ĐỒ án tốt NGHIỆP đề tài ỨNG DỤNG cùi bắp TRONG xử lý nước THẢI CHUYÊN NGHÀNH QUẢN lý tài NGUYÊN và môi TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG CÙI BẮP TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Chuyên nghành Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường GVHD Th S NGUYỄN PHAN TRÚC XUYÊN SVTH NGU.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ HÓA



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CÙI BẮP TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Chuyên nghành: Quản Lý Tài Nguyên Và Môi Trường

GVHD: Th.S NGUYỄN PHAN TRÚC XUYÊN SVTH: NGUYỄN MINH HOÀNG

LỚP: K23TNM MSSV: 2321655361

Đà Nẵng, 2021

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài “Ứng dụng cùi bắp trong xử lý nước thải ”, em đã nhậnđược rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể lãnh đạo, các cán bộ, chuyên viênkhoa Môi Trường và Công Nghệ Hóa, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp

đỡ này

Để hoàn thành khóa luận này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Trần TrịnhKhang giám sát phòng thí nghiệm và đặc biệt là cô ThS Nguyễn Phan Trúc Xuyên đãtận tâm hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức về chuyên môn, những kĩ năng vềnghiên cứu khoa học cho em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn và tri ân đến quý thầy cô khoa Môi Trường và Công Nghệ Hóa

đã tận tình giảng dạy cho em trong suốt quá trình học tập và rèn luyện ở trường Đạihọc Duy Tân

Em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện vàgiúp đỡ em trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

Trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn, khó tránh khỏi thiếu sót, em rất mongnhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để em có thể hoàn thiện luận văn và họchỏi thêm được nhiều kinh nghiệm

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên

Nguyễn Minh Hoàng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

DANH MỤC HÌNH 7

DANH MỤC BẢNG 9

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 10

Chương I: TỔNG QUAN 4

1.1 Sơ lược về một số kim loại nặng 4

1.1.1 Khái niệm 4

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng 4

1.1.3 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người 4

1.2 Ô nhiễm nước do chất màu 7

1.2.1 Định nghĩa chất màu 7

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm chất màu hiện nay 8

1.2.3 Tác hại đến môi trường và sức khoẻ con người 9

1.3 Giới thiệu Ni2+ và Xanh Methylene 9

1.3.1 Giới thiệu về Ni2+ 9

1.3.2 Giới thiệu về xanh methylene 11

1.4 Giới thiệu về nguyên liệu lõi ngô 13

1.4.1 Tổng quan về cây ngô 13

1.4.2 Thành phần chính của lõi ngô 13

1.4.3 Ứng dụng của lõi ngô 15

1.4.4 Lý do chọn Lõi ngô làm vật liệu hấp phụ 15

1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường trong nước và trên thế giới 16

1.6 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

2.1 Đối tượng nghiên cứu 21

2.1.1 Vật liệu hấp phụ 21

22

2.1.2 Chất bị hấp phụ 24

2.2 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 25

2.2.1 Dụng cụ thí nghiệm 25

2.2.2 Thiết bị thí nghiệm 25

2.3 Phương pháp phân tích Ni2+ và xanh methylen 25

2.3.1 Phương pháp phân tích Ni2+ 26

2.3.2 Phương pháp phân tích xanh Methylene 28

2.4 Khảo sát khả năng hấp phụ của lõi ngô biến tính đối với ion Ni2+ và chất màu xanh methylene 29

2.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến hiệu suất hấp phụ 29

2.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 30

2.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 30

2.4.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 30

2.4.5 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 30

2.4.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 31

2.5 Phương pháp xử lý số liệu 31

2.5.1 Phương pháp xử lý số liệu theo kết quả thực nghiệm 31

2.5.2 Phương pháp xử lý số liệu trên lý thuyết 32

2.6 Kết luận chương 2 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33

3.1 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến khả năng hấp phụ của vật liệu 33

3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đến hiệu suất hấp phụ 33

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 36

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 37

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính .39

3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 40

3.1.6 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 42

3.2 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 43

3.2.1 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 43

3.2.2 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 47

3.2.3 Mô hình Dubinin-Radushkevich 50

3.3 So sánh kết quả nghiên cứu với một số nghiên cứu khác 52

3.4 Kết luận chương 3 53

KẾT LUẬN 55

KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Tinh thể Niken 10

Hình 2 Xanh Methylene 11

Hình 3 Bột Xanh Methylene 11

Hình 4 Hình cây ngô 13

Hình 5 Cấu trúc lõi ngô 14

Hình 6 Thành phần hóa học của vi sợi xenlulozơ (cellulose) 15

Hình 7 Đường chuẩn của sắt 16

Hình 8 Đường chuẩn của đồng 17

Hình 9 Đường chuẩn của chì 17

Hình 10 Lượng hấp phụ (mg / g) theo thời gian (phút) fpr Cd Các ion (II), Pb (II) và Zn (II) trên lõi ngô có kích thước hạt 425 µm ở nồng độ ion kim loại hỗn hợp ban đầu 100 mg / l 18

Hình 11 Lượng hấp phụ theo thời gian (phút) đối với Cd (II), Pb (II) và các ion Zn trên lõi ngô không biến tính và được cacboxyl hóa có kích thước 425 µm kích thước hạt.(Nồng độ ban đầu là 1000 mg / l) 18

Hình 12 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hấp phụ Phenol bằng than sinh học biến tính 19

Hình 13 Động học của sự hấp phụ phenol lên than sinh học biến tính 19

Hình 14 Hiệu suất hấp phụ xanh methylen của vỏ ngô và lõi ngô 20

Hình 15 Quy trình xử lý vật liệu hấp phụ 21

Hình 16 Lõi ngô sau thu hoạch 22

Hình 17 Lõi ngô sau khi qua công đoạn nghiền 22

Hình 18 Lõi ngô thô 23

Hình 19 Lõi ngô biến tính 24

Hình 20 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng Ni2+ 27

Hình 21 Đồ thị đường chuẩn xác định hàm lượng xanh methylen 28

Hình 22 Hiệu suất hấp phụ Ni2+ của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính theo kích thước34 Hình 23 Hiệu suất hấp phụ xanh methylen của lõi ngô thô và lõi ngô biến tính theo kích thước 35

Hình 24 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 37

Hình 25 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 38

Hình 26 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 40

Hình 27 Ảnh hưởng của liều lượng đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 41

Hình 28 Ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ ban đầu đến hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biến tính 43

Hình 29 Quan hệ tuyến tính giữa Ce/Qe và Ce đối với ion Ni2+ 45

Hình 30 Quan hệ tuyến tính giữa Ce/Qe và Ce đối với chất màu xanh Methylene 46

Hình 31 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa C0 và giá trị RL đối với Ni2+ và đối với chất màu xanh methylen 47

Hình 32 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của ion Ni2+ 49

Hình 33 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của chất màu xanh methylen 49

