Nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano gum được điều chế từ nano oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hoàng yến để xử lý nước thải xi mạ

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu sử dụng Nano gum được điều chế từ nano oxit sắt từ và gum được ly trích từ hạt muồng hoàng yến, ứng dụng vật liệu thân thiện với môi trường này để khả

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGÔ HOÀNG PHONG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO GUM ĐƯỢC ĐIỀU CHẾ TỪ NANO OXIT SẮT

TỪ CÓ GẮN GUM HẠT MUỒNG HOÀNG YẾN

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học:

Hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Hùng Anh

Hướng dẫn 2: TS Đào Minh Trung

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Ngô Hoàng Phong MSHV: 16083651

Ngày, tháng, năm sinh: 31/07/1991 Nơi sinh: An Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã chuyên ngành: 60520320

I TÊN ĐỀ TÀI:

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano Gum được điều chế từ Nano Oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hoàng yến để xử lý nước thải xi mạ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Khảo sát ảnh hưởng của pH, xác định pH tối ưu cho đối tượng nước thải nghiên cứu

Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum tới hiệu quả xử lý trên nước thải giả định và nước thải xi mạ

Đánh giá giả khả năng thu hồi của Nano–gum trên nước thải chứa kim loại nặng

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Thực hiện quyết định số 842/QĐ-ĐHCN ngày

10/07/2020 của Trường Đại học Công Nghiệp TP.HCM về việc giao đề tài và cử người hướng dẫn luận văn Thạc sĩ

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2020

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Hướng dẫn 1: PGS.TS Lê Hùng Anh

Hướng dẫn 2: TS Đào Minh Trung

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

NGƯỜI HƯỚNG DẪN 1 NGƯỜI HƯỚNG DẪN 2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

ĐÀO TẠO

PGS.TS Lê Hùng Anh TS Đào Minh Trung

VIỆN TRƯỞNG VIỆN KHCN & QLMT

Em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cả vật chất và tinh thần giúp em hoàn thành đề tài

Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến toàn thể thầy cô trong Viện và các bạn lời chúc sức khỏe, luôn hạnh phúc, thành công trong cuộc sống và trong công việc

Trân trọng cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nghiên cứu sử dụng Nano gum được điều chế từ nano oxit sắt từ và gum được ly trích từ hạt muồng hoàng yến, ứng dụng vật liệu thân thiện với môi trường này để khảo sát khả năng xử lý kim loại nặng có trong nước Kết quả khảo sát khả năng xử

lý nước thải xi mạ chứa kim loại nặng bằng vật liệu Nano-gum cho thấy vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh học Nano-gum cho hiệu quả xử lý nước thải giả định và công nghiệp xi mạ bằng vật Nano-gum cho hiệu quả xử lý cao và đạt QCVN

Từ kết quả nghiên cứu của vật liệu Nano-gum (kết hợp từ Biogum sinh học và từ tính của oxít sắt từ), có khả năng cải thiện chất lượng nước thải xi mạ và có từ tính nam châm, do đó có khả năng tái sử dụng vật liệu sau khi xử lý nước thải Đây có thể được xem là tính mới của vật liệu keo tụ trong xử lý nước thải Để áp dụng cần có những nghiên cứu mở rộng cho các đối tượng nước thải khác nhau như nước thải dệt nhuộm,

rỉ rác Bên cạnh đó để xác định hiệu xuất xử lý đạt cao nhất cần xác định các thông

số vận hành pH và liều lượng sử dụng vật liệu tối ưu cho một đơn vị nước thải xử lý

Từ khóa: Nano-gum, oxit sắt từ, gum muồng hoàng yến, xi mạ, kim loại nặng

ABSTRACT

The study used Nano gum prepared from ferromagnetic oxide and gum extracted

from canary seeds, applying this environmentally friendly material to investigate the

ability to handle heavy metals contained in water Survey results on the ability to treat

heavy metal plating wastewater using Nano-gum materials show that adsorbent of

bio-derived Nano-gum for the assumed wastewater treatment efficiency and plating

industry with Nano-gum for high treatment efficiency and meet QCVN

From the research results of Nano-gum materials (combining biological and magnetic

