Than sinh học đã xuất hiện từ lâu trên thế giới và cả Việt Nam, các nghiên cứu sử dụng than sinh học làm vật liệu hấp phụ các ion kim loại nặng và anion đang được chú ý nhiều hơn nhờ những ưu điểm của vật liệu nay đem lại. Các nghiên cứu không ngừng được công bố cho thấy việc sử dụng than sinh học là một giải pháp hiệu qua và thân thiện với môi trường.
2.5.1. Nghiên cứu trong nước
Các đề tài nghiên cứu than sinh học ứng dụng trong việc loại bỏ các ion trong môi trường đã được quan tâm từ nhiều năm nay
Bảng 2.1. nei hop T số đề tài — cứu than sinh học a nước
D6 Thu Hà và Hoạthóa bằng ˆ hóa băng ~ Cu(I,Pb(I), - PbdIb,
2013 Xo dừa
cộng sự [65] NaOH Zn(II), CdD, As(V)
Vũ Thị Mai,
Trịnh Văn Tuyên Lỗi ngô H;:PO¿ va NaOH NH¿
[66]
Phụ phẩm nông
nghiệp: bả mía,
Phạm Hoàng dời "
; = vỏ chuôi, xơ ;
Giang, Do Quang ; Dung dich H:PO; Pb(H) Cu(H) dừa, mun cưa, vỏ
Huy [7]
vỏ lạc.
Nguyễn Văn :
Phụ phâm nông Phương vả cộng
sự [10]
Đào Minh Trung,
Nguyễn Thị Vỏ hạt mắc-ca 10> Pb(II)
Thanh Trâm [67]
Thị Cúc Phương Từ cây mai AICI
Trần và Nguyễn dương (Mimosa °
17
nghiệp: phan bò
Thi Phượng [68] pigra L.)
.
Pham Tang Cat Lượng, Lưu Gia
Hy. Trương Chí
Hiền, Nguyễn
Kim Diễm Mai
[69]
Mùn cưa Pb(1II) Cu(H)
Năm 2013, Đỗ Thu Hà cùng các cộng sự đã nghiên cứu vật liệu than sinh học có nguồn
gốc từ xơ dừa hoạt hóa NaOH trong việc hấp phụ kim loại nặng trong nước thải. Kết quả
nghiên cứu cho thay rang, trong môi trường ô nhiễm đơn lẻ các kim loại Pb, Cu, Zn, Cd và As ở nông độ 5 mg-L"! và lượng xơ dita hoạt hóa đưa vào xử lý là 5g-L! nước thải, thì xơ dừa hoạt hóa có kha năng hap thu khá tốt Pb, Cu, Zn và Cd. Khả năng hap thu của xơ dừa đạt 99,46% đối với Pb; 80,06% lượng Cu; 77,82% đối với Cd và 61,22% đối với Zn, xơ dừa hap
thu kém As (11,40%) [65].
Năm 2016, Vũ Thị Mai và Trịnh Văn Tuyên đưa ra nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng hap phụ của amonium trong môi trường nước bang than sinh học tit lõi ngô biến tinh bằng H:PO¿ và NaOH. Kết quả nghiên cứu cho thay quá trình hấp phụ tối ưu khi giá trị pH = 7, thời gian hấp phụ đạt cân bằng sau 60 phút, mô hình đăng nhiệt theo Langmuir và Sips miêu tả tốt quá trình hap phụ amonium trên than biên tính, dung lượng hap phụ tôi da theo Langmuir đạt 16,6 mự-#!. Động học quá trình hap phụ amoni trên than biến đôi tuân theo mô hình động học bậc 2. Quá trình hap phụ tuân thủ theo cả hai cơ chế hap phụ hóa học và hap phụ vật lý tùy
thuộc vào pH của môi trường. Dựa vào dung lượng hap phụ, chúng ta có thé khăng định than
biến đôi có tiềm năng dé hap phụ amonium trong dung dich [66].