Hình 34 Đường hấp phụ đẳng nhiệt D-R của ion Ni2+ 51

Hình 35 Đường hấp phụ đẳng nhiệt D-R của chất màu xanh methylen 51

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Thành phần hoá học của lõi ngô 14Bảng 2 Trình tự các bước xây dựng đường chuẩn Niken 26Bảng 3 Trình tự các bước xây dựng đường chuẩn xanh methylene 28Bảng 4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đối với hiệu suất hấp phụcủa lõi ngô thô 33Bảng 5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của kích thước lõi ngô đối với hiệu suất hấp phụcủa lõi ngô biến tính 34Bảng 6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngôbiến tính 37Bảng 7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đối với hiệu suất hấp phụ của lõingô biến tính 38Bảng 8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đối với hiệu suất hấp phụ của lõi ngô biếntính 39Bảng 9 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của liều lượng đối với hiệu suất hấp phụ của lõingô biến tính 41Bảng 10 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hấp phụ ban đầu đối với hiệusuất hấp phụ của lõi ngô biến tính 42Bảng 11 Phân loại sự phù hợp của mô hình đẳng nhiệt theo tham số RL 44Bảng 12 Giá trị Ce/Qe theo nồng độ cân bằng đối với Ni2+ và xanh methylene 45Bảng 13 Giá trị tham số cân bằng RL của quá trình hấp phụ Ni2+ và xanh methylencủa lõi ngô biến tính 46Bảng 14 Các giá trị LnCe và LnQe của quá trình hấp phụ Ni2+ và xanh methylen củalõi ngô biến tính 48Bảng 15 Tổng hợp các thông số đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich của quá trình hấpphụ ion Ni2+ và chất màu xanh methylen bằng lõi ngô biến tính 50Bảng 16 Kết quả tính toán theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Dubinin-Radushkevichcủa quá trình hấp phụ ion Ni2+ và chất màu xanh methylen bằng lõi ngô biến tính 51Bảng 17 Các hằng số đẳng nhiệt theo phương trình Dubinin-Radushkevich 52Bảng 18 So sánh kết quả nghiên cứu với một số nghiên cứu khác 53

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ô nhiễm nước do kim loại nặng luôn là mối quan tâm lớn trên toàn thế giới [15]Kim loại nặng (KLN) thường tồn tại ở hàm lượng thấp (vi lượng) trong nước thải, tuynhiên đây là một trong những chất ô nhiễm khó phân hủy nhất trong nước thải [16].Việc thải một lượng lớn KLN vào các vùng nước dẫn đến một số tác động đến môitrường và sức khỏe Thuật ngữ "kim loại nặng" đề cập đến bất kỳ nguyên tố kim loạinào có mật độ tương đối cao và độc hại hoặc độc hại ngay cả ở nồng độ thấp [17] Kimloại nặng là những nguyên tố có mật độ nguyên tử lớn hơn 6 g /cm3 [18] Các phươngpháp thông thường được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng từ nước thải như hấp phụ,kết tủa hóa học, oxy hóa hóa học, trao đổi ion, tách màng, thẩm thấu ngược, thẩm táchđiện, v.v [19] Tuy nhiên trong các phương pháp trên thì hấp phụ được ứng dụng phổbiến hơn trong việc tách bỏ KLN vì nó có lợi thế hơn các phương pháp khác do nóthiết kế đơn giản, ít tốn diện tích, thời gian và chi phí đầu tư ban đâu thấp [20] Quátrình hấp phụ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải từ hữu cơ và vô cơ chất ônhiễm nên nó nhận được sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu

Trong những năm gần đây, việc tìm kiếm các chất hấp phụ có chi phí thấp cókhả năng liên kết chất ô nhiễm đang được nghiên cứu Ưu điểm chính của quá trìnhhấp phụ trong thời gian gần đây đó là việc sử dụng các vật liệu có chi phí thấp, chẳnghạn như bùn đỏ (bentonit) [21], Chất thải từ cây cọ [22],

Lõi ngô có khả năng loại bỏ các ion kim loại khỏi dung dịch nước, nó được coinhư một chất hấp thụ sinh học chi phí thấp [23] Lõi ngô có độ xốp cao và diện tích bềmặt cao, cũng hoạt động như chất hấp phụ và có thể có hiệu quả loại bỏ các hạt và chấthữu cơ khỏi nước [24] Từ nhiều nghiên cứu đánh giá cao về tính hiệu quả, đơn giản,chi phí thấp, cũng như quy trình xử lý thân thiện với môi trường của việc ứng dụng lõi

ngô trong xử lý nước thải, nên em đã chọn đề tài: “Ứng dụng cùi bắp trong xử lý

nước thải”

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng:

- Vật liệu hấp phụ: Lõi ngô biến tính bằng axit photphoric

- Chất bị hấp phụ: ion Ni2+, chất màu xanh methylen

b Phạm vi nghiên cứu:

- Địa điểm: Nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm khoa Môi Trường

và Công nghệ Hóa, Đại học Duy Tân

- Thời gian: 2 tháng (từ tháng 3/2021 đến tháng 5/2021)

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài bao gồm cả nghiên cứu lý thuyết và nghiêncứu thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm:

- Nghiên cứu lý thuyết về đặc điểm và ứng dụng của lõi ngô nói chung và lõingô biến tính bằng axit photphoric nói riêng thông qua các nghiên cứu của các nhómtác giả trong và ngoài nước

- Nghiên cứu thực nghiệm khả năng hấp phụ ion Ni2+ và chất màu xanhmethylen của lõi ngô biến tính dưới ảnh hưởng của các yếu tố: kích thước, nhiệt độ,thời gian, pH, liều lượng, nồng độ hấp phụ ban đầu

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê, thu thập số liệu, tài liệu nghiên cứu

- Phương pháp xây dựng mô hình xử lý ở phòng thí nghiệm

- Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: đo độ màu, đo pH…

- Phương pháp phân tích xử lý số liệu như thu thập, tổng hợp, xử lý, phân tích

5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục đích đặt ra cần phải giải quyết các nhiệm vụ nhau:

- Tạo vật liệu hấp phụ từ lõi ngô

- Khảo sát sự ảnh hưởng các điều kiện hấp phụ (lượng chất hấp phụ, pH, thờigian, tải trọng hấp phụ)

- Khảo sát khả năng hấp phụ kim loại nặng và xanh methylen của lõi ngô thô vàlõi ngô biến tính

+ Đưa ra phương pháp đơn giản tổng hợp vật liệu hấp phụ từ lõi ngô

+ Nghiên cứu một cách hệ thống khả năng hấp phụ của vật liệu thu được đốivới ion Ni2+

- Ý nghĩa thực tiễn

Việc tận dụng những vật liệu phế thải và các nguyên liệu tự nhiên thân thiệnvới môi trường để tổng hợp vật liệu hấp phụ từ lõi ngô để xử lý KLN trong nước

không những có ý nghĩa to lớn về môi trường mà còn mang lại hiệu quả cao về mặtkinh tế

Kết quả nghiên cứu có thể được dùng để định hướng thiết kế cho các công trình

xử lý KLN trong nước thải công nghiệp ở quy mô lớn

Chương I: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược về một số kim loại nặng.