Biogum of ferromagnetic oxide), has the ability to improve the quality of plating

wastewater and has magnetism, thus capable of material reuse after wastewater

treatment This can be considered as the novelty of flocculation materials in

wastewater treatment To apply, it is necessary to have extensive studies for different

types of wastewater such as textile wastewater, waste rust In addition, to determine

the highest treatment efficiency, it is necessary to determine the optimum operating

parameters of pH and material usage dose for a unit of treated wastewater

Key words: Nano-gum, ferromagnetic oxide, canary gum, plating, heavy metals

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

Ngô Hoàng Phong

MỤC LỤC

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về nước thải xi mạ 4

1.1.1Thành phần nước thải xi mạ 5

1.1.2Phương pháp xử lý nước thải xi mạ 8

1.2 Tổng quan về Biogum 11

1.2.1Tổng quan Muồng Hoàng Yến 11

1.2.2Tổng quan thành phần keo tụ sinh học 14

1.2.3Tổng quan phương pháp ly trích 17

1.3 Ứng dụng của vật liệu Biogum cho xử lý nước thải 18

1.3.1Trong nước 18

1.3.2Ngoài nước 19

1.4 Tổng quan về vật liệu Nano 19

1.4.1Tổng quan về vật liệu Nano 19

1.4.2Phân loại vật liệu Nano 21

1.4.3Các nghiên cứu trong và ngoài nước 31

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Vật liệu, thiết bị, dụng cụ 33

2.2 Phương pháp nghiên cứu 34

2.2.1Thống kê tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước 34

2.2.2Phương pháp phân tích 34

2.2.3Phương pháp xử lý số liệu 35

2.3 Nội dung nghiên cứu 36

2.3.1Thí nghiệm 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH 36

2.3.2Thí nghiệm 2: Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum tới hiệu quả xử lý trên nước thải 38

2.3.3Thí nghiệm 3: Đánh giả khả năng thu hồi của Nano–gum trên nước thải chứa kim loại nặng (Ni2+, Cu2+, Zn2+) 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

3.1 Xác định pH tối ưu 41

3.2 Kết quả xác định lượng Nano-gum tối ưu 43

3.3 Xác định hiệu quả xử lý của Nano-gum thu hồi 47

3.4 Thảo luận chung 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

1 Kết luận 55

2 Kiến nghị 56

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 66

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 85

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các bộ phận cây Muồng Hoàng Yến 12

