a. Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu loại bỏ Ion PB (II) và xanh metylen trong môi trường nước bằng vật liệu thải từ quy trình khai thác Bauxite
b. Đơn vị chủ trì: Khoa Khoa học tự nhiên - Trường Đại học Thủ Dầu Một
c. Chủ nhiệm đề tài: TS. Phạm Đình Dũ
d. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là loại bỏ các hợp chất hữu cơ hay ion kim loại nặng trong dung dịch nước bằng.vật liệu có giá thành thấp.
đ. Kết quả nghiên cứu (tóm tắt)
Bauxite có chứa hàm lượng nhôm cao và thường được dùng để điều chế alumina theo qui trình Bayer. Theo qui trình này, các dạng oxit nhôm trong bauxite được hòa tan bằng xút và còn một phần pha rắn không tan gọi là bùn đỏ (red mud). Đặc trưng lớn nhất của bùn đỏ là có tính kiềm cao (pH = 10 - 12,5). Bùn đỏ tích luỹ và tạo thành một lượng lớn gây ô nhiễm môi trường và các sinh vật sống xung quanh. Việc tích luỹ tạo thành một lượng lớn bùn đỏ có thể gây ra thảm họa lụt bùn đỏ như đã xảy ra tại nhà máy khai thác bauxite ở Hungari năm 2010 là một trong nhiều ví dụ. Hàng năm lượng bùn đỏ trên thế giới được tạo ra khoảng 90 triệu tấn. Ở Việt Nam, nhà máy khai thác bauxite Tân Rai (ở huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng) đã bắt đầu hoạt động và nhà máy khai thác bauxite Nhân Cơ (ở huyện Đăk R’Lấp, tỉnh Đăk Nông) đang triển khai xây dựng, lượng bùn đỏ tạo ra chưa được đánh giá chi tiết, tuy nhiên đây là vấn đề gây tranh cãi nhiều trong những năm qua.
Sự ô nhiễm do các loại phẩm nhuộm trong công nghiệp trở thành vấn đề môi trường và vệ sinh nghiêm trọng trong những năm gần đây. Việc sử dụng rộng rãi các loại phẩm nhuộm và các sản phẩm của chúng sẽ gây ra ô nhiễm nguồn nước ảnh hưởng tới môi trường và con người. Bên cạnh đó, sự ô nhiễm kim loại nặng cũng là một trong những vấn đề ô nhiễm phổ biến gây nguy hiểm cho sức khỏe con ngƣời và hệ sinh thái. Các kim loại nặng có mặt trong nước, đất, qua nhiều giai đoạn khác nhau và cuối cùng đi vào chuỗi thức ăn của con người. Khi đã vào cơ thể, kim loại nặng có thể tích tụ lại trong các mô. Và trong những năm gần đây, bùn đỏ được cho là có thể được sử dụng như một phương pháp mới để xử lý nước. Một trong những ứng dụng xử lý nước của bùn đỏ là làm chất hấp phụ để loại bỏ phẩm nhuộm và ion kim loại nặng khỏi dung dịch nước. Xuất phát từ thực tiễn đó, tác giả đã đề xuất và thực hiện đề tài: Nghiên cứu loại bỏ ion Pb(II) và xanh metylen trong môi trường nước bằng vật liệu thải từ qui trình khai thác bauxite.
Mục tiêu của đề tài là loại bỏ các hợp chất hữu cơ hay ion kim loại nặng trong dung dịch nước bằng.vật liệu có giá thành thấp.
Trên thế giới có hơn 40 nước có tài nguyên bauxite. Trong đó, Việt Nam là một trong những nước có nguồn tài nguyên bauxite lớn nhất (đứng thứ 3 sau Guinea và Australia. Tuy Việt Nam có ưu việt về tài nguyên bauxite nhưng việc khai thác bauxite, sản xuất alumina và nhôm kim loại chỉ mới bắt đầu triển khai trong những năm gần đây.
Nguồn tài nguyên bauxite của một số quốc gia trên thế giới
Ở các quốc gia khác nhau phương pháp tinh luyện alumina cũng khác nhau phụ thuộc vào thành phần của bauxite. Tuy nhiên, qui trình Bayer là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, đến 95% sản phẩm alumina được tinh luyện theo qui trình này. Thành phần của bùn đỏ phụ thuộc vào loại quặng bauxite và qui trình tinh luyện được sử dụng.