1.1.1 Khái niệm.

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 6g/cm3 [25].Nhiều KLN có vai trò quan trọng cho dinh dưỡng của động vật và thực vật Chúngđóng một vai trò thiết yếu trong sự phát triển của các loài vật Các kim loại cần thiếtgồm Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn, … Nhu cầu đối với KLN ở các sinh vật khác nhau thayđổi khác nhau nhưng đều ở mức vi lượng [26] Sự mất cân đối nghiêm trọng có thểdẫn đến tử vong, trong khi đó, sự mất cân bằng vừa vượt qua ngưỡng cho phép làmcho sinh vật giảm sinh trưởng và yếu ớt Một số KLN như Pb, Hg, Cd… có thể gâyđộc ở nồng độ thường, quan sát được trong đất và nước [1]

1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng

Với sự phát triển của công nghiệp thì môi trường phải đối mặt với nhiều vấn đề

ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải Một số ví dụ điển hình về

ô nhiễm kim loại nặng được giới thiệu sau đây:

Đối với ô nhiễm KLN trong nước, quan trắc thực hiện ở khu vực Công ty PinVăn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền bắc: Nước thải của 2 khu vực này đều cóchứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình sản xuất, với hàm lượng vượt quáTCVN 5945/1995 đối với nước mặt loại B (Pin Văn Điển Hg: vượt quá 9,04 lần,Orionel-Hanel: PB vượt 1,12 lần) Xác định hàm lượng kim KLN trong trầm tích tạicác sông, mương gần khu vực 2 công ty trên thấy hàm lượng các kim loại trong trầmtích cao hơn hẳn hàm lượng nền, cụ thể là 13,88 - 20,5 lần (Pb); 1,7 - 4,02 lần (Cd) và3,9 - 18 lần (Hg) đối với trầm tích sông Tô Lịch; Pb (3,3 - 10,25 lần); Hg (1,56 - 2,24lần) đối với trầm tích mương Hanel [2]

Đối với các khu vực phía Nam, nồng độ các KLN độc hại trong nước ô nhiễmcủa các kênh rạch vượt quá giá trị cho phép so với nước sông rạch không ô nhiễm tăng

từ 16 đến 700 lần Ví dụ nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, sovới giá trị tiêu chuẩn có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pbgấp 700 lần Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địađiểm cầu Ông Tá: Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm)… Tại huyện TânTrạch, Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần TCCP; Pb từ0,7-2,7 mg/l, gấp 7-27 lần TCCP; tại huyện Tân Trụ, hàm lượng kim loại nặng trongnước đã ở mức gây độc đối với vật nuôi Cụ thể: Hàm lượng Cadmium từ 2-8mg/l, gấp40-60 lần tiêu chuẩn cho phép Chì: 0,7 - 2,7mg/l, gấp 7 - 27 lần Kẽm: 32 - 197mg/l,gấp 1,3 - 8,2 lần Đồng: 11,24 - 97,5mg/l, gấp 23 - 195 lần…[3]

1.1.3 Tác dụng sinh hóa của kim loại nặng đối với con người.

Kim loại nặng có thể chia làm 4 nhóm chính dựa trên tầm quan trọng cho sứckhỏe của chúng:

+ Kim loại cần thiết như Cu, Zn, Co, Cr, Mn và Fe

+ Kim loại không cần thiết như Ba, Al, Li và Zr

+ Kim loại ít độc hại như Sn, As

+ Kim loại có tính độc cao như Hg, Cd và Pb

Phần lớn các phần ăn được của thực vật là nguồn cung cấp chính của lượng kimloại nặng cho con người thông qua tiêu hóa, lâu dài dẫn đến có hại cho sức khỏe conngười khi sử dụng quá mức Kim loại nặng gây nguy hiểm cho con người vì nó tồn tạilâu dài trong tự nhiên và có xu hướng tích tụ trong các hệ thống sinh học Chúng cókhả năng ảnh hưởng đến các cơ quan của cơ thể con người và một trong số đó là chấtgây ung thư Tác động bất lợi của các kim loại nặng cho sức khỏe con người được thảoluận bên dưới

a Kẽm:

Hàm lượng cần thiết của Zn mỗi ngày là 15 mg cho người lớn và 20-25 mg chophụ nữ có thai và cho con bú Nhiễm độc cấp tính Zn trong con người gồm các triệuchứng như nôn mửa, mất nước, buồn ngủ, hôn mê, mất cân bằng điện phân, đau bụng,thiếu sự phối hợp giữa các cơ bắp và suy thận Nhiễm độc mãn tính của Zn làm tăngnguy cơ tăng bệnh thiếu máu, tổn thương tuyến tụy, làm giảm cholesterol HighDensity Lipoprotein và tăng mức độ cholesterol Low Density Lipoprotein và có thểtăng các triệu chứng của bệnh Alzheimer Theo các nghiên cứu tiếp xúc với khói Zn từviệc nấu chảy hay hàn thường bị mắc bệnh trong thời gian ngắn [37]

b Chì

Qua ăn, uống, do dùng bàn tay không vệ sinh đưa lên miệng hoặc ngậm, mútcác đồ vật có chì (đối với trẻ em) Trẻ em hấp thu 40-50% lượng chì trong thức ăntrong khi người lớn chỉ hấp thu 10-15% Đói, chế độ ăn thiếu dinh dưỡng, thiếu cácion như sắt, canxi, kẽm làm hấp thu chì qua đường tiêu hóa tăng lên Người sống ở cáckhu vực ô nhiễm chì nếu chế độ ăn thiếu các khoáng chất trên thì càng dễ bị nhiễm độcchì Các mạch máu não thấm dần dẫn đến các triệu chứng nhiễm độc thần kinh ngay cảkhi tiếp xúc ở mức độ thấp Độc tính của Pb do sự tiếp xúc trực tiếp của nó với sự hoạtđộng của các enzyme khác nhau và việc thay các ion kim loại cần thiết từMetalloenzymes Con đường tiếp xúc chính của Pb vô cơ thông qua việc ăn và hấp thụqua đường tiêu hóa, đường hô hấp và thở Thận và gan được xem là cơ quan tiềm năngnhiễm độc Pb trước khi lưu trữ trong xương Tùy thuộc vào mức độ tiếp xúc, Pb cókhả năng gây ra 1 loạt các triệu chứng sinh học như giảm khả năng tổng hợp

hemoglobin, suy giảm chức năng hành vi thần kinh ngoại biên, tác động gián tiếp lêntim, tổn thương ống thận và các vấn đề sinh sản [37]

c Đồng:

Đồng là nguyên tố cần thiết cho sự hình thành của enzyme trong cơ thể conngười Dùng liều lượng Cu quá mức dẫn đến kích ứng nặng niêm mạc, gan và tổnthương thận, dây thần kinh trung ương, kích thích thần kinh trung ương dẫn đến trầmcảm Nhiễm độc đồng bao gồm các triệu chứng như: tiêu chảy đi phân xanh có màuxanh và nước bọt, tan, máu cấp tính, và các bất thường về chức năng của thận BệnhWilson là sự sai sót bẩm sinh do sự trao đổi chất bị khiếm khuyết di truyền trong sựkết hợp của Cu2+ vào Apocerplasmin để tạo thành Ceruloplasmin và khả năng của ganbài tiết Cu dẫn vào mật dẫn đến Cu tích lũy trong các mô của gan, thận, não và giácmạc dẫn đến tổn thương các cơ quan Chế độ ăn uống cung cấp đầy đủ và an toàn của