Trong cùng năm 2016, các nghiên cứu vẻ việc sử dung phụ phẩm nông nghiệp dé xử lý kim loại nặng trong nước đang được quan tâm bởi tính kinh tế cũng như hiệu quả ma nó mang lại. Nghiên cứu của Phạm Hoang Giang và Đỗ Quang Huy tiền hành biến tính một số vật liệu phụ phẩm nông nghiệp bằng acid HsPOs, từ đó nhận thấy vật liệu sau biến tính có khả năng
hấp phụ xanh methylene cao hơn so với vật liệu góc từ 2 đến 5 lần. Qua đó. lựa chon 2 vật liệu
I§
có hiệu suất hap phụ tốt nhất là vỏ chuối và rơm dé tiến hành thí nghiệm hap phụ kim loại nặng. Anh SEM của vật liệu cho thấy quá trình biến tính đã làm thay đôi cau trúc của vật liệu theo hướng làm tăng tông diện tích bề mặt vật liệu dẫn tới kha năng hap phụ tăng. Khảo sat
ảnh hưởng của nông độ ion kim loại nặng tới quá trình hấp phụ ta thấy, quá trình hắp phụ tuân theo mô hình đường hap phụ đăng nhiệt Langmuir với dung lượng hap phụ cực đại của các vật liệu là vỏ chuối biến tính: 121,95 mg-g1! Pb(II) và 53,2 mg-g! Cu(II); rơm biến tính : 55,56
meg-#†! Pb(II) và 46,3 mg-g! Cu(II) [7].
Nam 2019, Nguyễn Văn Phuong cùng cộng sự đã khảo sát cơ chế loại bỏ Cu(II) khỏi dung địch nước của than sinh học có nguôn gốc từ phân bò như một chất hấp phụ. Than sau
thu được cho cân bằng với dung dich Cu(II) ở nhiều nồng độ khác nhau. dao động 0-360 mg/L trong khoảng 12 giờ. Các đường đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II) của than được điều chế ở 300 và
450°C phù hợp với mô hình Langmuir hơn, trong khi mô hình Freundlich phù hợp hơn cho
than được điều chế ở 600°C. Kha nang hấp phụ tối đa của Cu(II) cho than điều chế ở 300, 450
và 600°C Lan lượt là 12,2; 21,8 và 21,6 mg-g'. Kết quả chỉ ra rằng phân bò là chất thải có thể được chuyên đôi thành than sinh học có giá trị như một chat hap phụ đê loại bỏ độc tính Cu(II)
khỏi môi trường nước [10].
Năm 2020, Đào Minh Trung và Nguyễn Thị Thanh Trâm trình bày nghiên cứu xứ lý
nước thai lead giả định với nồng độ ban đầu được cô định tại 30 mg-L" và vật liệu nghiên cứu, than biến tính được điều chế từ vỏ hạt Mắc-ca đã được hoạt hoá bằng cách nung và cuối cùng biến tinh than với tác nhân H:O›. Than được biến tinh bằng cách ngâm lắc than trong dung dịch HạO; 25% trong 48 giờ. Kết quả than sau khi biến tính cho kết quả hap phụ đạt 266,26 mg-g', kết quả nghiên cứu cho thấy có sự tương đồng với một số nghiên cứu trước đây. Thật
vậy, khi nghiên cứu ứng dụng vật liệu vào xử lý lead trong nước thải giả định, kết quả nghiên
cứu cho thấy hiệu xuất xử lý lead đạt 94,05% khi kháo sát ở cùng điều kiện tối ưu tại pH = 6 với liều lượng 0,4 g-L'' và và thời gian 60 phút. Qua đối chứng cho thấy kết qua nghiên cứu có sự tương đồng với một số kết quả nghiên cứu trước đây, từ đó có thẻ khăng định vật liệu than
biến tinh có khả nang ứng dụng xử lý Pb(HH) trong nước thải [67].
Năm 2021, Trần Thị Cúc Phương và Nguyễn Thị Phượng đã công bo nghiên cứu của
mình trong việc chế tạo than sinh học từ cây mai dương (Mimosa pigra L.) và biến tính với mudi AICI; với các nông độ khác nhau (0,5M, 1M, 2M và 3M). Kết quả nghiên cứu cho thay
19
BAI2 cho khả năng hap phụ NOs tốt nhất (11,08 mg-g") cải thiện rat đáng kể so với than sinh học không biến tính (-1,55 mg-g') [68].
