Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) của vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM MAI QUANG KHUÊ NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ CrVI CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

MAI QUANG KHUÊ

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ

VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2015

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

MAI QUANG KHUÊ

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ Cr(VI) CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ BÃ CHÈ

VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI MẠ ĐIỆN

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 66.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

THÁI NGUYÊN - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI) bằng vật liệu chế tạo từ

bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện” là do bản thân tôi thực hiện Các số

liệu, kết quả trong đề tài là trung thực Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm

Thái nguyên, tháng 4 năm 2015

Tác giả luận văn

Mai Quang Khuê

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Trà Hương, cô giáo trực

tiếp hướng dẫn em làm luận văn này Cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học, các thầy cô Khoa sau Đại học, các thầy cô trong Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận văn khoa học

Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ phòng thí nghiệm Khoa Hóa học, trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn

Em xin cảm ơn Sở Giáo dục và Đào tạo Tuyên Quang, Ban Giám hiệu, tập thể giáo viên Trường Trung học Phổ thông Chiêm Hóa tỉnh Tuyên Quang đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình nghiên cứu luận văn này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu xót Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng nghiệp và những người đang quan tâm đến vấn đề đã trình bày trong luận văn, để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 4 năm 2015

Tác giả

MAI QUANG KHUÊ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu về Crom 3

1 1.1 Vai trò của Crom 3

1.1.2 Độc tính của Crom 3

1.1.3 Quá trình trao đổi chất 3

1.1.4 Độ độc hại 4

1.1.5 Ảnh hưởng của Crom đối với động thực vật 4

1.1.6 Ảnh hưởng của Crom đối với con người 4

ệp 5

1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng 6

1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 8

1.3.1 Công nghệ mạ điện, khai thác khoáng sản và luyện kim 8

1.3.2 Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ 9

1.3.3 Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm 9

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải chứa Crom(VI) 9

1.4.1 Phương pháp hóa học 9

1.4.2 Phương pháp trao đổi ion 10

1.4.3 Phương pháp điện hóa 11

1.4.4 Phương pháp hấp phụ 12

1.4.5 Phương pháp sinh học 12

1.5 13

1.5 13

1.5.2 Cân bằng hấp phụ 13

1.5.3 Kỹ thuật hấp phụ 14

15

1.5.5 Hiệu suất hấp phụ 16

1.5.6 Quá trình hấp phụ động trên cột 16

1.5.7 Quá trình chuyển khối trong cột 17

1.5.8 Phương trình tính toán hấp phụ động trên cột hấp phụ 18

1.5.9 20

1.6 Đặc tính vật liệu có nguồn gốc cellulose 23

1.7 Giới thiệu về cây chè 25

1.8 Tình hình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ bã chè 26

1.8.1 Sử dụng bã chè, các chất thải chè chưa biến tính 27

1.8.2 Sử dụng bã chè, các chất thải chè biến tính 28

1.9 Định lượng Cr(VI) bằng phương pháp trắc quang 28

1.9.1 Nguyên tắc 28

1.9.2 Các yếu tố cản trở 29

1.9.3 Phản ứng tạo phức của Cr(VI) với 1,5-diphenylcacbazide 29

1.10 Một số phương pháp nghiên cứu sản phẩm 29

1.10.1 Phương pháp phồ Hồng ngoại (IR) 29

1.10.2 Phương pháp hiển vi điện tử quét qua (SEM) 30

Chương 2: THỰC NGHIỆM 31

2.1 Dụng cụ và hóa chất 31

2.1.1 Thiết bị 31

31

2.2 Chế tạo vật liệu hấp phụ bã chè biến tính KOH (VLHP) 31

2.3 Khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của VLHP 31

2.4 So sánh hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của bã chè chưa biến tính và VLHP 32

2.5 Xác định điểm đẳng điện của bã chè chưa biến tính và VLHP 32

2.6 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 32

2.6.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 32

2.6.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 32

2.6.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 33

2.6.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 33

2.6.5 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu 33

2.6.6 Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ 33

2.6.7 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 35

2.7 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 35

2.7.1 Chuẩn bị cột hấp phụ 35

2.7.2 Giải hấp vật liệu sau khi hấp phụ Cr(VI) 36

2.7.3 Tái sử dụng vật liệu 37

2.8 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cr(VI) 37

2.8.1 Xử lý nước thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phương pháp tĩnh 37

2.8.2 Xử lý nước thải nhà máy Khóa Việt Tiệp - Hà Nội theo phương pháp động 37

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Lập đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 38

3.2 Kết quả khảo sát đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý của VLHP 38

3.3 So sánh hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của bã chè chưa biến tính và VLHP 43

3.4 Điểm đẳng điện của bã chè chưa biến tính và VLHP 43

3.5 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của VLHP theo phương pháp hấp phụ tĩnh 45

3.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 48

3.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP 49

3.5.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ 50

3.5.5 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu 51

3.5.6 Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ 52

3.5.6.1 Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ 52

3.5.7 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu 54

3.6 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 55

3.7 Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 56

3.8 Động học hấp phụ Cr(VI) 57

3.9 Nhiệt động lực học hấp phụ Cr(VI) của VLHP 60

3.10 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của ion Cr(VI) của VLHP theo phương pháp hấp phụ động 62

3.10.1 Thí nghiệm với dung dịch Cr(VI) tự pha 62

3.10.2 Giải hấp vật liệu sau khi hấp phụ Cr(VI) 65

3.10.3 Tái sử dụng vật liệu 67

3.11 Xử lý thử mẫu nước thải chứa Cr(VI) 68

3.11.1 Xử lý nước thải nhà máy Khóa Việt Tiệp -Hà Nội theo phương pháp tĩnh 68

3.11.2 Xử lý nước thải nhà máy Khóa Việt Tiệp- Hà Nội theo phương pháp động 69

3.12 Mô hình xử lý nước thải mạ điện 70

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

1 BET Brunauer – Emmet - Teller (Diện tích bề mặt riêng)

3 IR Infrared (IR) spectroscopy (Phổ hồng ngoại)

5 SEM Seaning Electron Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Giá trị giới hạn nồng độ (VI) trong nước thải công nghiệp 6

Bảng 2.1: Các thông số của cột hấp phụ 36

Bảng 2.2: Một số thông số của nước thải nhà máy Việt Tiệp – Hà Nội 36

Bảng 3.1: Số liệu xây dựng đường chuẩn Cr(VI) 38

Bảng 3.2 Diện tích bề mặt riêng của bã chè chưa biến tính và VLHP 39

Bảng 3.3: Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Cr(VI) vào VLHP 43

Bảng 3.4: Kết quả xác định điểm đẳng điện của bã chè chưa biến tính và VLHP 44

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 46

Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ của VLHP 48

Bảng 3.7: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 49

Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 50

Bảng 3.9: Ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 51

Bảng 3.10 Ảnh hưởng của ion Cl , 2 4 SO , NO3 tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 52

Bảng 3.11 Ảnh hưởng của ion 2 Cu , Na , K tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 53

Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI) đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ 54

Bảng 3.13: Dung lượng hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b 56

Bảng 3.14: Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của lgq vào lgCcb trong quá trình hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP 56

Bảng 3.15: Các hằng số của phương trình Freundlich đối với Cr(VI) 57

Bảng 3.16: Các số liệu hấp phụ của Cr(VI) 58

Bảng 3.17: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 1 đối với Cr(VI) 59

Bảng 3.18: Một số tham số theo động học hấp phụ bậc 2 đối với Cr(VI) 59

Bảng 3.19: Kết quả tính KD tại các nhiệt độ khác nhau 61

Bảng 3.20: Các thông số nhiệt động đối với quá trình hấp phụ Cr(VI) 61

Bảng 3.21 Kết quả thực nghiệm 64

Bảng 3.22: Các hằng số hấp phụ động 65

Bảng 3.23: Kết quả giải hấp ion Cr(VI) bằng HNO3 có nồng độ khác nhau 66 Bảng 3.24: Khả năng hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP mới và VLHP tái sinh 67 Bảng 3.25: Hiệu suất hấp phụ ion Cr(VI) ứng với VLHP mới, VLHP tái sinh lần