Cu là 2-3mg cho người lớn và 1-3 mg cho trẻ em [37]

d Cađimi:

Ngoài nguồn nước, thực phẩm và thuốc lá là nguồn quan trọng nhất của Cd.Chế độ ăn uống hàng ngày của Cd khoảng từ 40 đến 50 ~ gl ngày [27] Cd tích lũytrong thận và gan trong thời gian dài Tiếp xúc ở mức độ thấp dài hạn dẫn đến bệnhtim mạch và ung thư Nó được biết đến chủ yếu ảnh hưởng đến chức năng ống thận táihấp thu protein, đường và axit amin [28] Tiếp xúc cađimi kết hợp với Ca, Fe, Zn,protein, chất béo và vitamin D thiếu hụt, dẫn đến loãng xương và gãy xương ở phụ nữsau mãn kinh trong ô nhiễm thung lũng Jintsu, Nhật Bản thường được gọi là bệnh Itai-Itai Cađimi có thể ảnh hưởng đến canxi, phốt pho và chuyển hóa xương ở cả hai côngnhân công nghiệp và người dân tiếp xúc với Cd trong môi trường nói chung [29]

e Niken

Lượng Niken cần thiết cần cung câp qua thực phẩm mỗi ngày khoảng 300 ~ g[28] Niken gây phôi độc và tác động gây độc cho thận, phản ứng dị ứng và viêm datiếp xúc Nickel nhạy cảm cũng xảy ra ở dân số nói chung từ tiếp xúc với đồng tiền, đồtrang sức, vỏ đồng hồ đeo tay, quần áo và ốc vít Nó gây ra viêm kết mạc, viêm phổităng bạch cầu eosin, bệnh suyễn và địa phương hoặc hệ thống phản ứng với Ni cóchứa các bộ phận giả như thay thế khớp, chân, thay van tim, dây điện máy tạo nhịp tim

và khảm nha khoa [42] Nickel là một chất gây ung thư tiềm năng cho phổi và có thểgây dị ứng da, xơ hóa phổi và ung thư đường hô hấp ở những người tiếp xúc với chấtnày [43]

f Asen:

Lượng As2O3 từ 70 đến 80 mg đã được báo cáo là gây tử vong cho con người[28] Asen vô cơ tạo ra cấp tính, bán cấp và các hiệu ứng độc mãn tính, có thể là mộttrong hai địa phương hoặc hệ thống Ảnh hưởng độc hại cấp tính bao gồm đau bụng, dịcảm ở chi, phản xạ bánh chè bụng và điện tâm bụng [44] tác dụng như vậy thườngxảy ra ở các mức độ tiếp xúc bằng 50 ~ glkg trọng lượng / ngày Tuy nhiên, ngộ độcmãn tính của As bao gồm thiếu máu, gan - và thận, tăng sắc tố và gây chứng dày sừngtổn thương da [45] Tác dụng khác của asen như rối loạn mạch máu ngoại vi dẫn đếnhoại tử và một căn bệnh gọi là bệnh bàn chân đen [46]

g Crom:

Lượng trung bình hàng ngày của crom trong khoảng giữa 100 và 300 ~ g / ngày[17] Những tác hại của Cr đến con người được chủ yếu kết hợp với hình thức cromhóa trị 6 Độc tính Crom bao gồm hoại tử gan, viêm thận và kích thích tiêu hóa [42]

Cr+6 cũng có thể sản xuất những thứ thuộc về da, mũi và viêm loét niêm mạc và gâyviêm da khi tiếp xúc với da Sự khác biệt giữa các tác động sinh học gây ra bởi Cr+6 và

Cr+3 là khó bởi vì sau khi xâm nhập qua màng Cr+6 được giảm xuống thành Cr+3 Mộtphản ứng tương tự cũng được đưa ra bởi các hoạt động của dịch dạ dày cho crom (VI)

mà tiêu thụ qua đường miệng Crom có tác dụng gây ung thư mạnh trên con người vàđộng vật khác [47]

h Mangan:

Mn là một chất dinh dưỡng thiết yếu và nhu cầu hàng ngày của nó được ướctính vào khoảng 2,5-5,0 mg cho người lớn [48] Nó là một kim loại có độc tính tươngđối thấp đến con người, và gây tác động ngộ độc cấp tính ở nồng độ cao hơn Các rốiloạn thần kinh được biết như kết quả ngộ độc mangan từ tiếp xúc của Mn bụi khói chocông nhân lao động [49] Ảnh hưởng của Mn là giảm huyết áp tâm thu, bài tiết bị xáotrộn của 17 ketosteroids, sự thay đổi trong hồng cầu và sự hình thành bạch cầu hạt [42]

i Thủy ngân:

Lượng tiêu thụ thủy ngân an toàn hàng ngày theo đề nghị của WHO là 43 ~ g[50] Thủy ngân không có chức năng sinh lý trong con người, và do đó gây ra nhiềuảnh hưởng độc hại Ảnh hưởng của ngộ độc Hg phụ thuộc vào các trạng thái khácnhau của nó Độc tính cao nhất ở dạng lỏng và hơi Nhiễm độc thủy ngân sẽ gây ra rốiloạn thần kinh và thận (lượng nước tiểu và sự bài tiết) [42] Hấp thụ thủy ngân dẫn đếnbệnh minamata, gan là nơi tích lũy 1 lượng đáng kể thủy ngân Cá có chứa hơn 0,4ppm Hg (0.3 mg thủy ngân ở dạng lỏng) Nồng độ đường tiết niệu quan trọng của thủyngân được đề xuất là 1-2g/ml Bệnh Minimata được đặc trưng bởi các triệu chứng mệtmỏi, mất trí nhớ và sự tập trung, giảm thị lực, mù vỏ não,…[49]

Thủy ngân đi qua hàng rào nhau thai và có thể gây ra tử vong trong tử cung, sựtái hấp thụ của bào thai và phôi thai chết Các dẫn xuất alkyl đặc biệt fetotoxic [49]

1.2 Ô nhiễm nước do chất màu

1.2.1 Định nghĩa chất màu

Chất mà có nguồn gốc từ tiếng Latin “ pigmentum ” với nghĩa nguyên thủy làmàu sắc trong Sau này được hiểu rộng hơn bao gồm cả lĩnh vực trang trí màu sắc.Vào cuối thời kì trung đại, từ pigment còn dùng để chỉ tất cả các tinh chất được chiếcxuất từ các loại cây ( đặc biệt là các chất dùng để nhuộm màu) Pigment còn đượcdùng trong các thuật ngữ sinh học để chỉ chất nhuộm màu tế bào