Hình 1.2 Cấu trúc glucosinolate trong hạt Moringa oleifera 15

Hình 1.3 Cấu trúc chitosan 15

Hình 1.4 Cơ cấu galactomannan 16

Hình 1.5 Phần trăm loại bỏ màu thuốc nhuộm hoạt tính đỏ của gum hạt MHY 17

Hình 1.6 Ống Nano Carbon 20

Hình 1.7 Quy trình tổng hợp hạt Nano từ tính 23

Hình 1.8 Quá trình tổng hợp hạt Nano 24

Hình 1.9 Quy trình làm giàu –OH trên hạt Nano từ tính 24

Hình 1.10 Quá trình làm giàu OH– trên hạt Nano từ tính 25

Hình 1.11 Quy trình tổng hợp Nano-gum 26

Hình 1.12 Quá trình tổng hợp Nano-gum 27

Hình 1.13 Sản phẩm Biogum thu được từ quá trình ly trích 27

Hình 1.14 Sản phẩm Nano-gum 29

Hình 1.15 Hình Nano-gum bị hút bởi từ tính nam châm 30

Hình 1.16 Hình (a) PAC và (b) Biogum không bị hút bởi từ nam châm 30

Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm 36

Hình 3.1 Xác định pH tối ưu của Nano-gum trên nước thải xi mạ giả định 43

Hình 3.2 Xác định liều lượng tối ưu Nano-gum trên nước thải xi mạ giả định 45

Hình 3.3 Xác định liều lượng tối ưu Nano-gum trên nước thải xi mạ NMXM 46

Hình 3.4 Hiệu suất loại bỏ kim loại của Nano-gum ở các lần thu hồi 49

Hình 3.5 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Niken 51

Hình 3.6 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Đồng 52

Hình 3.7 Đồ thị so sánh với QCVN 40:2011/BTNMT của Kẽm 52

Hình 3.8 Quy trình xử lý chất thải công nghiệp xi mạ bằng Nano-gum 54

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải nghiên cứu 6

Bảng 2.1 Phương pháp phân tích 35

Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH Nano-gum trên mẫu nước thải chứa ion Cu2+ 37

Bảng 2.3 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH Nano-gum trên mẫu nước thải chứa ion Ni2+ 37

Bảng 2.4 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH Nano-gum trên mẫu nước thải chứa ion Zn2+ 37

Bảng 2.5 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum trên mẫu nước thải Cu2+ 38

Bảng 2.6 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum trên mẫu nước thải Ni2+ 38

Bảng 2.7 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum trên mẫu nước thải Zn2+ 39

Bảng 2.8 Bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum trên mẫu nước thải xi mạ 39

Bảng 3.1 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Ni2+ 41

Bảng 3.2 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Cu2+ 41

Bảng 3.3 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Zn2+ 42

Bảng 3.4 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Ni2+ 44

Bảng 3.5 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Cu2+ 44

Bảng 3.6 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải chứa Zn2+ 45

Bảng 3.7 Hiệu quả xử lý ion kim loại trên nước thải XMNM 46

Bảng 3.8 Hiệu quả xử lý ion kim loại (Ni2+) sau các lần thu hồi và tái sử dụng 48

Bảng 3.9 Hiệu quả xử lý ion kim loại (Cu2+) sau các lần thu hồi và tái sử dụng 48

Bảng 3.10 Hiệu quả xử lý ion kim loại (Zn2+) sau các lần thu hồi và tái sử dụng 49

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Biogum Gum sinh học Muồng Hoàng Yến ly trích từ hạt Muồng hoàng yến

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

KPH Không phát hiện

Nano-gum Vật liệu kết hợp giữa Gum hạt Muồng hoàng yến và Nano oxit sắt từ

NMXM Nhà máy xi mạ

MHY Muồng hoàng yến

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)

SPM Kính hiển vi quét đầu dò (Scanning Probe Microscopy)

STM Kính hiển vi quét đầu dò tunen

TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy) VLHP Vật liệu hấp phụ

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Ở Việt Nam trong những năm vừa qua, các ngành công nghiệp nói chung và ngành

xi mạ nói riêng đang phát triển một cách nhanh chóng, đóng góp vào sự phát triển kinh tế của đất nước Mặt khác gây ô nhiễm môi trường do nước thải từ hoạt động của ngành xi mạ Hằng năm một lượng lớn nước thải chứa ion kim loại nặng được thải ra môi trường mà chưa được qua xử lý, nước thải này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đối với sức khỏe của người dân và tác động xấu đến hệ sinh thái Hầu hết các kim loại nặng ở nồng độ vi lượng là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của sinh vật, tuy nhiên khi hàm lượng của chúng vượt quá giới hạn cho phép chúng lại thường có độc tính cao, gây ra những tác động hết sức nguy hại đến sức khỏe con người và sinh vật

Khi xâm nhập vào cơ thể người, các ion kim loại làm bất hoạt các enzym, cản trở quá trình tổng hợp protein trong cơ thể Quá trình được thể hiện qua phương trình phản ứng sau:

Tác hại của một số ion kim loại nặng: Niken xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đường

hô hấp, gây ra các triệu chứng khó chịu, buồn nôn, đau đầu Nếu tiếp xúc nhiều với

niken sẽ ảnh hưởng đến phổi, hệ thần kinh trung ương, gan, thận Đồng xâm nhập

vào cơ thể chủ yếu qua con đường ăn uống, lượng đồng đi vào cơ thể từ thực phẩm khoảng 1-3 mg/ngày Các muối đồng gây tổn thương đường tiêu hóa, gan, thận và niêm mạc Độc nhất là muối đồng cyanua Các muối kẽm hòa tan đều độc Khi ngộ độc kẽm sẽ cảm thấy miệng có vị kim loại, đau bụng, mạch chậm, co giật [1]

Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Nano Gum được điều chế từ Nano Oxit sắt từ có gắn gum hạt muồng hoàng yến để xử lý nước thải xi mạ” là rất cần thiết nhằm tìm ra các thông số thích hợp trong xử lý ion kim loại nặng, cải thiện chất lượng nguồn nước

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Khảo sát hiệu suất xử lý một số ion kim loại nặng (Cu2+, Ni2+, Zn2+) có trong nước thải giả định bằng vật liệu Nano-gum

- Đánh giá hiệu suất xử lý một số ion kim loại nặng (Cu2+, Ni2+, Zn2+) có trong nước thải nhà máy xi mạ bằng vật liệu Nano-gum

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ Nước thải chứa kim loại nặng (Cu2+, Ni2+, Zn2+) giả định tại phòng thí nghiệm Khoa tài nguyên Môi Trường trường Đại học Thủ Dầu Một

+ Nước thải một nhà máy xi mạ được lấy tại tỉnh Bình Dương

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Không gian: Phòng thí nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một, phòng thí nghiệm Xí nghiệp xử lý nước thải sinh hoạt Tp Thủ Dầu Một

+ Thời gian tiến hành nghiên cứu: Từ tháng 6 đến tháng 10 năm 2020

4 Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả xử lý nồng độ kim loại trong nước thải

- Nội dung 2: Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng Nano-gum đến hiệu quả xử lý nồng độ kim loại trong nước thải

- Nội dung 3: Khảo sát khả năng thu hồi và sử dụng lại vật liệu Nano-gum thu hồi

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Luận văn tốt nghiệp cung cấp những thông tin khoa học hiệu quả cải thiện chất lượng nước thải của một số ngành công nghiệp như thành phần kim loại nặng trong nước thải xi mạ Kết quả nghiên cứu của Luận văn tốt nghiệp là cơ sở khuyến khích sử dụng vật liệu sinh học trong cải thiện chất lượng môi trường nước thải vừa thân thiện môi trường vừa có khả năng tái sử dụng từ đó tạo ra một môi trường sinh thái bền vững

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về nước thải xi mạ

Hiện nay, ngành công nghiệp xi mạ là một trong những ngành đang phát triển mạnh trên thế giới nói chung Riêng ở Việt Nam, các ngành công nghiệp phụ trợ đang được chú trọng đầu tư phát triển, trong đó có ngành công nghiệp gia công, sơn kim loại, còn gọi là công nghiệp xi mạ

Mạ điện bằng quá trình điện hóa cực catot là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Trong đó catot là bề mặt kim loại và anot là dung dịch mạ chứa các ion kim loại cần mạ được đặt trong một bình điện phân dùng nguồn điện một chiều từ bên ngoài vào Các ion kim loại này tham gia phản ứng catot và bị khử điện hóa thành kim loại điện kết tủa lên trên bề mặt cần xử lý

Mạ hóa học là phương pháp dựa trên cơ sở khử hóa học, ion kim loại được khử thành kim loại từ dung dịch muối của nó bằng các chất khử Điện tử cần thiết cho quá trình khử được cung cấp bởi các chất khử hóa học Ví dụ: Mạ niken, natri hypophosphit được dùng làm tác nhân khử [2]

