Nghiên cứu tiềm năng xử lý asen và amoni trong nước của vật liệu than thủy nhiệt hình cầu biến tính với K2CO3

Bài viết Nghiên cứu tiềm năng xử lý asen và amoni trong nước của vật liệu than thủy nhiệt hình cầu biến tính với K2CO3 trình bày việc chế tạo than thủy nhiệt hình cầu và biến tính của nó với dung dịch K2CO3 được thực hiện và tiến hành ứng dụng chúng để xử lý As và amoni trong điều kiện nước pha sẵn trong phòng thí nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tiềm năng xử lý asen và amoni trong nước của vật liệu than thủy nhiệt hình cầu biến tính với K2CO3KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ VDoi: 10.15625/vap.2022.0173 NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG XỬ LÝ ASEN VÀ AMONI TRONGNƯỚC CỦA VẬT LIỆU THAN THỦY NHIỆT HÌNH CẦU BIẾN TÍNH VỚI K2CO3 Nguyễn Thị Hải1, Tạ Thị Hoài1, Hoàng Tú Hằng1, Nguyễn Thị Hoàng Hà2* PTN Trọng điểm Địa môi trường và Ứng phó Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học 1 Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 - Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam 2 Trường Đại học Việt Nhật, Đại học Quốc gia Hà Nội, Lưu Hữu Phước, Hà Nội, Việt Nam TÓM TẮT 0FHai vật liệu gồm TH-than thủy nhiệt hình cầu tổng hợp từ glucose bằng phương pháp thủy nhiệt và 1TAC-than hoạt tính, chế tạo bằng cách biến tính TH với dung dịch K2CO3 được nghiên cứu nhằm đánh giákhả năng xử lý của chúng đối với asen (As) và amoni trong môi trường nước. Vật liệu TAC được nung ở banhiệt độ khác nhau gồm 700 oC (TAC-700), 800 oC (TAC-800) và 900 oC (TAC-900). Kết quả nghiên cứucho thấy, dung lượng hấp phụ của TH đối với amoni và As lần lượt là 16,6 mg/g và 0,007 mg/g. Tuy nhiên,sau quá trình biến tính với K2CO3, cả 3 vật liệu than hoạt tính TAC đều cho khả năng xử lý amoni và As caohơn so với vật liệu TH ban đầu. Dung lượng hấp phụ của TAC-700, TAC-800 và TAC-900 đối với amoni lầnlượt là 28,2 mg/g; 25,9 mg/g và 24,9mg/g và đối với As lần lượt là 0,037 mg/g; 0,04 mg/g và 0,05 mg/g. Vậtliệu TAC-700 cho thấy khả năng xử lý amoni cao nhất, trong khi đó vật liệu TAC- 900 có khả năng xử lý Ascao nhất. Do đó, trong 3 vật liệu, TAC-700 được đánh giá là vật liệu tiềm năng nhất để xử lý đồng thời amonivà As trong môi trường nước. Từ khóa: Amoni, asen, hấp thụ, than hoạt tính, than thủy nhiệt hình cầu. 1. MỞ ĐẦU Nhiều năm qua, ô nhiễm asen (As) và amoni trong nước ngầm là vấn đề nhận được sự quantâm chú ý của nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là Việt Nam. Hàm lượng As và amoni cao trongnước ngầm là do ảnh hưởng của các quá trình tự nhiên và hoạt động nhân sinh (khai khoáng vàhoạt động sản xuất công nghiệp khác, nông nghiệp, sinh hoạt,…) [1]. Sự xuất hiện đồng thời As vàamoni với hàm lượng cao gây ra những nguy hại đến sức khỏe con người [2, 3]. Theo quy chuẩnchất lượng nước sinh hoạt QCVN 01-1:2018/BYT của Việt Nam, giới hạn cho phép của As vàamoni lần lượt là 0,01 mg/L và 0,3 mg/L. Tại Việt Nam, hàm lượng As và amoni trong nước ngầmđược tìm thấy khá cao ở khu vực đồng bằng Sông Hồng. Trong đó, nồng độ As và amoni dao độnglần lượt từ 0,001‒3,05 mg/L [4] và 51‒99 mg/L [5]. Theo nghiên cứu