a. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ chế phẩm vỏ hạt macca bước đầu khảo sát khả năng xử lý màu nhuộm Metyl Blue
b. Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Thủ Dầu Một Bình Dương
c. Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Đào Minh Trung
d. Mục tiêu nghiên cứu:
đ. Kết quả nghiên cứu (tóm tắt)
Than hoạt tính có diện tích bề mặt cao (500 - 2500 m2/g) và có cấu trúc xốp không đồng nhất làm cho chúng có khả năng hấp phụ tốt. Vật liệu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xử lý nước thải, loại bỏ các khí độc hại trong không khí, thu hồi dung môi, loại bỏ màu và cải thiện nước ngầm. Tính chất hấp phụ của than hoạt tính thường chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như đặc điểm kết cấu, nhóm chức bề mặt, diện tích bề mặt, hàm lượng tro,…Vật liệu sản xuất ra than hoạt tính thường sử dụng hai nguồn chính là than và phế phẩm nông nghiệp có độ cứng và độ xốp cao như xơ dừa, vỏ trấu, than tre. Do đó, than hoạt tính được điều chế từ vỏ Mắc-ca được nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý màu nhuộm trong nước.
Với cơ sở trên, TS. Đào Minh Trung - trường đại học Thủ Dầu Một cùng với cộng sự của mình đã triển khai đề tài “Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ phế phẩm vỏ hạt macca bước đầu khảo sát khả năng xử lý màu nhuộm Metyl Blue” với mục tiêu tìm giải pháp xử lý màu nhuộm trong nước bằng vật liệu thân thiện môi trường. Cụ thể: điều chế các vật liệu sinh học từ phế phẩm Mắc-ca bằng các tác nhân hóa học. Khảo sát khả năng xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm giả định của vật liệu có nguồn gốc sinh học góp phần cải thiện chất lượng môi trường nước.
Cây Maccadamia có nguồn gốc từ vùng 25 - 310 vĩ độ Nam thuộc Australia, được các nhà khoa học phát hiện từ rừng cây bụi ở Queensland vào năm 1857, đặt tên là chi Macadamia. Cây Maccadamia là loại cây cho quả khô quý hiếm, nhân Maccadamia có hàm lượng dầu 78% với trên 87% là axit béo không no, hàm lượng protein trong nhân tới 9.2% gồm 20 loại axit amin, ngoài ra nhân Maccadamia có chứa nhiều chất đường bột, chất khoáng và nhiều loại vitamin. Vỏ hạt Maccadamia có thể làm than hoạt tính khi đốt ở nhiệt độ cao. Vỏ hạt Maccadamia có diện tích bề mặt cao hơn các loại vỏ hạt khác và hàm lượng tro của chúng rất thấp (dưới 1%).
Đối với mỗi tấn hạt Maccadamia tạo ra 70 - 77% vỏ. Hằng năm, các công ty chế biến hạt ở Việt Nam sản xuất ra hàng nghìn tấn hạt và thải ra hàng chục nghìn tấn vỏ. Vỏ có thể được một số công ty mỹ nghệ mua về làm đồ thủ công nhưng chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Phần lớn chúng được đem bỏ hoặc làm nhiên liệu đốt.
Trong đề tài này, nguyên liệu Mắc-ca làm thí nghiệm được lấy tại thôn 7, xóm 2, xã An Lộc, huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng, Việt Nam. Được tách vỏ thủ công tại phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm Nghiên cứu - Thực nghiệm trường Đại học Thủ Dầu, Bình Dương.
Để đạt được mục tiêu đề ra, tác giả đã triển khai 9 nội dung: Ứng dụng than cốc Mắc-ca xử lý màu Methylene Blue trong nước thải giả định (khảo sát pH, liều lượng, thời gian); điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 (khảo sát tỷ lệ ngâm lắc, nhiệt độ, thời gian hoạt hóa); ứng dụng than hoạt tính bằng tác nhân hóa học K2CO3 xử lý màu Methylene Blue trong nước thải giả định (khảo sát pH, liều lượng, thời gian); điều chế than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học H2SO4 (khảo sát nhiệt độ và thời gian hoạt hóa); ứng dụng than hoạt tính bằng tác nhân hóa học H2SO4 xử lý màu Methylene Blue trong nước thải giả định (khảo sát pH, liều lượng, thời gian);
Điều chế than biến tính bởi tác nhân oxy hóa H2O2 được điều chế từ vỏ hạt Maccadamia (khảo sát nồng độ, thời gian biến tính); ứng dụng than biến tính bằng tác nhân oxy hóa H2O2 điều chế từ vỏ hạt Maccadamia xử lý màu Methylene Blue trong nước thải giả định (khảo sát pH, liều lượng, thời gian); điều chế than biến tính bởi tác nhân hóa học H2O2 từ than hoạt tính hoạt hóa bằng tác nhân hóa học H3PO4 (khảo sát nồng độ và thời gian biến tính); ứng dụng than biến tính bằng tác nhân hóa học H2O2 điều chế từ than hoạt tính H3PO4 xử lý màu Methylene Blue trong nước thải giả định (khảo sát pH, liều lượng, thời gian).
Qua kết quả khảo sát khả năng xử lý màu Methylene Blue của than cốc Mắc-ca cho thấy than cốc được điều chế từ phế phẩm nông nghiệp là vỏ Mắc-ca có khả năng xử lý cao nhất đạt 64.62% với 3 yếu tố pH = 10, liều lượng than tối ưu 1g/L trong 120 phút đối với nước thải MB có nồng độ 70mg/L.
Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu than hoạt tính sinh học được điều chế thành công từ phế phẩm nông nghiệp là vỏ Mắc-ca bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân hoạt hóa K2CO3 với các điều kiện hoạt hóa tối ưu như tỷ lệ 1:1:10ml, nhiệt độ 6500C trong 60 phút, độ hấp phụ MB đạt tới 261.52mg/g. Kết quả xác định ba yếu tố ảnh hưởng lên hiệu suất cho thấy tại pH = 9.5 với liều lượng than thích hợp là 0.8g/L trong 45 phút có thể xử lý đạt hiệu suất tới 98.55% đối với nước thải Methylene Blue có nồng độ 70 mg/L.
Phân tích giản đồ phổ hồng ngoại cho thấy, vật liệu than hoạt tính K2CO3 được điều chế có các nhóm chức đặc trưng cho khả năng hấp phụ màu và các nhóm chức carboxyl (C = O), nhóm - OH đặc trưng cho khả năng hấp phụ các kim loại nặng như Ni2+, Cd2+, Zn2+, Pb2+ và Cr3+ [34], [56], [68]. Vậy, than hoạt tính sinh học được điều chế từ vỏ Mắc-ca bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân hoạt hóa K2CO3 xử lý màu trong nước thải với hiệu suất cao, có khả năng xử lý nước thải chứa kim loại nặng và đó sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo đối với vật liệu này.
Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu than hoạt tính sinh học trong nghiên cứu được điều chế thành công từ vỏ Mắc-ca bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân H2SO4 làm chất kích hoạt ở 9000C trong vòng 45 phút. Sự hấp phụ Methylene Blue lên tới 250.22mg/g có thể được chứng minh bằng than hoạt tính có khả năng xử lý thuốc nhuộm. Kết quả chỉ ra rằng hai yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất ở pH = 6 và khối lượng than phù hợp 1g/l có thể được xử lý với hiệu suất đạt 67.29%.
Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu than biến tính sinh học được điều chế thành công từ phế phẩm nông nghiệp là vỏ Mắc-ca đã được than hóa và biến tính bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân hóa học H2O2 với các điều kiện biến tính tối ưu như nồng độ H2O2 25% với thời gian ngâm lắc 48h, khả năng xử lý với độ hấp phụ MB đạt 266.26mg/g. Kết quả xác định ba yếu tố ảnh hưởng lên hiệu suất cho thấy tại pH = 8.5 với liều lượng than thích hợp là 1g/L trong 60 phút có thể xử lý đạt hiệu suất 93.26% đối với nước thải Methylene Blue có nồng độ 70mg/L.
Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu than biến tính sinh học được điều chế thành công từ phế phẩm nông nghiệp là vỏ Maccadamia đã hoạt hóa H3PO4 bằng phương pháp hóa học sử dụng tác nhân oxy hóa H2O2 với các điều kiện biến tính tối ưu như nồng độ H2O2 20% trong thời gian 30 giờ, độ hấp phụ MB đạt 264.78mg/g. Kết quả xác định ba yếu tố ảnh hưởng lên hiệu suất cho thấy tại pH = 9 với liều lượng than thích hợp là 1g/L trong 60 phút có thể xử lý đạt hiệu suất 99.07% đối với nước thải giả định màu Methylene Blue có nồng độ màu 449.67 Pt–Co (tương ứng nồng độ Methylene Blue 70mg/L).
Phân tích ảnh chụp SEM và giản đồ phổ hồng ngoại FT - IR của than biến tính H2O2 từ than hoạt tính H3PO4 cho thấy, vật liệu được điều chế có độ xốp ổn định,cấu trúc tương đối đặt khít và các nhóm chức đặc trưng được quan sát qua giản đồ cho thấy khả năng hấp phụ màu. Đối với các nhóm chức carboxyl (C=O), nhóm –OH đặc trưng cho khả năng hấp phụ các kim loại nặng như Ni2+, Cd2+, Zn2+ , Pb2+ và Cr3+ [56], [57], [68].
Căn cứ vào kết quả phân tích ảnh SEM, kết quả phân tích phổ hồng ngoại FT-IR và hiệu suất xử lý màu Methylene Blue của các vật liệu cho thấy, ở các điều kiện tối ưu than hoạt tính được hoạt hóa bởi tác nhân hóa học K2CO3 có khả năng xử lý màu MB tốt nhất so với than cốc Mắc-ca, than hoạt tính được hoạt hóa bởi tác nhân hóa học H2SO4, than biến tính bởi tác nhân hóa học H2O2 và than biến tính bởi tác nhân hóa học H2O2 từ than hoạt tính H3PO4.
Kết quả thực hiện đề tài đã chứng tỏ việc ứng dụng than biến tính trong việc xử lý màu nước thải dệt nhuộm giả định là rất khả quan và là cơ sở khoa học để triển khai trong xử lý nước thải dệt nhuộm thực tế.
Đề tài góp phần giải quyết được các vấn đề ô nhiễm màu trong nước thải dệt nhuộm. Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Mắc-ca.
e. Thời gian nghiên cứu:
- Thời gian bắt đầu: 23/8/2019
- Thời gian kết thúc: 23/4/2020
f. Kinh phí thực hiện: 69.980.000 đồng
(Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu tại Trung tâm Thông tin và Thống kê khoa học và công nghệ)