Nghĩa mới nhất của pigment xuất hiện vào khoảng đầu thế kỉ XX, dựa vàonhững tiêu chuẩn hiện nay từ “pigment” dùng để chỉ những chất đạng hạt nhỏ khônghòa tan trong dung môi và có khả năng tạo mà, bảo vệ hoặc có từ tính Để đánh giáchất lượng của pigment có thể dựa vào các đặc tính, tính chất và tiêu chuẩn sau:

 Thành phần hóa học

 Các tính chất quang học

 Khả năng khuếch tán trong dung môi

 Khả năng che phủ, bảo vệ

 Cường độ màu

 Các tính chất lý học như tỷ trọng, kích thước hạt

Các chất màu ngoài thành phần chính là pigment còn có thể có mặt các chấtkhác được gọi chung là “extender” (phụ gia) Extender là những chất dạng bột vàkhông hòa tan trong dung môi, thường có màu trắng hay màu rất nhạt Sự phân biệtgiữa pigment và extender dựa vào mục đích sử dụng Extender không phải chất màu,

nó chỉ làm thay đổi tính chất của chất màu theo hướng mong muốn hay làm thay đổidung lượng của chất màu nhằm giảm lượng chất màu và giảm giá thành

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm chất màu hiện nay

Vấn đề ô nhiễm môi trường phát sinh từ quá trình sản xuất dệt nhuộm hiện nayđang rất lớn Hằng năm, ngành dệt nhuộm sử dụng hàng triệu tấn thuốc nhuộm đểnhuộm vải và tạo ra lượng nước thải lớn chứa nhiều chất độc hại đối với môi sinh vàtrực tiếp ảnh hưởng đến sức khoẻ con người Cụ thể, nhu cầu sử dụng nước trung bìnhcho 1 mét vải nằm trong phạm vi từ 12 đến 65 lít và thải ra từ 10 đến 40 lít, tiêu thụnước trong quá trình nhuộm dao động rất lớn từ 16 - 900 m3 cho một tấn sản phẩm [4].Nước thải dệt nhuộm bị ô nhiễm màu do sự có mặt hàm lượng lớn các chất nhuộm.Nước thải nhìn chung rất phức tạp và đa dạng, đã có hàng trăm loại hóa chất đặc trưngnhư phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất điện ly, chất tạo môi trường, tinh bộtmen, chất oxy hóa,…được đưa vào sử dụng

Các tạp chất tách ra từ vải sợi như: dầu mỡ, các tạp chất chứa Nitơ, các chất bụibẩn dính vào sợi (chiếm 6% khối lượng xơ) Hóa chất sử dụng: hồ tinh bột, H2SO4,

CH3COOH, NaOH, NaOCl, H2O2, Na2CO3, Na2SO3,…các loại thuốc nhuộm, các chấttrơ, chất ngấm, chất cầm màu, chất tẩy giặt

Thành phần nước thải phụ thuộc vào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất củathuốc nhuộm, các chất phụ trợ và các hóa chất khác được sử dụng Nguồn nước thảibao gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hoàn tất Trong quátrình sản xuất, lượng nước thải ra 12-300 m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm vànấu tẩy Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thường là nguồn sinh

ra các kim loại, muối và màu trong nước thải Các chất hồ vải với lượng BOD, CODcao và các chất hoạt động bề mặt là nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thuỷ sinhcủa nước thải dệt nhuộm [53]

1.2.3 Tác hại đến môi trường và sức khoẻ con người

Nước thải dệt nhuộm có độ kiềm cao làm tăng pH của nước Nếu pH > 9 sẽ gâyđộc hại đối với thủy tinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lýnước thải [5] Muối trung tính làm tăng hàm lượng tổng chất rắn Lượng thải lớn gâyđộc hại đối với đời sống thủy sinh do làm tăng áp suất thẩm thấu, ảnh hưởng đến quátrình trao đổi của tế bào [5]

Hồ tinh bột biến tính làm tăng BOD, COD của nguồn nước, gây tác động xấuđối với đời sống thủy sinh do làm giảm oxi hòa tan trong nguồn nước Độ màu cao dolượng thuốc nhuộm dư đi vào nước thải gây màu cho dòng tiếp nhận, ảnh hưởng tớiquá trình quang hợp của các loài thủy sinh, ảnh hưởng xấu tới cảnh quan Hàm lượng ônhiễm các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm oxi hòa tan trong nước, ngăn cản sự khuếchtán của oxi vào môi trường, gây nguy hại cho hoạt động của thuỷ sinh vật Mặt khác,một số các hoá chất chứa kim loại như Crôm, nhân thơm, các phần chứa độc tố khôngnhững có thể tiêu diệt thuỷ sinh vật mà còn gây hại trực tiếp đến dân cư ở khu vực lâncận, gây ra một số bệnh nguy hiểm như ung thư [5]

1.3 Giới thiệu Ni 2+ và Xanh Methylene

1.3.1 Giới thiệu về Ni 2+

a Tính chất và sự phân bố Niken trong môi trường [6] [7]

- Niken là kim loại có màu trắng bạc, ánh vàng nhạt, rất cứng, dễ đánh bóng, bịnam châm hút (Hình 1) Nó có độ bền cao đối với sự ăn mòn, bền trong khí quyển,trong nước và một số dung dịch axit do bề mặt niken có một lớp oxit bảo vệ

- Ion Niken là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, có tính linh dộng caotrong môi trường nước, có khả năng tạo phức bền với các chất hữu cơ

- Ion Niken là kim loại có hoạt tính hóa học trung bình, có tính linh dộng caotrong môi trường nước, có khả năng tạo phức bền với các chất hữu cơ

Hình 1 Tinh thể Niken [6]

b Ứng dụng

- Niken chủ yếu được dùng để sản xuất các hợp kim khác nhau với sắt, đồng,kẽm và các kim loại khác Phụ gia niken trong thép sẽ làm tăng độ dai và độ chống ănmòn của thép Ngoài ra, một phần nhỏ niken được dùng để phủ lên các kim loại khác.Niken còn được dùng làm chất xúc tác trong nhiều phản ứng hóa học, chế tạo ắc quy

Cd – Ni có hiệu điện thế 1,4V, ắc quy Fe – Ni

- Nhìn chung, Niken được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp hóachất, luyện kim, xi mạ, điện tử, Vì vậy, nó thường có mặt trong nước thải côngnghiệp, hoặc bùn thải

c Độc tính của Niken

- Niken vào cơ thể chủ yếu qua con đường hô hấp, nó gây triệu trứng khó chịu,buồn nôn, đau đầu; nếu tiếp xúc nhiều sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trungương, gan, thận và có thể sẽ gây ra các chứng bệnh kinh niên [28]

- Niken có thể gây ra các bệnh về da, tăng khả năng mắc bệnh ung thư đường

hô hấp,… Khi bị nhiễm độc niken, các enzim mất hoạt tính, cản trở quá trình tổng hợpprotein của cơ thể Nếu da tiếp xúc lâu dài với niken sẽ gây ra hiện tượng viêm da,xuất hiện dị ứng ở một số người [42]