Số điện tử (e) hình thành sẽ tham gia phản ứng: Ni2+ + 2e  Ni; niken (Ni) và đồng (Cu) thường là 2 kim loại được sử dụng trong kĩ thuật mạ này

Mạ nhúng nóng là quá trình trong đó vật liệu cần mạ đi qua bể chứa kim loại (kim loại nguyên chất), bể này được nấu nóng chảy ở nhiệt độ cao, kết quả là kim loại mạ

sẽ bám trên bề mặt vật liệu cần mạ [3]

Công nghiệp xi mạ phân ra các loại mạ tùy theo kim loại được mạ:

- Mạ Crom (Cr2+): Được sử dụng nhiều trong công nghệ mạ ô tô, mạ chi tiết máy, dụng cụ y tế, phụ tùng máy móc, lớp mạ có tính ổn định hóa học, tính chịu mòn cao,

bề mặt đẹp, khả năng phản xạ ánh sáng tốt [1]

- Mạ Kẽm: Thường ứng dụng mạ kẽm để đề phòng ăn mòn kim loại, được gọi là mạ bảo vệ Lớp mạ có tính đàn hồi tốt nhưng độ cứng thấp, độ bóng kém, dễ tạo thành muối cacbonat nên nhanh mờ Dung dịch mạ kẽm có hai loại là: dung dịch mạ kẽm

có cyanua (-CN) và dung dịch mạ kẽm không có cyanua – CN [2]

- Mạ Niken: Mạ niken là kỹ thuật quan trọng và được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, được ứng dụng để trang trí, làm tăng khả năng chịu mòn, tăng độ cứng của bề mặt

Để nâng tính hiệu quả bảo vệ - trang trí người ta thường mạ hai lớp là niken – crom hoặc đồng – niken – crom [2]

- Mạ hợp kim: Trong dung dịch đồng thời có 2 cation để cùng bám lên bề mặt kim loại cần mạ Mạ hợp kim được chia thành các nhóm sau:

+ Lớp mạ hợp kim bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn, có hợp kim: Kẽm - cadmium; đồng - thiếc; chì - thiếc; thiếc - kẽm

+ Lớp mạ hợp kim mục đích trang trí – bảo vệ: Vàng - bạc; vàng - đồng; vàng - niken; vàng - antimon

+ Lớp mạ hợp kim có ứng dụng đặc biệt trong công nghiệp: Bạc - chì; thiếc - chì…

+ Mạ vàng: Lớp mạ vàng dùng để trang trí đồ nữ trang, trang sức, các sản phẩm cao cấp [4]

1.1.1 Thành phần nước thải xi mạ

Nước thải ngành xi mạ có pH dao động rất lớn có thể nhỏ hơn 3 (nước thải axit) và lớn hơn 9 (nước thải bazơ), đặc trưng của nước thải xi mạ là chứa hàm lượng cao các chất muối vô cơ và kim loại nặng Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm

có thể là Cu, Zn, Cr, Ni….và cũng tùy theo các loại muối kim loại đang được sử dụng

mà nước thải có thế chứa các độc tố như cyanua, sulfate, ammonia… Các chất hữu

cơ ít có trong nước thải xi mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bề mặt,

vì nồng độ các chất hữu cơ, BOD, COD thấp, nên nó không thuộc đối tượng xử lý

mà chỉ chú trọng xử lý các ion và các muối kim loại [4]

Nếu nước thải chưa được xử lý hoặc xử lý chưa đạt tiêu chuẩn xả thải ra nguồn tiếp nhận, hóa chất có trong nước thải sẽ giết chết vi sinh vật có lợi trong nguồn tiếp nhận, làm chết cá và các loại động vật sống dưới nước, các chất độc này còn có thể thấm vào đất, tồn tại lâu dài và ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm, ảnh hưởng đến đời sống của con người [5]

Bảng 1.1 Đặc tính nước thải nghiên cứu

Thông số Đơn vị Nước thải chưa xử lý

Hiện trạng ô nhiễm môi trường do công nghiệp xi mạ tại Việt Nam:

Theo nghiên cứu của Mukesh Parmar and Lokendra Singh Thakur, công nghiệp mạ điện và gia công kim loại thải ra lượng lớn kim loại nặng, trong đó có đồng (Cu), niken (Ni) và kẽm (Zn) và là vấn nạn lớn ảnh hưởng đến sức khỏe con người và đời sống thủy sinh Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng kim loại đồng không thể phân hủy và có thể gây ung thư cũng như bệnh Wilson Bên cạnh tác hại của đồng, niken gây dị ứng da, dễ gây tổn thương cho hệ hô hấp, hệ thần kinh cũng như màng nhày tế bào Kẽm gây rối loại tiêu hóa và dẫn đến tiêu chảy khi vào cơ thể qua đường thức

ăn

Với thành phân ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải xi mạ, một số phương pháp cải thiện chất lượng nước được đề xuất, phương pháp hóa lý, hóa học, phương pháp màng hay vật liệu tự nhiên [7]

Nước thải mạ gây ô nhiễm bởi sự có mặt của các ion kim loại nặng như crôm, niken và độ pH thấp Phần lớn nước thải từ các nhà máy, các cơ sở xi mạ được đổ trực tiếp vào cống thoát nước chung của thành phố mà không qua xử lý triệt để, đây

là nguyên nhân gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước

Kết quả khảo sát tại một số nhà máy cơ khí ở Hà Nội cho thấy, hàm lượng các ion kim loại nặng, như crôm, niken, đồng, đều cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở mạ điện tuy có hệ thống xử lý nước thải nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến các thông số công nghệ của quá trình xử lý để điều chỉnh cho phù hợp khi đặc tính của nước thải thay đổi Tại Thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương và Đồng Nai, kết quả phân tích chất lượng nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ điển hình

ở cả 3 địa phương này cho thấy, hầu hết các cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép: Hàm lượng chất hữu cơ cao, chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao động trong khoảng 320 – 885 mg/lít do thành phần nước thải có chứa cặn sơn, dầu nhớt [8]

Hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông Đồng Nai Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trong những năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm Điều này cho thấy các khu vực ô nhiễm và suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa ra các biện pháp xử lý hữu hiệu

Quy trình xử lý nước thải xi mạ: Bể gom -> điều hoà -> bể phản ứng -> bể bể tạo bông -> bể lắng -> bể lọc -> bể khử trùng

1.1.2 Phương pháp xử lý nước thải xi mạ

Hiện nay có nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi nước và nước thải bao gồm: Trao đổi ion, hấp phụ, kết tủa hóa học, lọc màng, keo tụ kết bông, tuyển nổi và điện hóa Điện hóa là phương pháp điện hóa học trong đó sử dụng dòng điện để loại bỏ kim loại ra khỏi dung dịch, keo tụ điện hóa có hiệu quả trong loại bỏ chất rắn lơ lửng, kim loại hòa tan, tannin và màu nhuộm Phương pháp chủ yếu được sử dụng để xử lý ion kim loại là kết tủa với NaOH và keo tụ với phèn nhôm hoặc phèn sắt, mặc dù có hiệu quả cao trong loại bỏ kim loại nhưng các chất keo tụ hóa học lại gây ô nhiễm thứ cấp đến nguồn nước sau xử lý, trong khi đó phương pháp keo tụ điện hóa cho hiệu quả xử lý kim loại cao và không gây ô nhiễm thứ cấp nhưng lại có nhược điểm do chi phí điện cao dẫn đến chí phí vận hành cao

a) Phương pháp hóa lý

Đối với phương pháp này, việc xử lý dựa vào thành phần lơ lửng ô nhiễm trong nước:

- d > 10-4 mm: dùng phương pháp lắng lọc

- d < 10-4 mm: phải kết hợp phương pháp cơ học và hóa học

Để thúc đẩy quá trình lắng của các chất lơ lửng ở dạng hòa tan hoặc phân tán có thể

sử dụng PAC hoặc phèn để kết dính chúng thành các bông cặn lớn hơn và loại ra khỏi

bể lắng, đây gọi là phương pháp keo tụ Trường hợp nếu muốn đẩy nhanh tốc độ lắng vật liệu Polyme được sử dụng sau khi cho phèn hoặc PAC [9] [10]

b) Phương pháp kết tủa hóa học

Kết tủa hóa học là phương pháp hiệu quả và được sử dụng phổ biến để loại bỏ ion kim loại vì quá trình vận hành tương đối đơn giản và ít tốn kém Trong quá trình kết tủa, chất hóa học phản ứng với với ion kim loại để hình thành chất rắn không tan Chất rắn này được tách khỏi nước bằng cách lắng hoặc lọc Hai phương pháp kết tủa truyền thống là kết tủa hidroxit và kết tủa sunfit [11]

Kết tủa hidroxit là kỹ thuật kết tủa hóa học được sử dụng phổ biến nhất vì thực hiện đơn giản, chi phí thấp và dễ kiểm soát Thông thường ở pH > 7 các ion kẽm, niken tạo ra các bông cặn hidroxit không tan Zn(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2 và dễ dàng tách

ra khỏi nước thải [12] [13] Nguyên lý chính của phương pháp này dựa trên tính chất hình thành kết tủa hydroxit kim loại nặng khi cho các bazơ (Ca(OH)2, NaOH) vào nước thải xi mạ Phản ứng xảy ra như sau:

so với kết tủa hidroxit và kết tủa sunfit không phải chất lưỡng tính do đó có thể loại

bỏ ion kim loại ở pH rộng hơn so với kết tủa hidroxit Sử dụng sắt sunfit để loại bỏ các ion kim loại nặng, cơ chế xảy ra như sau:

FeS + 2H–  H2S + Fe2+ xảy ra ở pH thấp

- 99,3% Kết quả nghiên cứu của Papadopoulos et al [15] cho thấy khi sử dụng một

phương pháp trao đổi ion hiệu suất loại bỏ ion Ni2+ đạt 74,8% nhưng khi kết hợp trao đổi ion với kết tủa hóa học hiệu suất loại Ni2+ đạt 98,3% Do đó cần tạo kết tủa sunfit trong môi trường trung tính hoặc bazơ

c) Phương pháp hấp phụ

Loại bỏ ion kim loại nặng pháp hấp phụ là phương pháp hiệu quả và có lợi về kinh

tế Hấp phụ là quá trình xảy ra thuận nghịch nên các chất hấp phụ có thể tái sử dụng bằng quy trình giải hấp phụ phù hợp [11]

Theo kết quả nghiên cứu của Ashutosh Tripathi and Manju Rawat Ranjan [16], cho rằng các phương pháp truyền thống bao gồm kết tủa hóa học, quá trình oxy hóa hóa học, trao đổi ion… thường có chi phí vận hành và phát sinh chất ô nhiễm thứ cấp độc hại do đó phương pháp hấp phụ sinh học sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên được nghiên như zeolit, đất sét, than bùn và chitin, vỏ cà phê, bột củ cải đường để loại bỏ kim loại nặng Cu, Ni, Zn ngày càng được quan tâm

Kết quả nghiên cứu của Wan Ngah and Hanafiah [17] cho thấy chất hấp phụ xenlulozơ từ thực vật vỏ trấu, hạt tiêu, mùn cưa, bã mía, rác thải trái cây, cỏ dại có tiềm năng ứng dụng trong cải thiện các ion kim loại nặng Cu, Zn và Ni ra khỏi nước thải xi mạ Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy vật liệu có nguồn gốc sinh học vừa thân thiện môi trường vừa tiết kiệm chi phí là giải pháp mới trong cải thiện chất lượng nước thải ngành công nghiệp xi mạ

d) Phương pháp sinh học

Phương pháp sinh học là phương pháp loại bỏ ion kim loại nặng ra khỏi nước thải bằng cách sử dụng chất hấp phụ sinh học Có ba loại chất hấp phụ sinh học điển hình gồm: Sinh khối chết từ thực vật và động vật (vỏ cây, gỗ, vỏ tôm, nhuyễn thể, mực,

vỏ cua, vỏ hạt, vỏ trứng, bã trấu); sinh khối tảo, sinh khối vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, men).[11]