Các loại phẩm nhuộm như Benzidin, Sudan, Atrazol Black FDL, Dianix Black [31]… được thải ra ngoài môi trường từ nước thải của các nhà máy dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngành công nghiệp thực phẩm. Các chất thải này khi đi vào nguồn nước như sông, hồ,… với một nồng độ rất nhỏ cũng cho cảm giác xấu về màu sắc. Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sáng mặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật. Đối với con người, phẩm nhuộm có thể gây ra các bệnh về da, đường hô hấp, phổi. Ngoài ra, một số phẩm nhuộm hoặc chất chuyển hoá của chúng rất độc hại có thể gây ung thư…
Trong một vài năm trở lại đây, các thông tin về tác động nguy hiểm đối với môi trường của nước thải phẩm nhuộm đã trở nên rõ ràng. Vì thế, chính phủ, doanh nghiệp và người dân đã cùng nhau xử lí các nước thải chứa phẩm nhuộm. Cũng như việc xử lí ô nhiễm kim loại nặng, để xử lí nước thải có lẫn chất hữu cơ khó phân hủy nói chung phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp được sử dụng nhiều trong thực tế do giá thành rẻ và hiệu năng cao của phương pháp này. Cùng một nỗ lực như vậy, tác giả đã nghiên cứu biến tính bùn đỏ bằng axit và nhiệt nhằm tăng cường hoạt tính hấp phụ để hấp phụ xanh metylen trong môi trường nước.
Bùn đỏ được cung cấp bởi nhà máy alumina Tân Rai (huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng). Tính chất nhiệt của bùn đỏ Lâm Đồng đã được khảo sát bằng phương pháp TG-DTA. Phương pháp XRF, hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và hấp phụ nitơ đã được sử dụng để xác định các oxit, kích thước hạt, thành phần các pha khoáng và diện tích bề mặt của các mẫu bùn đỏ. Giá trị pH của bùn đỏ Lâm Đồng cũng được đo lường. Kết quả cho thấy bùn đỏ Lâm Đồng có pH nằm trong khoảng 10,02 - 11,78, sắt oxit (36,77%) là oxit chính, tổng khối lượng mất khi nung đến 8000C là 13,33%. Bùn đỏ gồm các hạt có kích thước nhỏ và diện tích bề mặt cao.
Bùn đỏ Lâm Đồng được hoạt hóa bằng các phương pháp khác nhau, bao gồm axit hóa, hoạt hóa bằng nhiệt, và kết hợp xử lý bằng axit và nhiệt, được ứng dụng để hấp phụ Pb(II) và xanh metylen trong dung dịch nước. Ảnh hưởng của pH dung dịch ban đầu đến tỉ lệ loại bỏ các chất ô nhiễm ở trên đã được khảo sát. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ dạng tuyến tính, bao gồm Langmuir, Freundlich và Sips, đã được sử dụng để phân tích các dữ liệu thực nghiệm.
Bùn đỏ được trung hòa bằng axit và hoạt hóa bởi nhiệt đã được sử dụng thành công để làm chất hấp phụ loại bỏ xanh metylen (kí hiệu MB) khỏi dung dịch nước. Mô hình Sips và Freundlich là thích hợp nhất để mô tả quá trình hấp phụ này, điều này chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là đa lớp. Dung lượng hấp phụ cực đại xác định theo mô hình Sips và Freundlich tương ứng là 0,48 (mg.g-1) and 0,44 (mg.g-1). Bùn đỏ hứa hẹn là loại vật liệu có giá thành thấp với hàm lượng lớn để loại bỏ các cation phẩm nhuộm trong quá trình xử lí nước thải công nghiệp.
Nghiên cứu này cũng tập trung khảo sát phản ứng phân hủy MB trong quá trình Fenton dị thể với xúc tác là bùn đỏ Lâm Đồng đã hoạt hóa (kí hiệu BĐA-700). Sự oxi hóa MB được thực hiện tại 300C trong các môi trường pH khác nhau. Phương pháp tốc độ đầu được sử dụng để nghiên cứu động học phản ứng này. Kết quả chỉ ra rằng MB bị phân hủy cao trong khoảng pH ban đầu của dung dịch từ 5 đến 9. Phản ứng phân hủy MB với H2O2 trên BĐA-700 có bậc của MB là 1,57 và bậc của H2O2 là 0,86. Giá trị hằng số tốc độ phản ứng xác định ở 300C là 84,86. Đối với sự hấp phụ Pb(II), các mẫu bùn đỏ đều có khả năng loại bỏ ion Pb(II) khỏi dung dịch nước. Quá trình loại bỏ có thể xảy ra theo cơ chế hấp phụ hoặc kết tủa.
Đối với mẫu bùn đỏ được trung hòa bằng axit hoặc nung ở nhiệt độ 10000C thì sự loại bỏ Pb(II) khỏi dung dịch nước xảy ra theo cơ chế hấp phụ là chủ yếu ở pH dung dịch ban đầu nhỏ hơn 6. Đẳng nhiệt hấp phụ Pb(II) trên mẫu bùn đỏ được xử lý bằng axit tuân theo cả mô hình Langmuir và Freundlich tại pH ban đầu bằng 4, dung lượng hấp phụ cực đại xác định theo mô hình Langmuir là 8,70 mg/g. Quá trình hấp phụ xảy ra theo cơ chế trao đổi ion nên có thể hoàn nguyên và tái sử dụng chất hấp phụ.
e. Thời gian nghiên cứu:
- Thời gian bắt đầu: 2/2016
- Thời gian kết thúc: 9/2016
f. Kinh phí: 50.208.000 đồng
(Có thể tìm đọc toàn văn kết quả báo cáo nhiệm vụ tại Trung tâm Thông tin và Thống kê khoa học và công nghệ).