- Trang Chủ
- Sinh học
- Nghiên cứu điều chế và tính chất hấp phụ ion PB2+ của than sinh học từ vỏ trấu
Xem mẫu
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ VÀ TÍNH CHẤT HẤP PHỤ ION PB2+
CỦA THAN SINH HỌC TỪ VỎ TRẤU
Võ Viễn*, Đặng Thị Ngọc Hà, Nguyễn Thị Mỹ Duyên,
Nguyễn Thảo Thư, Lê Quốc Đạt, Phạm Thị Oanh, Đặng Văn Phúc
Trường Đại học Quy Nhơn
*Tác giả liên lạc: vovien@qnu.edu.vn
TÓM TẮT
Việc sử dụng than sinh học như một chất hấp phụ để loại bỏ kim loại nặng trong
nước đã được nghiên cứu rộng rãi. Để chứng minh ứng dụng tiềm năng này,
trong công trình này, vật liệu than sinh học đã được điều chế bằng cách nhiệt
phân trấu trong môi trường khí N2 ở các nhiệt độ khác nhau (300, 400, 500 và
600oC) trong 4h, ký hiệu là VT-x-4, trong đó x là nhiệt độ (oC). Các vật liệu đã
điều chế được đặc trưng bởi phương pháp nhiễu xạ tia X, quang phổ hồng ngoại,
kính hiển vi điện tử quét và đẳng nhiệt hấp phụ N2 ở 77K. Sự hấp phụ Pb2+ trong
nước trên các vật liệu đã được nghiên cứu, kết quả cho thấy vật liệu VT-400-4
thể hiện khả năng hấp phụ lớn nhất là 54,35 mg/g và sự hấp phụ phù hợp với mô
hình đẳng nhiệt Langmuir.
Từ khóa: Than sinh học, trấu, hấp phụ, chì.
STUDY ON PREPARATION AND Pb2+ ADSORPTION PROPERTIES
OF BIOCHAR FROM RICE HUSK
Vo Vien*, Dang Thi Ngoc Ha, Nguyen Thi My Duyen,
Nguyen Thao Thu, Le Quoc Dat, Pham Thi Oanh, Dang Van Phuc
Quy Nhon University
*Corresponding Author: vovien@qnu.edu.vn
ABSTRACT
The use of biochar as an adsorbent for removal of heavy metals from water has
been widely investigated. In order to demonstrate this potential application, in
this work, biochar materials were prepared by pyrolysing rice husk in N2 gas at
various temperatures (300, 400, 500 and 600oC) for 4h, and denoted as VT-x-4,
where x is temperature (oC). The as-prepared materials were characterized by X-
ray diffraction, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and
adsorption-desorption isotherms of N2 at 77K. The adsorption of Pb2+ in water
on the materials was investigated, which showed that VT-400-4 exhibited the
largest adsorption capacity of 54.35 mg/g and the adsorption fitted to the
Langmuir model.
Keywords: Biochar, rice husk, adsorption, lead.
TỔNG QUAN trong những nguyên tố độc nhất đối với
Ô nhiễm môi trường đang ngày được con người và có thể tồn tại với nồng độ
đặt ra ở hầu hết các nước trên thế giới. rất cao trong nước thải công nghiệp.
Trong số các chất ô nhiễm có các ion Chì có thể đi vào cơ thể qua chuỗi
kim loại nặng, bao gồm chì, cadimi, nước-thực phẩm gây nên các triệu
crôm và niken. Trong số các kim loại chứng về hô hấp, tiêu hóa, thần kinh,
nặng này, Pb (II) được xem như một máu, tiết niệu và hệ thống miễn dịch
20
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
của ngộ độc cấp tính hoặc mãn tính, độ 300oC, 400oC, 500oC và 600oC
thậm chí gây chết. Đã có nhiều kỹ thuật trong 4 giờ với một lò nung ống dưới
khác nhau để xử lý kim loại nặng, như dòng khí N2. Mẫu cuối cùng được ký
phương pháp kết tủa, trao đổi ion, chiết hiệu VT-x-4, trong đó x là nhiệt độ
dung môi, lọc màng, oxy hóa hóa học nung.