1 và VLHP tái sinh lần 2 68 Bảng 3.26: Kết quả tách loại Cr(VI) khỏi nước thải 68 Bảng 3.27: So sánh thời gian bảo vệ theo tính toán và theo thực nghiệm trên

mẫu nước thải mạ Cr(VI) 70

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN vi http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm môi trường nước 8

Hình 1.2 Mô hình cột hấp phụ 16

Hình 1.3 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian 17

Hình 1.4: Cấu trúc của cellulose 24

Hình 1.5: Một cấu trúc giả thuyết của lignin 24

Hình 1.6: Hình ảnh về cây chè 25

Hình 3.1: Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ Cr(VI) 38

Hình 3.2: Hình thái học bề mặt của bã chè chưa biến tính 39

Hình 3.3: Hình thái học bề mặt của VLHP 39

Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của bã chè chưa biến tính 41

Hình 3.5: Phổ hồng ngoại của VLHP 42

Hình 3.6: Biểu đồ biểu diễn hiệu suất hấp phụ của bã chè chưa biến tính và VLHP 43

Hình 3.7: Đồ thị xác định điểm đẳng điện của VLHP 45

Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ của VLHP 46

Hình 3.9 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ của VLHP 48

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào Khối lượng VLHP 50

Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ 51

Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cl , 2 4 SO , NO3 tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 52

Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion 2 Cu , Na , K tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP 53

Hình 3.14: Đường đẳng nhiệt Langmuir của VLHP đối với Cr(VI) 55

Hình 3.15: Sự phụ thuộc của C cb/qvào C cbcủa Cr(VI) 55

Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lgq vào lqCcb 57

Hình 3.17: Đồ thị phương trình động học bậc 1 đối với Cr(VI) 58

Hình 3.18: Đồ thị phương trình động học bậc 2 đối với Cr(VI) 59

Hình 3.19 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnKD vào 1/T của Cr(VI) 61

Hình 3.20: Đường cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 44 mm, C0 =

52,25mg/L, pH = 1,0; F = 1,0616 m3/m2/h, thể tích VLHP = 5 mL 62 Hình 3.21: Đường cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 70,5 mm, C0 =

52,25mg/L, pH = 1,0; F = 1,0616 m3/m2/h, thể tích VLHP = 8 mL 63 Hình 3.22: Đường cong thoát với chiều cao cột VLHP Z = 105 mm, C0 =

52,25mg/L, pH = 1,0; F = 1,0616 m3/m2/h, thể tích VLHP = 12 mL 63 Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn t = f(Z) tại C/C0 = 0,001 và 0,05; C0 = 52,25 mg/L,

pH=1,0, F=1,0616 m3/m2/h 64 Hình 3.24: Đồ thị biểu diễn kết quả giải hấp ion Cr(VI) bằng axit HNO3 66

(VI) ứng với VLHP mới và VLHP tái sinh 68 Hình 3.26: Kết quả xử lý nước thải mạ Cr(VI), C0 = 64,575 mg/L, pH = 1,0; Z =

0,045m; khối lượng VLHP = 1g; thể tích VLHP = 5mL 69 Hình 3.27: Đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước thải mạ điện chứa crom 71

MỞ ĐẦU

Crom có đặc tính lý học (bền ở nhiệt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất pin, mạ điện, sản xuất dệt nhuộm Do đặc thù sản xuất, các ngành công nghiệp này tiêu thụ một lượng rất lớn nước và cũng tạo ra một lượng nước thải công nghiệp chứa các ion kim loại nặng đều cao hơn nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép Đây là nguyên nhân gây ô nhiễm các nguồn tiếp cận: nước mặt, nước ngầm, hệ thống xử lý nước thải dẫn đến tích tụ sinh học, ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng Do pH trong nước thải có khoảng dao động rất rộng nên ảnh hưởng đến khả năng hòa tan kim loại và luôn có sự biến động về nồng độ kim loại nặng dẫn đến những khó khăn cho quá trình xử lý Nước thải phát sinh trong quá trình mạ điện kim loại chứa hàm lượng các kim loại nặng rất cao, là độc chất đối với sinh vật, gây tác hại xấu đến sức khỏe con người Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc thoái hóa Với nồng độ nhỏ, chúng có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học, ảnh hưởng đến sự sống của chúng về lâu về dài Do đó, nước thải từ các quá trình mạ điện kim loại không được xử lý, qua thời gian tích tụ trực tiếp hay gián tiếp, sẽ tồn đọng trong

cơ thể con người gây ra các bệnh nghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư… Vì vậy, xử lý nước thải có chứa Cr(VI) từ các quá trình sản xuất trước khi thải chúng ra môi trường là vấn đề cấp thiết không chỉ trong nghiên cứu khoa học mà cả trong sản xuất công nghiệp Các phương pháp xử lý nước thải có chứa các loại kim loại nặng nói chung (crom, đồng, chì, thiếc, niken…) được sử dụng ngày nay là: Phương pháp kết tủa hóa học, Phương pháp màng, Phương pháp hấp phụ, Phương pháp điện hóa, Phương pháp trao đổi ion, Phương pháp sinh học Các phương pháp xử lý trên thông thường mắc phải một số nhược điểm chung là sinh ra một số lượng bùn thải lớn do sử dụng khá nhiều hóa chất để khử Cr(VI), trung hòa và kết tủa; công nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phương pháp (sử dụng cả nhựa cation và anion mới có thể loại bỏ được anion Cr(VI) và cation Cr(III); tính không ổn định của hạt nhựa và màng do tính oxy hóa cao của Cr(VI); giá đầu tư và chi phí vận hành quá cao

và đòi hỏi tay nghề vận hành Do đó, việc ứng dụng với quy mô công nghiệp các phương pháp trên đây vẫn còn nhiều khác biệt ở các nước Công nghệ xử lý bằng

phương pháp hấp phụ, với lớp lọc là vật liệu có nguồn gốc tự nhiên cho thấy khá phù hợp với thực tiễn sản xuất ở nước ta Các vật liệu hấp phụ nguồn gốc tự nhiên đã được nghiên cứu và ứng dụng như: Vỏ trấu, bã mía, xơ dừa, vỏ lạc, than bùn, xỉ than, vỏ sò

Chè là thức uống phổ biến của nhiều quốc gia trên thế giới như: Trung Quốc,

Ấn Độ, Srilanca, Indonexia, Ai Cập, Achentina, Braxin, Cộng hoà Liên Bang Nga

Ở Việt Nam, chè được trồng trong khoảng 30 tỉnh, trung du 14 tỉnh trong đó vùng trung du và miền núi phía Bắc chiếm khoảng trên 60%, Tây Nguyên khoảng 14%, còn lại là các vùng khác Hiện nay cả nước có khoảng 130 nghìn ha chè các loại, năng suất bình quân đạt hơn 77 tạ/ha, sản lượng chè của cả nước đạt gần 824 nghìn tấn búp tươi Việt Nam hiện đứng thứ 5 trên thế giới về sản lượng và xuất khẩu chè

Trong quá trình sử dụng, một lượng lớn bã chè thường bị bỏ đi vào môi trường không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí về tài nguyên, mà còn gây ra vấn đề

vệ sinh môi trường trong quá trình phân hủy

Vì vậy, chúng tôi quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hấp phụ Cr(VI)

của vật liệu chế tạo từ bã chè và ứng dụng xử lý nước thải mạ điện”

Trong đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu các nội dung sau:

- Chế tạo vật liệu hấp phụ từ bã chè biến tính bằng KOH (VLHP)

- Khảo sát một số đặc điểm bề mặt của VLHP bằng phương pháp phổ hồng ngoại (IR), phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), phương pháp đo diện tích bề mặt riêng (BET)

- Khảo sát khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của VLHP chế tạo được theo phương pháp hấp phụ tĩnh và theo phương pháp hấp phụ động

- Sử dụng VLHP chế tạo được thử xử lý mẫu nước thải chứa Cr(VI) theo phương pháp hấp phụ tĩnh và hấp phụ động