- Niken vô cơ có tác dụng làm se trên niêm mạc Gây nhạy cảm với các biểuhiện dị ứng có thể xảy ra ở những người dễ mắc Trong một số trường hợp, bệnh viêm

da niken có thể tự bộc phát Tùy thuộc vào khả năng tan trong nước, niken và các hợpchất của nó thể hiện tính chất gây ung thư nhiều hơn hoặc ít hơn, với các hợp chất

niken dễ hòa tan có nguy cơ thấp hơn rõ ràng Không loại trừ các đặc tính nguy hiểmkhác, chất này phải được xử lý một cách thận trọng [42]

1.3.2 Giới thiệu về xanh methylene

a Cấu trúc hóa học: [30] [31]

- Xanh methylene là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, được tổng hợp cách đâyhơn 120 năm, công thức hóa học là C16H18N3SCl ( Hình 2) Một số tên gọi khác nhưtetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, glutylene, methylthioniniumchloride [23]

- Xanh methylene nguyên chất 100% có dạng bột hoặc tinh thể ( Hình 3) Đây

là một chất có màu xanh đậm, có mùi nhẹ, ổn định ở nhiệt độ phòng nhưng phân hủy ở100- 1100C Dạng dung dịch 1% có pH từ 3– 4,5

b Ứng dụng:

Trong sinh học, xanh methylene được sử dụng làm chất nhuộm cho một số quytrình nhuộm khác nhau, như nhuộm Wright, nhuộm Jenner hay nhuộm Moeller Vì nó

là một kỹ thuật nhuộm tạm thời, nên màu xanh methylene cũng có thể được sử dụng

để kiểm tra Ribonucleic acid hoặc Deoxyribonucleic acid dưới kính hiển vi hoặc trong

Hình 2 Xanh Methylene [30]

Hình 3 Bột Xanh Methylene [31]

gel: ví dụ, một dung dịch màu xanh methylene có thể được sử dụng để nhuộmRibonucleic acid trên các màng lai ở bắc blotting để xác minh lượng axit nucleic hiệndiện Mặc dù màu xanh methylene không nhạy như ethidium bromide, nó ít độc hơn

và không xen vào trong chuỗi axit nucleic, do đó tránh can thiệp vào việc giữ axitnucleic trên các màng lai hoặc với quá trình lai [30]

Nó cũng có thể được sử dụng như là một chỉ thị để xác định xem các tế bàonhân chuẩn như nấm men có còn sống hay đã chết Màu xanh methylene không nhuộmlên tế bào sống, tuy nhiên, các tế bào chết không thể làm giảm ôxy hóa xanhmethylene và các tế bào được nhuộm xanh Xanh methylene có thể gây trở ngại cho sự

hô hấp của nấm men khi nó lấy các ion hydro trong quá trình này [30]

Trong y học với tư cách một loại dược phẩm, nó được sử dụng chủ yếu để điềutrị bệnh tăng methemoglobin huyết.[30][31] Cụ thể hơn, xanh methylene được sử dụng

để điều trị methemoglobin nồng độ lớn hơn 30% hoặc khi có triệu chứng bệnh tuy đãđược điều trị liệu pháp oxy.[31] Nó trước đây được sử dụng để điều trị ngộ độccyanide và nhiễm trùng đường tiết niệu, nhưng việc sử dụng thuốc này không cònđược khuyến khích.[30] Thuốc này thường được tiêm vào tĩnh mạch [30]

Xanh methylene là thành phần của thuốc giảm đau thông thường được kê đơn /chống nhiễm trùng / chống co thắt đường tiểu được biết đến như "Prosed DS", mộtloại thuốc kết hợp chứa phenyl salicylat, axit benzoic, hyoscyamin sulfat, vàmethenamin (còn gọi là hexamethylenetetramine và không nhầm lẫn với'methanamine') [32]

Xanh methylene được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và các cá thể cá nhiệtđới như là một phương pháp điều trị nhiễm nấm Nó cũng có thể có hiệu quả trongđiều trị cá bị nhiễm bệnh đốm trắng (ich) mặc dù sự kết hợp của xanh malachite vàformaldehyde có hiệu quả hơn rất nhiều so với protozoa ký sinh trùng Ichthyophthiriusmultifiliis Nó thường được sử dụng để bảo vệ trứng cá vừa được đặt từ bị nhiễm nấmhoặc vi khuẩn Điều này rất hữu ích khi người yêu thích muốn nở trứng cá một cáchnhân tạo Xanh methylene cũng rất hiệu quả khi được sử dụng như là một phần của

"bồn tắm cá thuốc" để điều trị amoniac, nitrit và ngộ độc cyanua cũng như điều trị tạichỗ và nội bộ cho cá bị thương hoặc bị bệnh như là "phản ứng đầu tiên" [32]

c Độc tính của xanh methylene

Nguy cơ gặp phải một số biểu hiện bất thường về đường tiêu hóa như buồn nôn,đau bụng, hay chóng mặt, Có thể gây ra tình trạng thiếu máu khi dùng thuốc trongthời gian dài Khi kết hợp với một số loại thuốc như iodid, dicromat, hay những chấtoxy hóa, chất kiềm, thuốc sẽ có những tương tác nhất định Ngoài ra, bệnh nhân cũng

có thể gặp phải một số tác dụng phụ khác như sốt, đau đầu, da có màu xanh, tan máu,

…[13]

1.4 Giới thiệu về nguyên liệu lõi ngô

1.4.1 Tổng quan về cây ngô

Ngô là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea, họ hòa thảo Các bộ phậncủa cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa và hạt, (Hình 4) [8]

Ngô là cây lương thực quan trọng trên toàn thế giới bên cạnh lúa mì và lúa gạo

Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lươngthực chính cho người với phương thức rất đa dạng theo vùng địa lí và tập quán từngnơi Ngô là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay: 70% chất tinh trong thức

ăn tổng hợp của gia súc là từ lõi ngô, ngô còn là thức ăn ủ xanh và ủ chua lí tưởng chođại gia súc đặc biệt là bò sữa Gần đây cây ngô còn là cây thực phẩm: Người ta sửdùng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp vì nó sạch và có hàm lượng dinh dưỡng cao; Ngônếp, ngô đường (ngô ngọt) được dùng làm hoa quả ăn tươi (luộc, nước) hoặc đóng hộplàm thực phẩm xuất khẩu Ngô còn là nguyên liệu của ngành công nghiệp lương thực -thực phẩm và công nghiệp nhẹ để sản xuất rượu, cồn, tinh bột, dầu, glucozơ, bánhkẹo… [8]

1.4.2 Thành phần chính của lõi ngô

Lõi ngô về mặt hình thái thì ở phía ngoài được bao bọc bởi một lớp trấu ngô(chaff), phần lõi (pith) ở trung tâm xốp mềm và vòng gỗ (woody ring) cứng được hìnhthành ở giữa [9] (Hình 5) Thành phần chủ yếu của lõi ngô là xenlulozơ,hemixenlulozơ và lignin, nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy Lõi ngô được nghiên cứucho thấy có khả năng tách các amoni hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp

và thành phần gồm các polyme nhờ xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin và protein[34,35,10]