hay điện hóa. Tuy nhiên, so với các Phương pháp đặc trưng
phương pháp khác, hấp phụ ion kim Nhiễu xạ tia X (XRD) của các mẫu
loại nặng trên các vật liệu rắn có ưu được đo trên nhiễu xạ kế Brucker D8
điểm trong việc xử lý nước do tính đơn Advance với ống phát xạ tia X của Cu
giản, do đó nó được chọn như một giải có bước sóng λ (CuKα) = 1,5406 Å,
pháp có tính kinh tế. công suất 40kV, dòng 40mA. Ảnh hiển
Vật liệu rắn dùng làm chất hấp phụ ion vi điện tử quét (SEM) được chụp trên
kim loại nặng được thử nghiệm rất máy Nova NanoSEM 450. Phổ hồng
nhiều, trong đó, các nhà khoa học có ngoại (IR) được ghi trên phổ kế
xu hướng tìm kiếm các vật liệu có diện IRAffinity-1S (Shimadzu) trong
tích bề mặt lớn và số tâm hấp phụ khoảng 400 đến 4000 cm-1. Hấp phụ-
nhiều. Thời gian gần đây, than sinh giải hấp phụ N2 ở 77K được thực hiện
học, một vật liệu hữu cơ giàu các bon trên thiết bị TriStar 3000 của
được điều chế bởi nung sinh khối trong Micromeritics.
môi trường thiếu oxy, được quan tâm Nghiên cứu tính chất hấp phụ
nhiều trong việc sử dụng làm chất hấp Đường chuẩn để xác định ion Pb2+
phụ ion kim loại nặng. Do bề mặt có được xây dựng dựa trên các mẫu pha
diện tích tương đối lớn, tích điện âm, có nồng độ khác nhau từ dung dịch
mật độ điện tích lớn và có hệ thống chuẩn. Quá trình hấp phụ thực hiện ở
mao quản, than sinh học được cân nhắc nhiệt độ phòng. Để xác định thời gian
như một vật liệu rẻ tiền, phong phú làm cân bằng hấp phụ, cho 0,1 gam than
chất hấp phụ ion kim loại nặng trong sinh học và 80 mL dung dịch Pb2+ có
dung dịch nước. Mặc dù vậy, việc nồng độ 78.65 ppm vào cốc 100 mL,
nghiên cứu tìm kiếm thêm các phương khuấy đều trên máy khuấy từ. Sau thời
pháp điều chế than sinh học từ phụ gian 30, 60, 90, 120, 150 và 180 phút,
phẩm nông nghiệp đang được đặt ra. lấy 10 mL hỗn hợp và ly tâm 2 lần (tốc
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày độ 6000 vòng/phút trong 15 phút), để
một số kết quả nghiên cứu điều chế loại bỏ chất hấp phụ. Nồng độ Pb2+ còn
than sinh học từ vỏ trấu ở các nhiệt độ lại trong dung dịch được xác định bằng
khác nhau ứng dụng để hấp phụ ion phương pháp von–ampe hòa tan trên
kim loại Pb2+ trong nước. Mô hình máy cực phổ vi phân CPAiocHH5B ở
động học của quá trình hấp phụ cũng điện thế -1.2 – 0.2V. Để xác định động
được thảo luận. học hấp phụ, quá trình hấp phụ ở các
nồng độ Pb2+ khác nhau từ 65 đến
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 185ppm cũng được khảo sát theo quy
NGHIÊN CỨU trình trên.
Tổng hợp vật liệu Dung lượng hấp phụ (q) được tính theo
Các mẫu than sinh học được điều chế công thức:
như sau: Vỏ trấu được nghiền, rửa sạch C −C
qt = om t V (mg/g)
với nước cất, sau đó sấy khô ở nhiệt độ
Trong đó, m là khối lượng chất hấp phụ
80oC trong 24 giờ. Lấy 10 gam mẫu
(g); Co và Ce là nồng độ ban đầu và
nguyên liệu đem nhiệt phân ở các nhiệt
21
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
nồng độ cân bằng của ion Pb2+ (ppm); Như đã trình bày trong phần thực
V là thể tích dung dịch chứa ion kim nghiệm, để khảo sát ảnh hưởng của
loại Pb2+ dùng cho mỗi lần hấp phụ nhiệt độ nung đến tính chất của vật
(mL); giá trị qe được tính như qt ở thời liệu, 4 mẫu than sinh học được điều chế
điểm cân bằng (mg/g). từ vỏ trấu ở các nhiệt độ 300oC, 400 oC,
Động học hấp phụ được áp dụng theo 500oC và 600oC trong thời gian 4 giờ.