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về Crom

1 1.1 Vai trò của Crom

Crom là một nguyên tố vi lượng Qua nghiên cứu, người ta thấy ở nồng độ thấp Crom đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất như chuyển hoá glucozơ trong máu [1], [4]

Với đặc tính lý hoá của Crom (bền ở nhịêt độ cao, khó oxi hoá, cứng và tạo màu tốt…) nên nó ngày càng được sử dụng rộng rãi Trong luyện kim Crom được dùng để sản xuất các hợp kim với Niken và Molipden (Mo), để sản xuất thép chống mòn và sử dụng trong công nghệ chế tạo máy Crom được mạ lên bề mặt kim loại tạo nên lớp mạ có độ bền hoá học cao, chịu được mài mòn, bề mặt sáng đẹp, phản xạ ánh sáng tốt Trong công nghiệp da Crom được dùng làm chất tẩy và chất làm bền da, Cr(III) sunfat được sử dụng với tư cách là một hoá chất chính, tương tác giữa Cr(III)

và chất Collagen làm cho da bền có khả năng chống co ngót ngay cả ở nhiệt độ cao) Ngoài ra Crom còn được dùng làm sắc tố để pha sơn và mực, làm cao su và gốm…

1.1.2 Độc tính của Crom

Các kết quả nghiên cứu cho thấy Crom dù chỉ với một liều lượng nhỏ cũng là nguyên nhân chính gây tác hại nghề nghịêp Cơ quan nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) đã phân các chất hoá học theo 4 nhóm có khả năng gây ung thư [1], [4]:

- Nhóm 1: Tác nhân là chất gây ung thư ở người

- Nhóm 2A: Tác nhân có thể gây ung thư ở người

- Nhóm 2B: Tác nhân có lẽ gây ung thư ở người

- Nhóm3: Tác nhân không thể phân loại dựa trên tính gây ung thư ở người

- Nhóm 4: Tác nhân có lẽ không gây ung thư ở người

IARC đã xếp Cr(VI) vào nhóm 1 (Tác nhân là chất gây ung thư ở người) và Cr(III) vào nhóm 3 (Tác nhân không thể phân loại dựa trên tính gây ung thư

ở người)

1.1.3 Quá trình trao đổi chất

Trong nước, Crom tồn tại hai dạng Cr(III) và Cr(IV) Nhìn chung, sự hấp thụ của Crom vào cơ thể con người tuỳ thuộc vào trạng thái oxi hoá của nó Cr(VI) hấp

thụ qua dạ dày, ruột nhiều hơn Cr(III) (mức độ hấp thụ qua đường ruột tuỳ thuộc vào dạng hợp chất mà nó sẽ hấp thụ) và còn có thể thấm qua màng tế bào Nếu Cr(III) chỉ hấp thu 1% thì lượng hấp thu của Cr(VI) lên tới 50% Tỷ lệ hấp thu qua phổi không xác định được, mặc dù một lượng đáng kể đọng lại trong phổi và phổi là một trong những bộ phận chứa nhiều Crom nhất Crom xâm nhập vào cơ thể theo ba con đường:

hô hấp, tiêu hoá và khi tiếp xúc trực tiếp với da Con đường xâm nhập, đào thải Crom

ở cơ thể người chủ yếu qua con đường thức ăn, Cr(VI) đi vào cơ thể dễ gây biến chứng, tác động lên tế bào, lên mô tạo ra sự phát triển tế bào không nhân, gây ung thư, tuy nhiên với hàm lượng cao Crom làm kết tủa các protein, các axit nuclêic và ức chế hệ thống men cơ bản Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kỳ con đường nào Crom cũng được hoà tan vào trong máu ở nồng độ 0,001mg/L; sau đó chúng chuyển vào hồng cầu và hoà tan nhanh trong hồng cầu 10 ÷ 20 lần, từ hồng cầu Crom chuyển vào các tổ chức phủ tạng, được giữ lại ở phổi, xương, thận, gan, phần còn lại chuyển qua nước tiểu Từ các cơ quan phủ tạng Crom hoà tan dần vào máu, rồi đào thải qua nước tiểu từ vài tháng đến vài năm [1], [4]

1.1.4 Độ độc hại

Các nghiên cứu cho thấy con người hấp thụ Cr(VI) nhiều hơn Cr(III) nhưng độc tính của Cr(VI) lại cao hơn Cr(III) gấp khoảng 100 lần

1.1.5 Ảnh hưởng của Crom đối với động thực vật

Người ta đã khảo sát ảnh hưởng của hợp chất Crom lên sự sống của cá chép bằng cách ngâm trứng cá sau khi đã thụ tinh vào nước có chứa Cr(VI) Khi nồng độ Crom từ 3,9 – 9,6 mmol/L và ở pH = 8, Crom không ảnh hưởng đến tỷ lệ trứng nở nhưng khi nồng độ Crom đạt đến 9,6 mmol/L và ở pH = 6,3 tỉ lệ cá mắc bệnh khác nhau về da và tử vong tăng Nếu ngâm trứng vào dung dịch Cr(VI) có nồng độ 3,9 mmol/L và ở pH = 6,3 thì tỉ lệ cá mắc bệnh tủy sống tăng lên, mang và vây khô hơn, khả năng chịu lạnh kém hơn Người ta cũng thấy crom có gây ảnh hưởng đến quá trình phát triển của thực vật: gây bệnh vàng lá cho lúa [1], [4]

1.1.6 Ảnh hưởng của Crom đối với con người

Nước thải sinh hoạt có thể chứa lượng Crom tới 0,7µg/mL mà chủ yếu ở dạng Cr(VI) có độc tính với nhiều loại động vật có vú Cr(VI) dù chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây độc đối với con người Nếu Crom có nồng độ lớn hơn giá trị 0,1mg/L gây rối

loạn sức khỏe như nôn mửa…Khi thâm nhập vào cơ thể nó liên kết với các nhóm -SH trong enzim và làm mất hoạt tính của enzim gây ra rất nhiều bệnh đối với con người:

Crom và các hợp chất của Crom chủ yếu gây các bệnh ngoài da Bề mặt da là

bộ phận dễ bi ảnh hưởng Niêm mạc mũi dễ bị loét Phần sụn của vách mũi dễ bị thủng Khi da tiếp xúc trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng

và loét sâu, có thể bị loét đến xương Khi Cr(VI) xâm nhập vào cơ thể qua da, nó kết hợp với protein tạo thành phản ứng kháng nguyên Kháng thể gây hiện tượng dị ứng, bệnh tái phát Khi tiếp xúc trở lại, bệnh sẽ tiến triển nếu không được cách ly và sẽ trở thành tràm hoá [1], [4]

Khi Crom xâm nhập theo đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản, viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích (sinh ngứa mũi, hắt hơi, chảy nước mũi Khi ở dạng CrO3 hơi hoá chất này gây bỏng nghiêm trọng cho hệ thống hô hấp của người bị thấm nhiễm

Nhiễm độc Crom có thể bị ung thư phổi, ung thư gan, loét da,viêm da tiếp xúc, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thư phổi, viêm thận, đau răng, tiêu hoá kém, gây độc cho hệ thần kinh và tim…

Những công việc có thể gây nhiễm độc Crom: Chế tạo ắc quy, luyện kim, sản xuất nến, sáp, thuốc nhuộm, chất tẩy rửa, thuốc nổ, pháo, diêm, keo dán, xi măng, đồ gốm, muối crom, bột màu, men sứ, thuỷ tinh, bản kẽm, cao su, gạch chịu lửa, xà phòng, hợp kim nhôm, thợ xây dựng, mạ điện, mạ Crom Đặc biệt ngành mạ Crom thường được tiến hành ở nhiệt độ khoảng trên 400C và hơi dung dịch axit cromic có nồng độ cao (thường lớn hơn 200g/L) sẽ tác động đến hệ thống hô hấp của công nhân Hàm lượng Crom có trong nước ngọt khoảng 0,1-6 µg/mL và trong nước biển

là 0,2-50µg/L Trong các loại thức ăn, hàm lượng Crom khoảng từ 20-600mg/kg Trong nước Crom chỉ tồn tại ở hai dạng Cr(VI), Cr(III) nhưng dạng Cr(III) thường gặp hơn [1], [4]

