây, các nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ xử lý nước được phát triển rất mạnh mẽ, nhiều nhất là các công trình nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại nặng, đặc biệt là Asen. Asen là một á kim quan trọng và là chất độc ô nhiễm nước được xếp vào loại gây ung thư. Bùn đỏ được trung hòa bằng nước biển (Bauxsol) [ 9 ] cũng được thử nghiệm để hấp phụ asen. Đối với asenat, sự hấp phụ theo mô hình Langmuir. Việc hấp phụ của asenat giảm trong sự có mặt của HCO3-, trong khi Cl- ảnh hưởng ít, và Ca2+ làm tăng hấp phụ.
Bùn đỏ cũng được nghiên cứu để tách loại các cation (như Cd2+, Zn2+, Cu2+, và Pb2+) trong dung dịch với sự có mặt của NaNO3 0,01M . Dữ liệu thực nghiệm được mô hình hóa bằng phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.
I.4.2. Hấp phụ anion
Bùn đỏ và bùn đỏ biến tính đã được nghiên cứu để tách loại các anion trong nước như: photphat, nitrat, bo, flo... Li (2006) và Liu (2007) [9,11] đã so sánh khả năng hấp phụ photphat của bùn đỏ biến tính và tro bay. Bùn đỏ được xử lý bằng HCl 0,25 mol/L trong 2 giờ và xử lý nhiệt ở 700oC hấp phụ PO43- là tốt nhất, tách loại tới 99% photphat trong dung dịch với nồng độ ban đầu là 155 mg/L. Đối với nitrat, một số tác giả đã chỉ rằng bùn đỏ biến tính bằng HCl 20% và bùn đỏ thô có dung lượng hấp phụ đạt tương ứng là 5,858 mmol/g và 1,859mmol/g [13].
Khả năng hấp phụ flo của bùn đỏ đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm từ năm 2002 [14,21], các kết quả thu được khá tốt. Çengeloglu (2002) là người đầu tiên nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ flo [22]. Thực nghiệm cho thấy việc biến tính bùn đỏ bằng dung dịch HCl 20% đã tăng dung lượng hấp phụ F- từ 3,11 lên 6,29 mg/g. Năm 2009, Tor và cộng sự [2] đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ dạng hạt từ bùn đỏ. Kết quả thử nghiệm cho thấy hạt bùn đỏ có thể tách loại gần hết flo ở nồng độ thấp, hiệu suất hấp phụ đạt cao nhất ở pH 4,7. Tuy nhiên dung lượng hấp phụ của flo chỉ đạt 0,851 mg/g. Bùn đỏ biến tính
với nhôm cũng được nghiên cứu để tách loại flo bởi Wei và cộng sự [14], dung lượng hấp phụ đạt rất cao, 68,7 mg/g, và có thể tăng đến 91,28 mg/g sau khi xử lý nhiệt ở 200oC. Khoảng pH tốt nhất là 7-8 và hấp phụ đạt cân bằng trong 20 phút.
I.4.3. Hấp phụ các hợp chất hữu cơ:
Ngoài những nghiên cứu sâu rộng về khả năng hấp phụ các anion, các kim loại nặng trên bùn đỏ hoặc bùn đỏ biến tính, một số nhà nghiên cứu cũng khảo sát khả năng hấp phụ của các chất hữu cơ, chẳng hạn như thuốc nhuộm, phenol và dân suất của nó, vi khuẩn.
Thuốc nhuộm là một chất gây ô nhiễm nguy hại vì nó có tính độc hại và gây ung thư. Điều này xảy ra sau khi uống hoặc hít phải, làm sưng tấy, kích thích vùng da và mắt, và nhạy cảm.Chúng không chỉ làm thay đổi màu nước gây phản cảm về mặt thẩm mỹ, mà còn ngăn chặn sự truyền ánh sáng trong nước và lám đảo lộn quá trình sinh học là nguyên nhân gây hủy diệt các sộng đồng thủy sản trong hệ sinh thái [5]. Một số phương pháp đã được thử nghiệm để tách loại thuốc nhuộm bao gồm lắng, lọc và quá trình oxy hóa, phương pháp điện hóa, quá trình oxy hóa tiên tiến, xử lý sinh học, hấp phụ và trao đổi ion. Trong đó hấp phụ được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải nhuộm. Những chất hấp phụ giá rẻ để tách loại thuốc nhuộm đã được nghiên cứu bởi vì hiệu quả kinh tế của chúng so với các chất hấp phụ thương mại. Gupta và Suhas (2009) [7] đã tóm tắt một số chất hấp phụ giá rẻ để tách loại thuốc nhuộm bao gồm cả bùn đỏ.