Trong cùng năm với nghiên cứu trên, Phạm Tăng Cát Lượng cùng cộng sự đã nghiên
cứu khả năng xử lí ion Pb(II) va Cu(II) trong dung dịch bằng than sinh học điều chế từ man
cưa. Nghiên cứu đã chỉ ra khả năng xử lí khác nhau của than sinh học được điều chế từ mùn cưa với hai ion là Pb(II) va Cu(II). Kết qua cho thay dung lượng hấp phụ cực đại đạt 62,11
mẹ-g! đối với Pbh(II) và 20,49 mg-g! đối với Cu(II) ở pH = 4,0 va thời gian đạt cân bằng hap phụ là 120 phút. Quá trình hap phụ ion Pb(H) và Cu(II) trên than sinh hoc phù hợp hơn với quy luật động học bậc hai và mô hình đăng nhiệt hap phy Langmuir. Nghiên cứu này cũng công bố kết quả xử lí ion Pb(II) và Cu(II) trong nước thải ở Phòng Thí nghiệm Hóa Vô co, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh [69].
2.5.2. Nghiên cứu ngoài nước
Những nghiên cứu ứng dụng than sinh học xử lý các ion kim loại nặng ở các quốc gia
trên thé giới từ sớm đã được công bố
HongYu Wang : ` Pb(IT), Cu(H) va
Go cây Hồ Đào
[71] Cd(1I) J Deng cùng cén
ee 2017 Hat Cha La HCl va NaOH
sự [72]
Simeng Li, Gan Polyacrylamide& ° yacry Catt)
Chen [73] hydrogel
20
cộng sự [74] phosphate Cdl)
Inas A.
Hashem va Ni(II)
Rachel A.
Thue vat Smoak and
Jerald L.
Schnoor [78]
Odontarrhena chalcidica
Thực vật Zhou cùng cộng
sự [79]
Alternanthera philoxeroides
Năm 2010, Liao & Dexiang va cộng sự đưa ra nghiên cứu chế tạo than sinh học có nguồn gốc từ vỏ trứng biến tính với hydroxyapatite cho kết qua ion Pb(II) bị hấp phụ tôi đa là
101 mg-g†! [58].
Năm 2014, các nhà nghiên cứu đến từ Thái Lan gồm Songkrit Prapagdee, Somkiat Piyatiratitivorakul, Amorn Petsom & Nukoon Tawinteung đã đưa ra nghiên cứu chế tao than sinh học có nguồn gốc từ Thân sắn biến tính với KOH và phosphoric acid loại bỏ Cu(ID và Zn(II) trong đất nông nghiệp, kết quả bón than sinh học vào dat dé tăng năng suất cây trồng
với tốc độ tăng trưởng và năng suất vỏ đậu là 10 % [70].
Nghiên cứu của HongYu Wang (2015) trình bày khả năng hap phụ ion Pbh(II), Cu(II) và Cd(I) của than sinh học điều chế từ gỗ cây Hồ Đào đã xử lý KMnO; thông qua nhiệt phân
chậm (600°C) với kết quả dung lượng hap phụ tối đa lần lượt là 153,1, 34,2 và 28,1 mg-g',
cao hơn đáng ké so với đó là than sinh học chưa biến tinh [71].
21
Nghiên cứu vào năm 2017 của J Deng củng cộng sự cho thay sự hap phụ kim loại nặng từ dung địch nước lên than sinh học biến tính bing NaOH va HCI có nguồn gốc từ sinh khối hạt chà là cho kết quả khả năng hấp phụ cao nhất lần lượt là 0,911, 0,705 và 0,692 mmol-g ! đỗi với Pb(II), Cu(H) và Ni(H). So với than sinh học chưa biến tinh, khả năng hap phụ đối với
Pb(II), Cu(II) va Ni(II) tăng lần lượt là 27%, 66% và 98% [72].