1.1.7 Crom có trong

nghiệp như sau [14]:

Bảng 1.1 Cr(VI) trong nước thải công nghiệp

Nguyên tố Đơn vị Giá trị giới hạn

- Cột B quy định giá trị của các thông số ô nhiễm trong nước thải công nghiệp khi xả vào các nguồn tiếp nhận là các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

1.2 Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Ô nhiễm kim loại nặng là một trong những vấn đề cấp thiết Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề càng ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Hằng năm các cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lí chất thải

Ô nhiễm do sản xuất công nghiệp rất nặng Ví dụ: Công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy và bột giấy nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-10, chỉ số nhu cầu oxi sinh hóa (BOD), nhu cầu oxi hóa học (COD) có thể lên đến 700 mg/L và 2500 mg/L, hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép đã gây ô nhiễm nặng

nề các nguồn nước trong vùng dân cư [32]

Nghiên cứu ở khu vực Công ty Pin Văn Điển và Công ty Orionel-Hanel miền bắc: Nước thải của 2 khu vực này đều có chứa các kim loại nặng đặc thù trong quy trình sản xuất, với hàm lượng vượt quá TCVN 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 loại nặng trong trầm tích tại các sông, mương gần khu vực 2 công ty

trên thấy hàm lượng các kim loại trong trầm tích cao hơn hẳn hàm lượng nền, cụ thể

là 13,88 - 20,5 lần (Pb); 1,7 - 4,02 lần (Cd) và 3,9 - 18 lần (Hg) đối với trầm tích sông

Tô Lịch; Pb (3,3 - 10,25 lần); Hg (1,56 - 2,24 lần) đối với trầm tích mương Hanel Ví

dụ nước ở các kênh rạch Nhiêu Lộc - Thị Nghè, Cầu Bông, so với giá trị tiêu chuẩn

có hàm lượng Cd gấp 16 lần, Cr gấp 60 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích của kênh Nhiêu Lộc tại địa điểm cầu Ông Tá:

Pb (7460 ppm), Cu (1090 ppm), Zn (2200 ppm)… Tại huyện Tân Trạch, Long An, hàm lượng Cd trong nước từ 2-8 mg/l, gấp 40-60 lần TCCP; Pb từ 0,7-2,7 mg/L, gấp 7-27 lần TCCP; tại huyện Tân Trụ, hàm lượng kim loại nặng trong nước đã ở mức gây độc đối với vật nuôi Cụ thể: Hàm lượng Cadmium từ 2-8mg/L, gấp 40-60 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…[32]

Quá trình sản xuất nông nghiệp đóng góp một lượng đáng kể vào sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong nước Các loại hóa chất bảo vệ thực vật đặc biệt là phân photpho có chứa các kim loại nặng như As, Pb, Hg Thông qua hoạt động phun, bón thuốc hay sự rửa trôi đất có chứa các chất này mà kim loại nặng có mặt trong nước

Hiện nay, ở Việt Nam vấn đề ô nhiễm môi trường nước còn xảy ra khá nghiêm trọng ở các làng nghề tái chế kim loại Theo một số nghiên cứu thì hàm lượng các kim loại nặng trong nước thải của các làng nghề tái chế kim loại hầu hết đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhiều lần và đều thải trực tiếp vào môi trường mà không qua xử

lý, hàm lượng các kim loại nặng như Cu, Pb và Zn trong nước thải rất cao Đặc biệt là

Pb trong nước thải có nơi cao gấp 100 lần tiêu chuẩn cho phép Đây là những nguy cơ gây ô nhiễm đất và các nguồn nước mặt trong khu vực Ô nhiễm kim loại nặng trong nước ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người cũng như môi trường sống tự nhiên Trách nhiệm không chỉ thuộc về các doanh nghiệp mà còn do sự lỏng lẻo trong khâu quản lý của chính quyền địa phương

Các kim loại nặng đi vào cơ thể qua con đường hô hấ

–SH, -SCH3

[1], [4]

Hình 1.1: Hình ảnh ô nhiễm môi trường nước

1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước

Có rất nhiều nguồn nước thải các kim loại nặng độc hại cho môi trường, đó là các nguồn thải có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân tạo Trong đó các hoạt động của con người là nguồn thải chủ yếu, đặc biệt là nguồn sản xuất công nghiệp

Một số ngành công nghiệp phát thải chính như sau:

1.3.1 Công nghệ mạ điện, khai thác khoáng sản và luyện kim

Nước thải mạ điện có chứa một lượng lớn các kim loại nặng chủ yếu là Cr, Ni,

Pb, Cu,…Nồng độ các kim loại trong nước thải dao động đáng kể và tùy thuộc vào điều kiện công nghệ Trong các nhà máy này, hàm lượng các kim loại nặng hiếm khi thấp hơn 10mg/L và có khi đạt tới 1000mg/L Phần lớn nước thải từ các nhà máy này

đổ trực tiếp vào cống thoát nước chung mà không qua xử lý đã gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước

Các kim loại nặng được phát thải vào môi trường trong suốt quá trình từ khai thác đến sản xuất Hiện nay trong cả nước có gần 100.000 cơ sở khai thác, chế biến và sản xuất các sản phẩm khoáng sản Trong đó, có khoảng 200 điểm khai thác có đăng kí hợp pháp, còn lại hàng nghìn điểm khai thác tự do tại nhiều vùng trên cả nước Đây là nguồn ô nhiễm kim loại nặng đối với nước trên diện rộng và rất nghiêm trọng [12]

1.3.2 Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ

Công nghệ sản xuất các hóa chất vô cơ như sản xuất bột màu, ắc quy, gốm sứ thủy tinh, thuộc da, sản xuất xút, clo, K2Cr2O7, CuSO4,…đều sử dụng nhiều kim loại nặng độc hại như Pb, Cr, Hg,…Theo tính toán của các nhà nghiên cứu thì một cơ sở sản xuất clo trung bình sử dụng 50 tấn Hg liên tục cho quá trình vận hành sản xuất

Hg còn được sử dụng trong công nghiệp điện như sản xuất bóng đèn, pin khô, ắc quy,…trong các lĩnh vực dân dụng và điều khiển như rơ–le, nhiệt kế…[1], [4]

1.3.3 Quá trình sản xuất sơn, mực và thuốc nhuộm

Qua phân tích nước thải của nhà máy sản xuất sơn, mực, thuốc nhuộm người

ta phát hiện thấy nồng độ của một số kim loại rất cao như Al ≈ 100mg/L, Zn ≈ 10mg/L, có khi nồng độ lên tới 40mg/L đối với Co, 62mg/L đối với Pb và 900 mg/L với Zn [1], [4]

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải chứa Crom(VI)

Các phương pháp xử lý nước thải có chứa các kim loại nặng nói chung được sử dụng ngày nay là: phương pháp khử, hấp phụ, trao đổi ion, phương pháp điện hóa, phương pháp sinh học

1.4.1 Phương pháp hóa học

Dựa trên phản ứng hóa học giữa chất đưa vào nước thải với kim loại cần tách, ở

độ pH thích hợp sẽ tạo thành hợp chất kết tủa và được tách ra khỏi nước thải bằng phương pháp lắng Cr(VI) được khử đến Cr (III) trong môi trường axit và tạo thành Cr(OH)3 kết tủa trong môi trường kiềm [13]

Các chất khử Cr(VI) thường là khí sunfurơ SO2, khói có chứa SO2, natri bisunfit NaHSO3, natri sunfit Na2SO3, polisunfit, natri sunfua Na2S, các muối sắt Fe2+ Các phản ứng khử Cr(VI) thành Cr(III) diễn ra như sau:

Với natri sunfua:

2Cr 5H

3HSO O

Cr2 27- 3 3 24 2 (1.2)

Với sunfat sắt:

2 7

-2O

Cr + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O (1.3)

Trong các phản ứng nêu trên, để khử Cr(VI) thành Cr(III) phản ứng luôn diễn ra trong môi trường axit Vì vậy, để phản ứng diễn ra một cách triệt để, cần thiết phải axit hóa nước thải tới pH = 2,4 Khi pH<10, các phản ứng khử Cr(VI) chỉ diễn ra trong 10 phút Vì vậy, trong công nghệ xử lý nước thải mạ, người ta thường hợp nhất hai dòng axit và dòng Crom Nếu không đảm bảo được pH yêu cầu thì phải cho thêm axit vào Trong thực tế, để đạt được hiệu quả khử Cr(VI) thành Cr(III) lượng hóa chất tiêu hao thường gấp 1,25 lần nếu dùng natri sunfit hoặc sắt sunfat và gấp 1,75 lần nếu dùng natri bisunfit Lượng axit cho vào hệ thống phản ứng để đảm bảo pH = 2,4 phụ thuộc vào loại axit và pH của nước thải trước xử lý

Nhược điểm của phương pháp là các hóa chất được sử dụng khá đắt tiền, phải kết hợp nhiều công đoạn, nhiều phương pháp (lắng, lọc), lượng bùn thải lớn và khó

xử lý, gây ô nhiễm thứ cấp

1.4.2 Phương pháp trao đổi ion

Dựa trên sự tương tác hóa học giữa ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn, là một quá trình gồm các phản ứng hóa học đổi chỗ (phản ứng thế) giữa các ion trong pha lỏng và ion trong pha rắn (là nhựa trao đổi ion) Sự ưu tiên hấp thu của nhựa trao đổi dành cho các ion trong pha lỏng, nhờ đó các ion trong pha lỏng dễ dàng thế chỗ các ion có trên khung mang của nhựa trao đổi (ionit) Những hợp chất có khả năng trao đổi cation gọi là cationit, những hợp chất có khả năng trao đổi anion gọi là anionit [13]

Cationit axit mạnh thường được sử dụng để tách sắt, crom, nhôm từ các dòng nước thải crom trong quá trình mạ điện cũng như để thu hồi axit photphoric trong

đó Nhóm cationit axit yếu thường được sử dụng ở khâu cuối cùng của quá trình trao đổi ion, để tách các nhóm bề mặt không ion và thu hồi kim loại màu trong nước thải mạ điện

Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ để thu hồi crom Để thu hồi axit cromic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit cromic qua cột trao đổi ion resin cation (RH mạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr(III), Al, ) Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ Do hàm lượng Crom qua bể xi mạ khá cao (105-120kg CrO3/m3), vì vậy để có thể trao đổi hiệu quả, nên pha loãng nước thải axit cromic và sau đó bổ sung axit cromic cho

dung dịch thu hồi Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh

để khử các kim loại Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi cromate và thu nước khử khoáng Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH Dung dịch qua quá trình hoàn nguyên là hỗn hợp của Na2CrO4 và NaOH Hỗn hợp này cho chảy qua cột trao đổi cation để thu hồi H2CrO4 về bể xi mạ Axit cromic thu hồi từ dung dịch đã hoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6% Lượng dung dịch thu được từ giai đoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng các chất kiềm hoá, các kim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trước khi xả ra cống

Ưu điểm phương pháp là xử lý triệt để và có lựa chọn đối tượng, cho phép thu hồi ion kim loại Phản ứng trao đổi là phản ứng thuận nghịch, do đó có thể hoàn nguyên tái sử dụng nhựa

Nhược điểm là chi phí đầu tư và vận hành khá cao nên ít được sử dụng cho các công trình lớn và thường được sử dụng cho các trường hợp đòi hỏi chất lượng xử lý cao Tính chịu nhiệt, chịu mài mòn, tính chịu oxy hóa kém ảnh hưởng tới khả năng thực dụng của nhựa ionit Ngoài ra, phải sử dụng cả nhựa cation và anion mới có thể loại bỏ được anion Cr(VI) và cation Cr(III) Cr(VI) có tính oxy hóa cao làm hạt nhựa mất tính ổn định

1.4.3 Phương pháp điện hóa

Để xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải, có thể áp dụng các quá trình oxy hóa dương cực, khử âm cực, đông tụ điện, kết tụ điện, điện thẩm tích Tất

cả các quá trình này diễn ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều qua nước thải Khử catot được ứng dụng để khử các ion kim loại như Pb2+, Sn2+, Hg2+, Cu2+,

As3+, Cr(VI) Kim loại sẽ được lắng và thu hồi trên catot Điện phân nước thải chứa

H2Cr2O7 ở điều kiện tối ưu pH = 2, mật độ dòng điện 0,2 - 2A/dm2, nồng độ giảm từ

1000 mg/L đến 1 mg/L, phản ứng khử diễn ra như sau:

2 7

-2O

Cr + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O (1.4)

Hiệu suất của các phương pháp điện hóa được tính bằng các yếu tố như mật độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất năng lượng Các phương pháp điện hóa cho phép thu hồi các sản phẩm có giá trị từ nước thải công nghiệp một cách tương đối đơn giản, tự động hóa và không sử dụng các tác chất hóa học Tuy nhiên, điểm yếu lớn nhất của phương pháp này là chi phí

điện năng cao, do đó chỉ thích hợp với nước thải có nồng độ kim loại nặng cao (>1g/L) [13]

Xử lý nước thải bằng phương pháp hấp phụ với vật liệu có nguồn gốc tự nhiên (biomass) đã được nghiên cứu ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới Phương pháp này thực chất là kỹ thuật hấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc biomass làm lớp đệm Mặc dù còn nhiều ý kiến khác nhau, nhưng cơ chế của quá trình hấp phụ có thể phân thành hai loại: hấp phụ do tương tác tĩnh điện và hấp phụ nội tại [2], [3]

Tương tác tĩnh điện: có thể quan sát được từ quá trình hấp phụ các cation kim

loại và các anion trên bề mặt chất hấp phụ Đối với trường hợp xử lý nước thải mạ Crom chứa nhiều ion Cr(VI), ở độ pH thấp chúng thường tồn tại trong dung dịch dưới dạng HCrO4- Khi đó, nếu bề mặt chất hấp phụ tích điện dương chúng sẽ bị hấp dẫn tĩnh điện và bị khử xuống Cr(III) theo phương trình:

-4

HCrO + 7H+ + 3e- 3

Cr + 4H2O (1.5)

Chế độ hấp phụ nội tại: Hấp phụ nội tại là quá trình tương tác bề mặt Quá

trình hấp phụ các ion kim loại lên bề mặt đều chịu tác động của các tính chất bề mặt của vật liệu hấp phụ như bề mặt riêng, độ rỗng, phân bố lỗ xốp… và sự phân cực Các chất hấp phụ có nguồn gốc biomass thường chứa cellulose tạo ra bởi các phần tử lặp β-D glucose là thành phần chính của thành tế bào Nhóm hydroxyl phân cực trên cellulose có khả năng liên kết với ion Crom trong dung dịch Ngoài ra, trong thành phần của một số thực vật còn có chứa rất nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ khác như hemicellulose, pectins, lignin, chlorophenyl, carotene, anthocyanyn và tanin cũng có khả năng hấp thụ ion kim loại [13]

1.4.5 Phương pháp sinh học

Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kim loại như chất vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối như bèo tây, bèo tổ ong,

tảo Nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn 60 mg/l và bổ sung đủ chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) và các nguyên tố vi lượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật như rong tảo Yêu cầu diện tích lớn và nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệu quả xử lý kém [13]

Nhìn chung, các phương pháp xử lý trên thông thường mắc một số nhược điểm chung là sinh ra một số lượng bùn thải lớn do sử dụng nhiều hóa chất để khử Cr(VI), trung hòa và kết tủa, công nghệ phức tạp, phải kết hợp nhiều phương pháp, giá đầu tư

và chi phí vận hành quá cao và đòi hỏi trình độ kỹ thuật Do đó, việc ứng dụng với quy mô công nghiệp ở nước ta vẫn còn nhiều hạn chế Công nghệ xử lý bằng phương pháp hấp phụ với vật liệu là phụ phẩm nông nghiệp, có nguồn gốc sinh học là một hướng đi phù hợp với thực tiễn sản xuất ở nước ta