Bùn đỏ đã được ứng dụng để tách loại đáng kể một số thuốc nhuộm ô nhiễm, chẳng hạn như thuốc nhuộm màu đỏ (congo red), axit tím, metylen xanh, rô-đa-min B và màu xanh lá cây bền. Khả năng tách loại thuốc nhuộm màu đỏ và axit tím đã được báo cáo là 4,05 mg/g [10,11]. Quá trình này tuân theo phương trình động học bậc nhất và dữ liệu hấp phụ tuân theo cả phương trinh đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Những nghiên cứu về quá trình giải hấp cho thấy cơ chế của sự hấp phụ chủ yếu là trao đổi ion. Thuốc nhuộm cơ bản metylen xanh có thể tách loại khỏi nước bởi bùn đỏ thô [20]dung lượng hấp phụ đạt 7,8x10-6 mol/g. Phương pháp xử lý
vật lý (nhiệt) và hóa học có ảnh hưởng xấu đến khả năng hấp phụ. Xử lý bằng axit (HNO3) làm giảm dung lượng hấp phụ (3.28x10-6 mol/g). Một nghiên cứu hiệu quả khác [5,17] cũng đã thực hiện hấp phụ các loại thuốc nhuộm như Rodamin B, màu xanh lá cây bền, metylen xanh và thuốc nhuộm màu đỏ (congo red) sử dụng bùn đỏ.
Bùn đỏ trung hòa cũng được sử dụng để loại bỏ phenol trong dung dịch [18].
Các thí nghiệm hấp phụ tĩnh đã chứng minh tách loại phenol không đổi trong phạm vi pH rộng 1-9 và mất 10 giờ để đạt cân bằng. Nó cho thấy mô hình Freundlich mô tả dữ liệu đo hấp phụ tốt. Sự ảnh hưởng của mưới thêm vào đến việc tách loại phenol phụ thuộc vào mối tương quan của các anion trên bề mạt bùn đỏ và nồng độ tương đối của chúng. Một nhóm nghiên cứu khác dẫn đầu là Gupta (2004a)[5], sử dụng bùn đỏ để tách loại một số hợp chất của phenol và cloruaphenol, chẳng hạn như 2-cloruaphenol và 2,4-dicloruaphenol trong nước thải. Kết quả cho thấy rằng 2,4-dicloruaphenol và 4-cloruaphenol hấp phụ trên bùn đỏ lên đến 94-97%, trong khi loại bỏ 2-cloruaphenol và phenol lên đến 50-81%. Tách loại phenol và dẫn xuất của nó đã đạt được 98% bởi các thí nghiệm côtj với tốc độ dòng chảy 0,5ml/phút.
Trình tự tách loại: 2,4-dicloruaphenol > 4-cloruaphenol > 2-cloruaphenol > phenol, và việc tách loại diễn ra thông qua cơ chế khuếch tán hạt.
Ở nước ta, việc nghiên cứu xử lý, tái sử dụng bùn đỏ đang là vấn đề thời sự và bắt đầu thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của các nhà khoa học. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu ứng dụng bùn đỏ làm vật liệu hấp phụ cho đến nay chưa có công bố nào. Trong khuôn khổ báo cáo này, chúng tôi nghiên cứu khả năng ứng dụng của bùn đỏ Tây Nguyên làm chất hấp phụ xử lý nước thải. Đặc biệt là các chất màu:
Red 3BF, Yellow 3GF, Blue MERF trong nước thải ngành dệt may. Vì thời gian có hạn nên chúng tôi tiền hành khảo sát với một loại chất màu là Red 3BF.