Hình 4 Hình cây ngô [8]

Dưới đây là bảng kết quả phân tích thành phần lõi ngô:

Bảng 1 Thành phần hoá học của lõi ngô [35]

Khối lượng (%) 32,3 - 45,6 38,9 6,7 - 13,9

Xenlulozơ: là polisacarit các mắt xíc -glucozơ [C6H7O2(OH)3]n nối với nhaubằng liên kết 1,4-glicozit tạo nên các vi sợi xenlulozơ (hình 6) Phân tử khối củaxenlulozơ rất lớn, khoảng từ 10.000 đến 150.000u vi sợi xenlulozơ có một lớphemixenlulozơ áo quanh gắn nó gắn kết với các vi sợi khác [29] Các mạch xenlulozơđược liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der Waals Do thiếu chuỗibên hoặc chuỗi nhánh, xenlulozơ là một polyme bán tinh thể, chứa cả pha tinh thể vàpha vô định hình Liên kết hydro giữa các chuỗi xenlulozơ và lực Van Der Waals giữacác phân tử glucozơ dẫn đến sự hình thành vùng tinh thể liên kết chặt chẽ với nhau.Ngược lại, trong vùng vô định hình, xenlulozơ liên kết không chặt chẽ với nhau nên dễ

bị tấn công

Hemixenlulozơ: Về cơ bản, hemicenlulozơ là polisacarit giống xenlulozơ,nhưng số lượng mắt xích nhỏ hơn Hemicenlulozơ thường bao gồm nhiều loại mắtxích và có chứa các nhóm thế axetyl và metyl [30]

Lignin: Lignin là loại polymer được tạo bởi các mắt xích phenylpropan Ligningiữ vai trò là chất kết nối giữa hemixenlulozơ và xenlulozơ [10]

Hình 5 Cấu trúc lõi ngô [34]

1.4.3 Ứng dụng của lõi ngô

Ngày nay, người ta đã phát hiện ra rất nhiều công dụng của lõi ngô: có thể đượcchế tạo làm thức ăn cho gia súc, có thể lên men lõi ngô để thu được ancol etylic hoặcaxit lactic, người ta còn phối trộn lõi ngô với bê tông để trở thành bê tông lõi ngô cóđặc tính rất nhẹ Đặc biệt, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từlõi ngô Lõi ngô cũng được ứng dụng hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu hấp phụtrong xử lý môi trường với giá thành rẻ, quy trình chế tạo vật liệu đơn giản, không đưathêm vào nước thải tác nhân độc hại nên việc nghiên cứu và đưa ra quy trình hoànchỉnh nhằm tận dụng những nguồn nguyên liệu sẵn có ở Việt Nam trong việc xử lýmôi trường là rất có ý nghĩa [33]

1.4.4 Lý do chọn Lõi ngô làm vật liệu hấp phụ

Ngày nay, người ta đã phát hiện ra rất nhiều công dụng của lõi ngô: có thể đượcchế tạo làm thức ăn cho gia súc, có thể lên men lõi ngô để thu được ancol etylic hoặcaxit lactic, người ta còn phối trộn lõi ngô với bê tông để trở thành bê tông lõi ngô cóđặc tính rất nhẹ [33] Thêm vào đó, đã có nhiều công trình nghiên cứu chế tạo lõi ngôlàm vật liệu hấp phụ

Thành phần chủ yếu của lõi ngô là cellulose (khoảng 45%) và lignin (khoảng13%), nên rất khó bị vi sinh vật phân hủy [34] Nhiều nghiên cứu Lõi ngô được chứngminh có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗxốp và thành phần gồm các polyme như xenluloza, hemixenluloza, pectin, lignin vàprotein.[35] Các polymer này có thể hấp thụ nhiều chất tan đặc biệt là các ion kim loạihóa trị hai Các hợp chất polyphenol như tanin, lignin trong gỗ được cho là nhữngthành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng [36]

Hình 6 Thành phần hóa học của vi sợi xenlulozơ (cellulose) [9]

Vì vậy, với mục đích góp một phần nhỏ tham gia vào công việc bảo vệ môitrường và hướng đến phát triển bền vững nên tôi chọn sử dụng lõi ngô làm vật liệu hấpphụ

1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môi trường trong nước và trên thế giới

a Trên thế giới

Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về việc sử dụng phế phẩm nông nghiệp đểhấp phụ kim loại nặng và độ màu trong dung dịch nước như:

IS Christica, Muchlisyam, R Julia sử dụng carbon hoạt tính được tạo ra từ lõi ngô để

xử lý kim loại nặng trong chất thải công nghiệp (2018) Mục đích của nghiên cứu này

là giảm nồng độ kim loại nặng bằng cách sử dụng than hoạt tính từ lõi ngô và cũng đểxác định ảnh hưởng của việc bổ sung hoạt tính cacbon ở các nồng độ khác nhau đếnhàm lượng kim loại nặng Xác định độ hấp thụ kim loại nặng của Ferrous, Đồng vàChì trong chất thải công nghiệp được sử dụng Plasma ghép cảm ứng (ICP) Kết quảcho thấy rằng việc bổ sung 1gram than hoạt tính lõi ngô làm giảm hàm lượng sắt, đồng

và chì tới 60,20%; 59,24% và tương ứng là 59,67% Việc bổ sung 1,5 gam than hoạttính lõi ngô làm giảm mức độ sắt, đồng và chì lần lượt là 80,01%, 79,5% và 79,89%

Có thể hiểu rằng than hoạt tính tạo thành từ lõi ngô làm giảm hàm lượng kim loại nặngtrong chất thải công nghiệp Các đường chuẩn xác định của Sắt, Đồng và Chì bằngcách đo dung dịch chuẩn ở bước sóng lần lượt là 248,3, 324,8 và 283,3 nm Nó có thểđược nhìn thấy trong hình 7-9 sau đây [36]

Hình 7 Đường chuẩn của sắt[36]

Hình 8 Đường chuẩn của đồng [36]

Tác giả Igwe và cộng sự (2005) Nghiên cứu cho thấy rằng KLN được xếp hạng

là chất gây ô nhiễm môi trường chính, nước thải công nghiệp chính là đầu ra mang phụgia của các kim loại nặng này Sự hấp phụ cạnh tranh của Zn2+, Cd2+ và Pb2+ ion kimloại trong nước và không chứa nước bằng sản phẩm lõi ngô và trấu chưa biến tính vàbiến tính đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy rằng sự hấp phụ cực đại xảy ra ở 495,9

mg / g đối với Zn2+, 456,7 mg / g đối với Pb2+ và 493,7mg / g đối với Cd2+ mà khôngcần sửa đổi (Hình 10 và 11)

Sự hấp phụ trong hỗn hợp các ion kim loại gây ra ảnh hưởng san lấp mặt bằngđến khả năng hấp phụ của lõi ngô và vỏ trấu Hiệu suất hấp phụ của mỗi ion kim loại

bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các ion kim loại khác, sự hiện diện của dung môikhông chứa nước và biến đổi bằng cách cacboxymetyl hóa Nghiên cứu cho thấy đáng

kể sự hiện diện của các KLN khác và hóa chất làm thông số thiết kế trong việc xử lý

và quản lý các chất ô nhiễm kim loại nặng sử dụng vật liệu xenlulo [37]