Hấp phụ hóa học: gây ra bởi các lực liên kết hóa học giữa phần tử chất bị hấp phụ với phần tử chất hấp phụ Lực liên kết này bền, khó bị phá vỡ

Trong thực tế sự phân biệt hấp phụ vật lí và hấp phụ hóa học chỉ là tương đối Trong một số hệ thống phụ, sự hấp phụ xảy ra đồng thời cả hai quá trình hấp phụ vật

lí và hấp phụ hóa học [2], [3], [11]

1.5.2 Cân bằng hấp phụ

Hấp phụ vật lý là một quá trình thuận nghịch Các phần tử chất bị hấp phụ trên

bề mặt hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược trở lại pha thể tích Khi lượng chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều thì tốc độ di chuyển ngược trở lại pha thể tích càng nhanh Đến một thời điểm nào đó tốc độ của quá trình hấp phụ bằng tốc độ của quá trình giải hấp phụ thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng

Đối với một hệ xác định, dung lượng hấp phụ là một hàm của nhiệt độ và áp suất hoặc nồng độ chất bị hấp phụ trong pha thể tích

Kỹ thuật thực hiện phản ứng giữa hai pha rắn - lỏng nhiều dạng nhưng phổ biến

là hai dạng chính: hấp phụ trong điều kiện tĩnh (phương pháp gián đoạn theo mẻ) hoặc hấp phụ trong điều kiện động (phương pháp cột)

1.5.3.1 Hấp phụ trong điều kiện tĩnh

Hấp phụ trong điều kiện tĩnh là không có sự dịch chuyển tương đối của phân tử chất lỏng (nước) so với phân tử chất hấp phụ mà chúng cùng chuyển động với nhau Biện pháp thực hiện là cho chất hấp phụ vào nước và khuấy trộn trong một thời gian

đủ để đạt được trạng thái cân bằng (nồng độ cân bằng) Tiếp theo cho lắng hoặc lọc

để giữ chất hấp phụ lại và tách nước ra

Với những điều kiện như nhau, tốc độ của các quá trình thuận nghịch tương ứng với tỷ lệ với nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch và trên bề mặt chất hấp phụ Khi nồng độ chất tan trong dung dịch ở giá trị cao nhất thì tốc độ hấp phụ cũng lớn nhất Khi nồng độ chất tan trên bề mặt chất hấp phụ tăng thì số phân tử (đã bị hấp phụ) sẽ di chuyển trở lại dung dịch cũng càng nhiều hơn

Trong một đơn vị thời gian, số phân tử bị hấp phụ từ dung dịch trên bề mặt chất hấp phụ bằng số phân tử di chuyển ngược lại từ bề mặt chất hấp phụ vào dung dịch thì nồng độ chất bẩn hòa tan trong dung dịch sẽ là một đại lượng không đổi Nồng độ

này gọi là nồng độ cân bằng Ở nhiệt độ không đổi, lượng chất bị hấp phụ là một hàm số

của nồng độ và gọi là hấp phụ đẳng nhiệt Đại lượng đặc trưng cho quá trình hấp phụ là dung lượng hấp phụ hay hoạt tính hấp phụ tĩnh, là lượng chất tính bằng miligam hay gam, bị hấp phụ trên 1 gam hay 1 cm3 chất hấp phụ Ngoài ra hoạt tính còn có thể biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm theo trọng lượng hoặc thể tích chất hấp phụ [2], [3], [11]

1.5.3.2 Hấp phụ trong điều kiện động

Trong công nghệ xử lý nước và nước thải, một trong những kỹ thuật hay sử dụng là dạng cột hay còn gọi là hấp phụ động Biện pháp thực hiện là cho nước lọc qua lớp vật liệu hấp phụ được sắp xếp cố định vào một cột theo chiều từ trên xuống hoặc từ dưới lên Các thông số cấu trúc đặc trưng cho cột gồm:

- Lưu lượng Q, là thể tích nước chảy qua cột trên một đơn vị thời gian

- Thể tích tầng chất rắn V, gồm cả thể tích tầng chất rắn và không gian rỗng giữa các hạt

- Tốc độ thẳng bề mặt của dòng chảy F hay tải trọng bề mặt, là tỷ số giữa lưu lượng và tiết diện A của cột, F = Q/A

- Thời gian tiếp xúc theo tầng rỗng là thời gian một lượng thể tích chất lỏng bằng thể tích của chất rắn chảy qua với lưu lượng Q cho trước

- Cơ chế hấp phụ trong điều kiện động (phương pháp cột) cũng giống như trong điều kiện tĩnh (phương pháp gián đoạn), song hấp phụ động có nhiều ưu điểm hơn về công nghệ và quản lý như:

- Cho hiệu suất xử lý tin cậy và ổn định;

- Khi hoàn nguyên không phải đưa vật liệu hấp phụ ra khỏi bể lọc do đó cho phép dễ dàng tự động hóa và điều khiển từ xa;

- Cho phép sử dụng tối đa dung tích vật liệu hấp phụ khi cho nước chảy qua Nồng

độ chất bị hấp phụ giảm dần từ Co ở tiết diện vào tới C = Cmin ~ 0 ở tiết diện ra [2], [3]

q o cb (1.6) :

(mg/g)

(L)

(g)

C C

(1.7) Trong đó:

H: Hiệu suất hấp phụ (%)

C0: Nồng độ đầu của ion kim loại (mg/L)

Ct: Nồng độ ion kim loại sau khi ra khỏi cột hấp phụ đo tại thời điểm t (mg/L)

1.5.6 Quá trình hấp phụ động trên cột

Quá trình hấp phụ động trên cột đƣợc mô tả nhƣ sau [2]:

Cho một dòng khí hay dung dịch chứa chất bị hấp phụ qua cột hấp phụ Sau một thời gian thì cột hấp phụ chia làm ba vùng:

Vùng 1 (Đầu vào nguồn xử lý): Chất hấp phụ đã bão hòa và đạt trạng thái cân bằng Nồng độ chất bị hấp phụ ở đây bằng nồng độ của nó ở lối vào

Vùng 2 (Vùng chuyển khối): Nồng độ chất bị hấp phụ thay đổi từ giá trị nồng

độ ban đầu tới không

Vùng 3 (Vùng lối ra của cột hấp phụ): Vùng mà quá trình hấp phụ chƣa xảy ra, nồng độ chất bị hấp phụ bằng không

Hình 1.2 Mô hình cột hấp phụ

1.Vùng hấp phụ bão hoà 2.Vùng chuyển khối

3.Vùng chƣa xảy ra sự hấp phụ Lối vào

Lối ra

Khi thời gian thực hiện quá trình hấp phụ tăng lên thì vùng hấp phụ dịch chuyển theo chiều dài của cột hấp phụ Chất hấp phụ sẽ xuất hiện ở lối ra khi vùng chuyển khối chạm tới đáy cột Đây là thời điểm cần dừng quá trình hấp phụ để nồng độ của chất bị hấp phụ ở lối ra không vượt quá giới hạn cho phép Tiếp theo cột hấp phụ được giải hấp để tiếp tục thực hiện quá trình hấp phụ

Tại điểm cuối của cột hấp phụ, nồng độ của chất bị hấp phụ xuất hiện và tăng dần theo thời gian Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nồng độ của chất bị hấp phụ trên cột hấp phụ theo thời gian được gọi là đường cong thoát và có dạng như hình 1.3