hai phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Việc chọn thời gian nung 4 giờ được
phổ biến nhất là Langmuir và khảo sát sơ bộ trước nhưng không trình
Freundlich bày ở trong bài báo này. Để xác định
Đẳng nhiệt Langmuir có dạng tuyến thành phần pha, các mẫu được đặc
C
tính là: e = e +
C 1
, với qmax trưng bởi kỹ thuật XRD và kết quả
qe qmax KL .qmax được trình bày trong hình 1. Có thể
(mg/g) là dung lượng hấp phụ đơn lớp nhận thấy rằng, tất cả các mẫu đều có
cực đại; KL là tham số phương trình hai pic đặc trưng cho than sinh học. Pic
Langmuir. Dựng đồ thị tuyến tính sự thứ nhất có cường độ yếu ở khoảng
phụ thuộc Ce/qe theo Ce, xác định được 9,4o. Pic này có thể do các nguyên tử
các đại lượng qmax, KL. oxy chèn vào giữa các lớp và liên kết
Đẳng nhiệt Freundlich có dạng tuyến với các mặt graphit được tạo ra trong
1
tính là: lnqe = lnK F + n lnCe , với KF quá trình nhiệt phân sinh khối. Ngoài
và n là tham số của phương trình ra, các vật liệu đều có một pic rộng,
Freundlich, đặc trưng dung lượng hấp cường độ mạnh ở xung quanh 21,5o.
phụ và cường độ (lực) hấp phụ. Giá trị Pic này có thể quy cho các tấm SiO2
của KF và n có thể được tính theo giản dạng tridymit và graphit, chúng tồn tại
đồ sự phụ thuộc giữa lnqe và lnCe bằng ngẫu nhiên trong cấu trúc kiểu gợn
phương pháp quy hồi tuyến tính từ các sóng (corrugated). Kết quả này minh
số liệu thực nghiệm. chứng cho việc tạo thành than sinh học
từ vỏ trấu khi xử lý ở nhiệt độ từ 300oC
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN đến 600oC.
Hình 1. Giản đồ XRD của VT-300-4 (a), VT-400-4 (b), VT-500-4 (c) và VT-
600-4 (d)
Để đặc trưng các liên kết có trong các các phổ đều có hình dạng như nhau.
vật liệu, kỹ thuật phổ hồng ngoại cũng Pic rộng có số sóng xung quanh 3450
được ứng dụng và kết quả được trình cm-1 được xem là dao động của nhóm
bày trong hình 2. Nhìn chung, tất cả OH do nước hấp phụ. Với pic này,
22
- Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học
riêng mẫu VT-400-4 có cường độ bé 1233 cm-1 có thể do dao động của liên
nhất. Có thể tính ưa nước của bề mặt kết C-O-C. Điều đáng lưu ý là các mẫu
vật liệu này kém. Pic ở 2335 cm-1 có có các pic mạnh ở các vị trí 1098, 789
thể do nhóm -CH2. Các pic yếu ở 1704, và 474 cm-1 có thể quy kết cho Si-O-
1616, 1522 và 1455 cm-1 có thể do Si. Kết quả IR thu được phù hợp với
nhóm COOH, COOC hay keton. Ngoài các công bố về than sinh học thu được
ra, các phổ còn xuất hiện một vai ở từ vỏ trấu.
Hình 2. Phổ IR của vật liệu VT-300-4 (a), VT-400-4 (b), VT-500-4 (c) và VT-
600-4 (d)
KẾT LUẬN phụ-giải hấp phụ N2 ở 77K. Các mẫu
Đã điều chế thành công than sinh học than sinh học có khả năng hấp phụ tốt
bằng phương pháp nung vỏ trấu trong Pb2+ trong nước, tuy nhiên mẫu có
môi trường khí N2 ở các nhiệt độ khác dung lượng cao nhất (54,35 mg/g) là
nhau 300, 400, 500 và 600oC trong 4 mẫu xử lý ở 400oC (VT-400-4). Sự hấp
giờ. Các vật liệu được đặc trưng bởi phụ Pb2+ trên VT-400-4 tuân theo mô
các kỹ thuật nhiễu xạ tia X, phổ hồng hình đẳng nhiệt Langmuir.
ngoại, ảnh hiển vi điện tử quét, hấp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
F. L. FU, Q. WANG (2011). Removal of heavy metal ions from wastewaters: a
review, J. Environ. Manag. 92, 407–418.
M. HUA, S. ZHANG, B. PAN, W. ZHANG, L. LV, Q. ZHANG (2012). Heavy
metal removal from water/wastewater by nanosized metal oxides: a
review, J. Hazard. Mater. 211, 317–331.
X. D. CAO, L. N. MA, Y. LIANG, B. GAO, W HARRIS (2011). Simultaneous
immobilization of lead and atrazine in contaminated soils using dairy-
manure biochar. Environ. Sci. Technol. 45, 4884–4889.
23
nguon tai.lieu . vn