của [6], các giếng ở VạnPhúc, Hà Nội có hàm lượng As và amoni lên tới 0,49 mg/L và 63 mg/L. Để xử lý đồng thời As và amoni trong môi trường nước, có rất nhiều phương pháp được pháttriển và ứng dụng bao gồm sinh học [7], trao đổi ion [8], hấp phụ [9], đất ngập nước [10] và côngnghệ màng [11]. Trong đó, hấp phụ được xem là phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất vì có khảnăng xử lý cao, chi phí thấp, vận hành và thiết kế đơn giản [9]. Nhiều loại vật liệu hấp phụ As vàamoni đã được nghiên cứu, ứng dụng. Than hoạt tính được xem là vật liệu phổ biến nhất trên thịtrường, chúng có khả năng xử lý đồng thời được cả 2 chất ô nhiễm As và amoni trong môi trường * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: hoanghantvnu@gmail.com194 Nghiên cứu tiềm năng xử lý asen và amoni trong nước của vật liệu than thủy nhiệt hình cầu…nước. Tuy nhiên, khác với than sinh học truyền thống được tổng hợp bằng phương pháp nung trongđiều kiện yếm khí, than thủy nhiệt hình cầu được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt từ cácnhóm carbonhydrat (glucose, xylose, sucrose) [12]. Đặc tính nổi bật của than thủy nhiệt hình cầu làcó hàm lượng cao các nhóm chức chứa oxy bao gồm carboxylic, carbonyl và hydroxyl/phenolic, từđó giúp than thủy nhiệt hình cầu có khả năng xử lý được nhiều chất ô nhiễm khác nhau [13]. Trongmôi trường nước, As và amoni mang đặc tính điện tích khác nhau; do đó, để xử lý đồng thời cả 2chất ô nhiễm là một thách thức. Ứng dụng vật liệu hấp phụ để xử lý đồng thời As và amoni trongmôi trường nước vẫn hạn chế. Đặc biệt, tới nay chưa có nghiên cứu nào sử dụng vật liệu than thủynhiệt hình cầu để xử lý 2 chất ô nhiễm đó. Chính vì vậy, trong nghiên cứu này, chế tạo than thủynhiệt hình cầu và biến tính của nó với dung dịch K2CO3 được thực hiện và tiến hành ứng dụngchúng để xử lý As và amoni trong điều kiện nước pha sẵn trong phòng thí nghiệm. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1. Chế tạo vật liệu hấp phụ Than thủy nhiệt hình cầu (TH) Than thủy nhiệt hình cầu được tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt, quy trình chế tạo thanthủy nhiệt được thực hiện quy trình đã trình bày trong nghiên cứu của Tôn Thất Lộc và Mai ThuậnTriều [12, 13] như sau: (i) Hòa tan 10 g glucose thương mại trong 50 mL nước cất; (ii) Đổ hỗn hợpthu được trên vào ống Teflon và sau đó đặt vào autoclave để tiến hành thủy nhiệt trong lò ở nhiệtđộ 190 ºC; (iii) Sau 24h trong lò nung, sản phẩm thu được là than thủy nhiệt hình cầu có màu nâu(TH); và (iv) Sản phẩm được rửa lại nhiều lần bằng nước cất và sấy ở 105 ºC cho tới khi khô hoàntoàn và được bảo quản trong túi zip kín miệng. Than hoạt tính (TAC) Trong nghiên cứu này, than hoạt tính (TAC) biến tính từ TH và K2CO3 được chế tạo nhằmnâng cao hiệu quả xử lý của than thủy nhiệt hình cầu. Than hoạt tính (TAC) được chế tạo theo quytrình sau: 15 g vật liệu TH được cho vào bình tam giác 250 mL có chứa 50 mL với dung dịchK2CO3 nồng độ 2 M. Đặt bình tam giác lên trên máy lắc và lắc ở nhiệt độ phòng, với tốc độ lắc 160rpm. Sau 24h, phần rắn được tách ra khỏi hỗn hợp bằng màng lọc 0,45 µm. Đem nung phần rắn ởnhiệ ...