Hình 1.3 Dạng đường cong thoát phân bố nồng độ chất bị hấp phụ

trên cột hấp phụ theo thời gian 1.5.7 Quá trình chuyển khối trong cột

Đặc trưng cho quá trình này là đường cong thoát Đường cong này đạt được từ thực nghiệm, cho dòng chất bị hấp phụ chảy qua cột vật liệu có kích thước và lưu lượng biết trước cho đến khi lớp chất hấp phụ bị bão hòa Nồng độ của chất tan dòng vào, C0, sau khi qua cột, giảm xuống nồng độ có giá trị nhỏ hơn Cb Ban đầu, khi chất hấp phụ vẫn còn mới, nồng độ chất tan trong dòng ra thấp hơn mức nồng độ cho phép

Cb Nhưng sau một thời gian vận hành, thì chất hấp phụ đạt bão hòa, khi đó nồng độ chất tan ở dòng ra tăng lên đến một giá trị Cb nào đó, gọi đó điểm uốn

Chiều cao x của lớp chất hấp phụ tại đó nồng độ của chất bị hấp phụ giảm từ C0đến 0 trên đường cong được gọi là tầng trao đổi chất Sau khi chất ô nhiễm trong nước thải bị hấp phụ vào tầng trao đổi chất và đi xuống phía dưới, nồng độ chất ô nhiễm giảm đến giá trị tối thiểu và không có hấp phụ xảy ra thêm phía dưới tầng trao đổi chất Khi lớp trên cùng đã bão hòa chất bị hấp phụ, tầng trao đổi chất sẽ di chuyển xuống phía dưới cho đến khi điểm uốn xảy ra Điểm uốn xảy ra khi nồng độ chất ô nhiễm

t

C

Co

O

trong nước rửa đạt 5% giá trị của nồng độ dòng vào Khi nồng độ chất ô nhiễm trong nước rửa bằng 95% nồng độ chất ô nhiễm trong dòng vào, quá trình đạt bão hòa

Hấp phụ trong cột nhằm mục đích loại bỏ một tạp chất nào đó trong nước, nồng độ tạp chất trong nước đầu ra phải bằng 0 hoặc một giá trị Cb nào đó Trên mức

Cb quá trình hấp phụ phải dừng lại để chuyển sang cột mới Độ lớn của tầng chuyển khối ứng với sự suy giảm nồng độ từ C0 xuống Cb không có giá trị sử dụng nên được gọi là tầng chết Thời gian từ đầu quá trình đến thời điểm nồng độ đầu ra tăng lên Cb

là thời gian bảo vệ t

1.5.8 Phương trình tính toán hấp phụ động trên cột hấp phụ

Shilov khi quan sát hiệu lực của thời gian phòng độc của mặt nạ than hoạt tính

đã chỉ ra rằng thời gian bảo vệ t phụ thuộc tuyến tính với chiều dày Z của lớp vật liệu, nhưng đồ thị biểu diễn hai đại lượng không đi qua gốc tọa độ mà cắt trục x một đoạn nhất định [2] Phương trình có dạng:

t = kx- t0 (1.8) Trong đó:

t: thời gian bảo vệ, ứng với thời điểm nồng độ đầu ra tăng lên Ccb

to : thời gian chết, ứng với độ dài tầng chết

k: hệ số bảo vệ, phụ thuộc vào khả năng hấp phụ, nồng độ ban đầu và tốc độ dòng chảy

Mối quan hệ giữa t và Z giúp ta dễ dàng xác định hệ số bảo vệ (dung lượng hấp phụ) và mức độ cản trở của các yếu tố chỉ bằng thực nghiệm thay đổi độ dài cột

và đo thời gian xuất hiện chất bị hấp phụ ở một thời điểm nào đó mà không cần đến những mô hình toán phức tạp Theo Bohart và Adams (1920), quan hệ tuyến tính giữa

0 0

N a

KC C (1.12)

Trong đó:

C0: nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ, mg/L

Cb: nồng độ của chất bị hấp phụ tại điểm uốn, mg/L

Khi tính toán tháp hấp phụ cho một dòng thải mới với lưu lượng và nồng độ cho trước, phương trình (1.10), (1.11) và (1.12) cho phép ngoại suy các hằng số mới cho tháp hấp phụ

Khi biết lưu lượng F': '

'

F

Trong đó: F: lưu lượng dòng vào khi thực nghiệm

F ': lưu lượng của dòng chảy thực tế

a: hằng số thực nghiệm

a': hằng số ngoại suy

Khi biết nồng độ C0' ' 0

' 0

ln( 1)

b b

Trong đó: C0: nồng độ đầu vào khi thực nghiệm

C0': nồng độ đầu vào của dòng chảy mới

b: hằng số từ thực nghiệm

b': hằng số ngoại suy

1.5.9

1.5.9

:

t: thời gian (giây)

(1.18)

Dạng tích phân của phương trình trên là:

q e q t q e k t

303,2lg

)

(1.19) Phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai có dạng:

t k2 (q e q t)2

dt

dq

(1.20) Dạng tích phân của phương trình này là:

t

q q k q

t

e e t

1

1

2 2

(1.21) Trong đó:

qe , qt là dung lượng hấp phụ tại thời gian đạt cân bằng và tại thời gian t (mg/g)

k1, k2 là hằng số tốc độ hấp phụ bậc nhất (thời gian-1) và bậc hai (g.mg-1 thời gian-1) biểu kiến

1.5.9

ố :

q = k.Cn

1 (1.23) Trong đó:

k: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác n: hằng số chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1

1.5.9.4 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir là phương trình mô tả cân bằng hấp phụ đầu tiên được thiết lập bằng lí thuyết Phương trình Langmuir được thiết lập trên cơ sở các giả thuyết sau [2], [11]

Mỗi tiểu phân chất bị hấp phụ liên kết với bề mặt của chất hấp phụ tại những trung tâm xác định

Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các trung tâm là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trên các trung tâm bên cạnh

Các phân tử được hấp phụ đơn lớp trên bề mặt chất hấp phụ

Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được xây dựng cho hệ hấp phụ rắn–lỏng (môi trường nước) Khi đó phương trình Langmuir có dạng:

cb cb

m b C

C b q

q

1

.

(1.25) Trong đó:

- : độ che phủ

- Ccb : nồng độ chất bị hấp phụ khi đặt cân bằng hấp phụ

- b: hằng số hấp phụ Langmuir

- qm: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:

Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb << 1 thì q = qm.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

Trong vùng nồng độ lớn b.Ccb>> 1 thì q = qm mô tả vùng hấp phụ bão hòa Khi nồng độ chất bị hấp phụ nằm giữa hai giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đường cong

Để xác định các hằng số trong phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về dạng đường thẳng:

b q

C q q

C

m cb m

cb

.

1 1

(1.26) Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của Ccb /q vào Ccbsẽ xác định được các hằng số:

b, qm trong phương trình

Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ:

Có ba yếu tố chính ảnh hưởng đến sự hấp phụ của các chất lên bề mặt chất rắn,

đó là:

- Nồng độ của chất tan trong chất lỏng (hoặc áp suất đối với chất khí)

- Nhiệt độ

- Quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ

- Ngoài ra, còn một vài yếu tố khác như sự thay đổi diện tích bề mặt của chất hấp phụ và sự thay đổi pH của dung dịch

1.6 Đặc tính vật liệu có nguồn gốc cellulose

Các vật liệu lignocelluloses như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía,

bã chè…đã được nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer như cellulose, hemicelluloses, pectin, lignin và protein Các polymer này có chứa trong thành tế bào thực vật, trong đó cellulose và lignin là thành phần chủ yếu Cellulose

có nhiều nhất trong thành tế bào thực vật, là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ các liên kết các mắt xích P-D-Glucose, công thức cấu tạo:

Hình 1.4: Cấu trúc của cellulose

Lignin là một chất cao phân tử có cấu trúc vô định hình khác với cellulose Cho đến nay công thức của lignin vẫn chưa được xác định, các mắt xích của lignin không giống nhau, nhưng người ta đã kết luận rằng trong phân tử lignin có chứa các nhóm (-OH), nhóm metoxyl (-OCH3) và nhân benzen