Hình 9 Đường chuẩn của chì [36]

Hình 10 Lượng hấp phụ (mg / g) theo thời gian (phút) fpr Cd Các ion (II), Pb (II) và Zn (II) trên lõi ngô có kích thước hạt 425 µm ở nồng độ ion kim loại hỗn hợp ban đầu 100 mg / l[37]

Guanghua Wang và các cộng sự (2020) Đã nghiên cứu sản xuất và mô tả đặctính của than sinh học biến tính bằng ngô lõi ngô và khả năng hấp thụ phenol

Các nghiên cứu nhiệt phân đã chỉ ra rằng lõi ngô có thể tạo ra các sản phẩmchức năng có giá trị hơn (than sinh học), hiện chỉ được sử dụng làm chất thải nôngnghiệp và lâm nghiệp Trong nghiên cứu này, than sinh học được điều chế bởi quátrình nhiệt phân lõi ngô được kích hoạt thành than sinh học biến tính bằng cách kíchhoạt hóa học, được sử dụng để loại bỏ phenol trong dung dịch nước Nghiên cứu đẳngnhiệt cho thấy rằng mô hình đẳng nhiệt Freundlich phù hợp tốt với dữ liệu cân bằngthực nghiệm Kết quả cho thấy được kích hoạt bằng than sinh học có thể loại bỏphenol khỏi nước thải một cách hiệu quả (Hình 12,13) [38]

Hình 11 Lượng hấp phụ theo thời gian (phút) đối với Cd (II), Pb (II) và các ion Zn trên lõi ngô không biến tính và được cacboxyl hóa có kích thước 425 µm kích thước hạt.(Nồng độ ban đầu

là 1000 mg / l).[37]

Hình 12 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến hấp phụ Phenol bằng than sinh học biến tính[38]

Hình 13 Động học của sự hấp phụ phenol lên than sinh học biến tính [38]

b Trong nước

Tác giả Dương Thị Bích Ngọc và cộng sự (2013) đã nghiên cứu khả năng hấpphụ thuốc nhuộm xanh methylen của vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ ngô và lõi ngô Kếtquả thực nghiệm cho thấy khả năng hấp phụ của hai vật liệu đều rất cao và đạt trên 96

% trong khoảng pH rộng (Hình 14) [13]

1.6 Kết luận chương 1

Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về kim loại nặng, hiện trạng ô nhiễm kim loạinặng, ô nhiễm chất màu, hiện trạng ô nhiễm chất màu, giới thiệu về Ni2+ , Xanhmethylene và giới thiệu về vật liệu hấp phụ lõi ngô, thành phần chính của lõi ngô vàứng dụng của lõi ngô trong cuộc sống thường ngày Cùng với đó là giới thiệu về tìnhhình nghiên cứu sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu hấp phụ trong xử lý môitrường trong nước và trên thế giới, bên cạnh đó đưa ra lý do vì sao chọn lõi ngô làmvật liệu hấp phụ trong nghiên cứu này

Hình 14 Hiệu suất hấp phụ xanh methylen của vỏ ngô và lõi ngô [13]

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Vật liệu hấp phụ

Trong nghiên cứu này, ta sử dụng lõi ngô biến tính làm vật liệu hấp phụ để khảosát khả năng hấp phụ của nó đối với ion kim loại Ni2+ và chất màu xanh methylen Quytrình xử lý vật liệu hấp phụ trước khi biến tính được trình bày ở ( hình 15)

Hình 15 Quy trình xử lý vật liệu hấp phụ

Hình 16 Lõi ngô sau thu hoạch

Lõi ngô sau thu hoạch tại khu vực Đức Phổ, Quảng Ngãi, Việt Nam được thugom, phơi khô, loại bỏ các tạp chất lẫn trong lõi ngô (Hình 16) Sau đó, lõi ngô đượccắt thành các đoạn nhỏ 4,0 mm và 8,0 mm hoặc nghiền nhỏ ở kích thước từ 0,15 mmđến 2 mm để phục vụ cho nghiên cứu Tiếp theo, lõi ngô được ngâm trong nước nhiềulần cho đến khi trong suốt để loại bỏ các hạt bụi bẩn ảnh hưởng đến kết quả của quátrình nghiên cứu

Tiến hành rửa sạch bằng nước cất sau khi ngâm và đem đi sấy khô ở nhiệt độ

750C trong 24 giờ [41], ta được vật liệu lõi ngô thô (Hình 18)

Hình 17 Lõi ngô sau khi qua công đoạn nghiền

Để biến tính vật liệu hấp phụ ta thực hiện theo các bước sau:

- Ngâm 5,43 g lõi ngô thô trong axeton để qua đêm (24 giờ)

- Rửa lại mẫu bằng nước cất, ngâm lần nữa trong axeton trong 6 giờ

- Lọc mẫu rồi sấy ở 50 – 600C trong 4 – 5 giờ

- Tiếp tục ngâm mẫu trong 200 mL axeton, thêm 5,04 g urê và khuấy, trong quátrình khuấy nhỏ vào từng giọt H3PO4 (3,1 g)

- Sau 1 giờ khuấy nâng nhiệt độ lên 1000C và tiếp tục khuấy trong 2 giờ

- Sau đó làm lạnh mẫu đến nhiệt độ phòng và lọc Rửa lại với etanol 70% vànước cất

- Khuấy mẫu trong NaOH 0,1M trong 1 giờ

- Rửa lại mẫu với nước cất và sấy ở nhiệt độ 500C trong 24 giờ ta được vật liệubiến tính (Hình 19)

Hình 18 Lõi ngô thô

2.1.2 Chất bị hấp phụ

a Ion kim loại Ni2+

Dung dịch chuẩn Ni2+ được pha từ NiSO4.6H2O Quá trình pha dung dịch chuẩn để sửdụng trong nghiên cứu này được thực hiện theo các bước sau:

b Chất màu xanh methylen

Dung dịch chuẩn xanh methylen được pha từ xanh methylen nguyên chất dạngrắn, công thức hóa học C16H19N3SCl, hóa chất sử dụng được lấy từ phòng thí nghiệmkhoa Môi trường Trong nghiên cứu này ta pha các dung dịch chuẩn ở nồng độ 250mg/L và nồng độ 600 mg/L

Để pha dung dịch chuẩn xanh methylen nồng độ 250 mg/L, ta cân 0,25 g xanhmethylen, định mức lên 1000 mL bằng nước cất Tương tự đối với dung dịch chuẩnnồng độ 600 mg/L, ta cân 0,6 g xanh methylen, định mức lên 1000 mL bằng nước cất.Lắc đều để đảm bảo dung dịch được hòa tan hoàn toàn

Khi cần dùng dung dịch xanh methylen ở các nồng độ khác nhau ta tiến hànhpha loãng dung dịch chuẩn

Hình 19 Lõi ngô biến tính