Ngày nay, các phụ phẩm công - nông nghiệp như lá chè, lá mía, lá ngô, xơ dừa, vỏ trấu...đang được sử dụng ngày càng nhiều trong việc nghiên cứu, chế tạo vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý nước ô nhiễm. Chính cấu trúc nhiều lỗ xốp và trong thành phần gồm các polime dễ biến tính như: xellulozơ, hemixenlulozơ, pectin, lignin và protetin nên lá chè, lá mía, lá ngô có khả năng hấp phụ và trao đổi ion cao. Các polime này có thể hấp phụ nhiều chất tan khác nhau trong nước, đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai. Các nhóm hiđroxyl trên xenllulozơ cũng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ ion kim loại nặng bởi các nhóm này có khả năng tạo liên kết yếu với các ion kim loại. Để tăng khả năng hấp phụ các kim loại nặng, nhiều phương pháp biến tính đã được công bố như oxy hoá các nhóm hyđroxyl trong các vật liệu hấp phụ tự nhiên thành các nhóm axit hoặc sunfo bằng axit sunfuric, axit xitric.... để tạo thành than hoạt tính. Các hợp chất polyphenol như tannin, lignin trong lá chè được cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng và các nhóm axit galacturonic trong pectin là những vị trí liên kết mạnh với cation.
Ngày nay chất hấp phụ polime ngày càng được quan tâm nghiên cứu trên thế giới. So với các chất hấp phụ vô cơ, chất hấp phụ polime cho độ bền, độ tách lọc cao hơn, và quan trọng hơn nữa là dễ dàng sử dụng lại. Đã có rất nhiều loại polime có cấu trúc xốp, khâu mạch được sử dụng để tách lọc các chất hữu cơ, các kim loại đặc biệt ra khỏi nước thải. Hãng Polymerics của Cộng hòa liên bang Đức đã nghiên cứu tổng hợp một số trong y học.
Polime có khả năng hấp phụ là một loại polime mới, gần đây được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu. Việc tách, chiết và thu hồi các hợp chất có giá trị cao từ nguồn nguyên liệu trong thiên nhiên như vỏ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
táo, chè, bưởi... và thu hồi kim loại quý từ nguồn nước thải công nghiệp là rất cần thiết [18], [20].
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu và ứng dụng polime hấp phụ vẫn còn mới mẻ. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu sử dụng một số loại lá cây được trồng phổ biến ở Việt Nam để loại bỏ niken, đồng trong dung dịch nước.
1.5. Tình hình sử dụng vật liệu tự nhiên để hấp phụ các kim loại nặng
Sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc tự nhiên để xử lý nước bị ô nhiễm đang là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Ưu điểm của công nghệ mới này là ít tốn kém, an toàn, vật liệu hấp phụ tương đối phổ biến, dễ kiếm, đặc biệt có thể xử lý nguồn nước bị nhiễm kim loại nặng với nồng độ rất thấp (vài chục ppm).
Ngày nay, trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu, nhiều đề tài khoa học nhằm tìm các giải pháp sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải. Nhiều công trình trong số đó đã được ứng dụng có hiệu quả vào thực tiễn và mở ra một hướng đi mới cho công nghệ xử lý môi trường ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung.
Nhóm nghiên cứu trường Đại học Chiết Giang, Trung Quốc đã tiến hành khảo sát và tìm các điều kiện tối ưu (thời gian, kích thước lá...) cho việc sử dụng lá chè tự nhiên không biến tính làm vật liệu hấp phụ chì trong dung dịch nước. Kết quả cho thấy lá chè được nghiền càng nhỏ có khả năng hấp phụ chì tốt nhất [22].
Ngoài ra, một nhóm nghiên cứu phòng khoa học môi trường, Viện nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ đã nghiên cứu việc sử dụng chất thải nông nghiệp, công nghiệp và chế biến nông nghiệp như: vỏ chuối, vỏ sắn, vỏ trấu, vỏ cam, xơ dừa, bã mía, bã chè, mùn cưa, lõi ngô...làm vật liệu hấp phụ các kim loại nặng cacdimi, crom, đồng, kẽm trong nước thải và so sánh với than
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
thương mại. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mỗi loại vật liệu có khả năng hấp phụ kim loại nặng khác nhau: Pb > Cd >Zn > Cu > Ni [19].
Việc loại bỏ ion Pb trong dung dịch nước bằng cách sử dụng lá ngô như một chất hấp phụ đã được nhóm nghiên cứu trường đại học Ibadan, Ibadan, Nigeria đưa ra vào năm 2006. Đề tài đã khảo sát được giá trị pH tối ưu cho quá trình hấp phụ Pb là 3, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 30 phút [15].
Bên cạnh việc sử dụng lá cây như một chất hấp phụ sinh học, các nhà nghiên cứu còn sử dụng nhiều vật liệu tự nhiên khác như đá ong, vỏ tôm, vỏ cua...để loại bỏ các kim loại trong nước. Tuy nhiên, nhược điểm của việc sử dụng các vật liệu tự nhiên không biến tính là hiệu suất hấp phụ rất thấp, chính vì vậy một hướng nghiên cứu mới nhằm tăng hiệu suất hấp phụ của các loại vật liệu sinh học đó là tiến hành hoạt hóa các loại vật liệu tự nhiên. Ví dụ hoạt hóa bã mía bằng axit sunfuric hoặc fomadehit của nhóm nghiên cứu khoa kỹ thuật trường đại học Putra Malaysia (UPM) cho thấy có khả năng hấp phụ metyl đỏ tốt hơn bã mía chỉ qua xử lý vật lý [21].
Ở Việt Nam cũng có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng VLHP có nguồn gốc tự nhiên để xử lý môi trường. Nhóm nghiên cứu gồm: Lê Thanh Hưng, Phạm Thành Quân, Lê Minh Tâm, Nguyễn Xuân Thơm - Trường đại học Bách khoa - ĐHQGHCM đã nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính bằng axit xitric [6]. Hay các sinh viên Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã làm nhiều người ngạc nhiên với ý tưởng sử dụng cây lau trong tự nhiên để xử lý ô nhiễm môi trường nước ở bãi rác Khánh Sơn (tại phường Hòa Khánh Nam, Liên Chiểu, Đà Nẵng). Sau một thời gian, nguồn nước đã được cải tạo đáng kể [25].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 2
THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