Hình 1.5: Một cấu trúc giả thuyết của lignin

Các polymer này có thể hấp phụ nhiều loại chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị hai Các hợp chất polyphenol như tannin, lignin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt động có thể hấp phụ các kim loại nặng Các tài liệu nghiên cứu đã chỉ ra rằng các vị trí anionic phenolic trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng Ngoài ra các nhóm axit galacturonic trong peptin là những vị trí liên kết mạnh

với các cation Các nhóm hydroxyl trên cellulose cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion của các lignocelluloses Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết phân cực yếu của nhóm OH [13], [22], [23], [30], [34]

So với các phương pháp hóa lý truyền thống, sử dụng vật liệu hấp phụ có nguồn gốc cellulose hấp phụ kim loại nặng đã cho thấy nhiều ưu điểm: không gây ô nhiễm thứ cấp, bản thân vật liệu cũng là các chất trao đổi hấp phụ ion nên đem lại hiệu quả cao, đơn giản, chi phí thấp do đó dễ dàng áp dụng vào xử lý nước thải

1.7 Giới thiệu về cây chè

Theo truyền thuyết, cây chè lần đầu tiên được phát hiện bởi người Trung Quốc vào năm 2700 trước Công Nguyên Đầu tiên được sử dụng như một dược liệu, sau trở thành một thứ đồ uống mang đậm tính dân tộc của Trung Quốc Dựa vào di tích khảo

cổ học và điều kiện sinh thái của cây chè, căn cứ ở các vùng chè hoang dại và tập quán sử dụng chè, nhiều tài liệu Trung Quốc, Liên Xô cũ đã đi đến kết luận: cây chè

có nguồn gốc phát sinh ở miền núi phía Nam Trung Quốc, Bắc Ấn Độ và miền núi phía Bắc Việt Nam Ngày nay, cây chè được trồng ở nhiều nơi trên thế giới trong vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trải dài từ 30 vĩ độ nam đến 45 vĩ độ bắc, tập trung chủ yếu ở các nước Châu Á chiếm 80-90% tổng diện tích chè thế giới

Hình 1.6: Hình ảnh về cây chè

Việt Nam có khí hậu nhiệt đới 4 mùa nằm ở khu vực Đông Nam Á, là một trong những chiếc nôi của cây chè Đến nay, cả nước có khoảng 130 nghìn ha chè các

loại, năng suất bình quân đạt hơn 77tạ/ha, sản lượng chè của cả nước đạt gần 824 nghìn tấn búp tươi Trà Việt Nam được xuất khẩu sang 110 quốc gia và vùng lãnh thổ, giá trị xuất khẩu đạt gần 200 triệu USD/năm Việt Nam hiện đứng thứ 5 trên thế giới về sản lượng và xuất khẩu trà với kế hoạch sản xuất đạt 1,2 triệu tấn chè thô và xuất khẩu 200.000 tấn chè chế biến vào năm 2015

Thái Nguyên là vùng chè trọng điểm của cả nước, với diện tích chè hơn 18.500ha, trong đó có gần 17.000ha chè kinh doanh, năng suất đạt 109 tạ/ha, sản lượng đạt gần 185 nghìn tấn Xác định chè là cây trồng mũi nhọn, những năm qua, tỉnh Thái Nguyên đã triển khai nhiều biện pháp để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm chè, trong đó có việc áp dụng quy trình thực hành sản xuất nông nghiệp tốt (VietGAP) Hiện nay, toàn tỉnh có 15 mô hình chè theo tiêu chuẩn VietGAP ở các huyện Đại Từ, Đồng Hỷ, Định Hóa, Võ Nhai, Phổ Yên, Phú Lương

Với lượng tiêu thụ chè trên toàn quốc mỗi năm vào khoảng 100.000 nghìn tấn thì lượng bã chè thải ra trên toàn quốc là rất lớn

Trong quá trình sản xuất chè, lá chè có chất lượng cao được lựa chọn để sản xuất chè xanh khô xuất khẩu, còn lá chè chất lượng thấp được sử dụng để sản xuất đồ uống trà và để tách polyphenol trong chè Một số lượng lớn bã chè để sản xuất đồ uống trà thường bị bỏ đi vào môi trường không qua xử lý, đó không chỉ là một sự lãng phí về tài nguyên mà còn gây ra vấn đề vệ sinh môi trường trong quá trình

phân hủy

Thành phần bã chè đã được nghiên cứu gồm chủ yếu là cellulose, hemicelluloses, lignin, tannin và các protein Cellulose, hemicelluloses, lignin và tannin có tiềm năng tốt như loại bỏ kim loại từ nước thải vì chúng có chứa nhóm chức của cacboxylate, phenolic nhóm hydroxyl và oxyl thơm, có khả năng mạnh về loại bỏ

và hấp phụ hóa học các ion kim loại [13], [21], [22], [29]

1.8 Tình hình nghiên cứu về vật liệu hấp phụ bã chè

Trong nước việc nghiên cứu về khả năng hấp phụ của bã chè vẫn còn là một vấn

đề khá mới mẻ [7], [8], [9], [10] Tuy nhiên trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng hấp phụ của bã chè và ứng dụng trong việc xử lý môi trường Nghiên cứu này gồm hai mảng lớn là: khả năng hấp phụ của bã chè chưa biến tính và khả năng hấp phụ của bã chè biến tính Dưới đây là một số công trình nghiên cứu tiêu biểu:

1.8.1 Sử dụng bã chè, các chất thải chè chưa biến tính

N Nasuha và cộng sự [25] đã tiến hành nghiên cứu sự hấp phụ metylen xanh (MB) từ dung dịch nước của chất thải chè Các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện với điều kiện khác nhau về: các nồng độ ban đầu (50- 500mg /L), pH 3-12, khối lượng vật liệu hấp phụ (0,05-1g ) và nhiệt độ (30-50°C) Các kết quả ở trạng thái cân bằng được mô tả khá tốt theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich Trong đó sự hấp thụ được mô tả tốt nhất theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại là 147mg/g, 154 mg/g và 156mg/g ở các nhiệt độ tương ứng

30, 40 và 50°C Ba mô hình động học, động học hấp phụ bậc 1, động học hấp phụ bậc

2 và khuếch tán trong hạt đã được sử dụng để mô tả các cơ chế hấp phụ Kết quả thực nghiệm cho thấy phương trình động học bậc hai là mô hình tốt nhất mô tả sự hấp phụ này với hệ số tương quan R2> 0,99 Từ đó cho thấy chất thải chè có tiềm năng lớn để được sử dụng như vật liệu hấp phụ hiệu quả cho việc loại bỏ metylen xanh Nghiên cứu này xuất phát từ thực tế ở Malaysia trong khi thu hoạch chè phát sinh lượng rất lớn các phần phụ phẩm như cành, thân hay lá chè già…Ước tính hơn 10.000 tấn chất thải chè được tạo ra mỗi năm

Ngoài ra, từ thực tế đó nhóm nghiên cứu này cũng đã nghiên cứu về khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ chế tạo từ lá chè Trong nghiên cứu này, lá chè đã được

sử dụng như một vật liệu hấp phụ mới và chi phí thấp cho các thuốc nhuộm cation (metylen xanh) Tiến hành hấp phụ ở 30°C, các kết quả thử nghiệm được phân tích bằng các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich Trong đó, các kết quả được mô tả tốt nhất theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và khả năng hấp phụ đơn lớp được tìm thấy là 300,052 mg/g Kết quả cho thấy lá chè là chất thải có tiềm năng được sử dụng như một vật liệu hấp phụ chi phí thấp để loại bỏ metylen xanh trong dung dịch nước của nó

Tác giả Md Tamez Uddin và cộng sự [22] dựa trên lượng bã chè lớn phát sinh

từ các hộ gia đình ở Bangladesh đã nghiên cứu và tiến hành đề xuất quy trình xử lí bã thải chè thành vật liệu hấp phụ Kết quả thu được dung lượng hấp phụ cực đại đạt là 85,16 mg/g cao hơn so với khả năng hấp phụ của một số vật liệu hấp phụ được nghiên cứu gần đây Cân bằng hấp phụ đạt được trong vòng 5 giờ cho nồng độ metylen xanh là 20-50 mg/L