Nam 2018, Simeng Li và Gang Chen đã công bố đề tài nghiên cứu acrylamide rẻ tiền đã được sử dụng đẻ tổng hợp vật liệu tông hợp polyacrylamide hydrogel-biochar với liều lượng 1,3 và 5% trọng lượng than sinh học có nguồn gốc từ rơm ra. Theo kết quả thí nghiệm đăng nhiệt, chỉ ra rằng khả năng hap phụ tôi đa của vật liệu tông hợp là 30,63, 59,21 và 63,58
mg-g đối với ba vật liệu tông hợp với liều lượng than sinh học tăng dan. So sánh với than sinh học chưa được biến tính với hydrogel qmax thấp hơn nhiều là 24,72 mg-g' [73].
Năm 2020, Inas A.Hashem và cộng sự đã công bố nghiên cứu nói về than sinh học có nguồn gốc tử rom ra trong việc xử lý đất bị ô nhiễm Ni(II) do tưới bằng nước thải. Kết quả cho biết than sinh học có khả năng làm giảm Ni(ID trong đất từ 24,6% đến 39,4% [74].
Trong củng năm trên, X Meng cùng cộng sự đã ra đưa đề tài nghiên cứu than sinh học được làm giàu nitrogen/phosphorus với độ xóp tăng cường điều chế thông qua quá trình nhiệt phân mùn cưa tre một bước được biến tính bing guanidine phosphate (GP). Kết quả khả năng hấp phụ cao đối với Pb(IT) (166.2 mg-g”), Cu( II) (81,7 mg-g') và Cd(H) (60,3 mg-g"') [75].
Ahmed cung cộng sự đã công bố dé tài trình bày nhiệt phân hạt đưa hấu (WM) trong
môi trường nitrogen tạo ra than sinh học biến tinh bằng HạO:›. Kết quả dựa trên mô hình
Langmuir, dung lượng hap phụ Pb(II) tối đa được tính tương ứng là 44,32 mg-g ` và 60,87 mg-g! đối với than chưa biến tính và đã biến tinh với H2O2. Theo kết quả đạt được, việc biến
tính với H›O; của than sinh học hạt dưa hấu có thẻ được coi là một phương pháp day hứa hẹn va hiệu quả về mặt chỉ phí liên quan đến việc loại bỏ Pb(II) khỏi nước/nước thai ma không gây tác động xấu đến môi trường xung quanh [76].
Cùng năm 2021, Wang cùng cộng sự đã công bố nghiên cứu than sinh học biến đối kiêm mới được điều chế từ lá bạch quả được sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân một bước đơn giản và được nghiên cứu làm chat hap phụ đẻ loại bỏ Pb, Cd và Cu khỏi dung dịch nước.
Sau khi biến tính bằng kiêm, than sinh học lá bạch quả thê hiện nhiều nhóm chức bé mặt và độ
22
xốp lớn nên có kha năng hap phụ cao đối với Pb (589,32 mg-g `), Cd (563,55 mg-g') và Cu
(81,7 mg-g ') [77].
Nghiên cứu của Rachel A.Smoak and Jerald L. Schnoor chỉ ra rằng than sinh học được
điều chế từ sinh khối O. chalcidica - thực vật phát triển trên dat cát, nghèo dinh dưỡng từ một khu khai thác mỏ ở Minnesota - ở nhiệt độ nhiệt phan 900°C hap thụ tới 154 mg-g! Ni(II).
Than sinh học O. chalcidica cũng loại bỏ Ni(II) khỏi dung dich nước rửa ma điện Ni mô phỏng.
Những kết qua này cung cấp bằng chứng cho thấy than sinh học O. chalcidica là một vật liệu hap dẫn dé xử lý đồng thời nước thải có hàm lượng Ni(II) cao [78].
Mới đây nhất, Zhou cùng cộng sự đã công báo nghiên cứu than sinh học chứa MgO có nguồn gốc từ Alternanthera philoxeroides (MAPB) đã được tông hợp dé loại bỏ Cu(II). So với các chất hap thụ than sinh học khác, MAPB cho thấy động học hap phụ tương đối chậm nhưng
loại bỏ Cu(II) hiệu quả với khả năng hap phụ tối đa là 1.238 mg-g"! [79].
23