Đã có những nghiên cứu loại bỏ kim loại nặng trong nước thải bằng tảo với hiệu quả

xử lý cao Đã có nhiều nghiên cứu bằng tảo cho kết quả cao, trên 80% đối với ion

kim loại Cd2+, Cu2+, Ni2+ [18] [19] [20] Kết quả nghiên cứu về nấm Saccharomyces cerevisine (S.C) cho thấy khả năng hấp thu Cu2+, Pb2+ và Zn2+ của loại nấm này tăng khi nồng độ ban đầu của kim loại cao Nếu nồng độ ban đầu của Cu2+ là 250 mg/L thì sau 48 giờ, nấm S.C có thể hấp thu được 63% nhưng nếu nồng độ ban đầu là 50 mg/L thì khả năng hấp thu Cu2+ chỉ đạt 25% trong khi Zn2+ chỉ đạt 21%

1.2 Tổng quan về Biogum

1.2.1 Tổng quan Muồng Hoàng Yến

Tên khoa học: Cassiafistula Linn

Tên tiếng Anh: Golden shower, indian laburnum, pudding pipe tree, purging cassia, purging fistula

Tên tiếng Việt: muồng hoàng yến, muồng hoàng hậu, hoa lồng đèn, bò cạp nước, bò cạp vàng, osaka vàng…

Muồng hoàng yến là cây bản địa của Ấn Độ, Amazon, Sri Lanka và được tìm thấy ở nhiều quốc gia như Nam Phi, Mexico, Trung Quốc,Tây Ấn Độ, Đông Phi và Brazil [21]

Ở Việt Nam muồng hoàng yến mọc hoang dại phổ biến ở 3 tỉnh vùng Tây Nguyên là: Kon Tum, Gia Lai và Đắk Lắk Cây đã được trồng ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh (trong Thảo cầm viên), Nghệ An, Bình Dương…

Muồng Hoàng Yến thuộc loại cây chịu bóng nhưng thiên về ưa sáng và chịu hạn Khi non hơi ưa bóng nên cần độ tán che thích hợp Cây có thể mọc trên nhiều loại đất khác nhau: từ đất giàu, thường xuyên ẩm cho đến đất khô định kỳ Nhưng cây chỉ gặp trên đất thoát nước và không chịu ngập úng Mùa ra hoa từ tháng 5 đến tháng 6

- Đặc điểm hình thái: [22]

Cây gỗ trung bình, hay rụng lá, tán rộng, thưa, cao 10-15 m, đường kính 40-50 cm

Vỏ xám bạc, nhẵn Cây phân cành sớm, cành nhẵn, màu xám Lá kép lông chim chẵn, mọc cách, dài 15-25 cm; lá chét mọc đối, 3-8 đôi, hình bầu dục đến bầu dục thuôn,

dài 7-12 cm, rộng 4-6 cm, đỉnh nhọn, ít khi tù; gốc hình nêm rộng, nhẵn ở các cây già; chất lá mềm, màu xanh mướt khi còn non; cuống lá dài 7-10 cm, cuống lá chét dài 5-10 mm Lá kèm nhỏ, sớm rụng

Cụm hoa ở nách, hình chùm, rũ xuống, dài 20-40 cm Lá bắc dài 8-10 mm, sớm rụng Cuống hoa 15-25 mm, nhẵn; đài hình bầu dục, dài 5-10 mm, có lông ở ngoài; cánh hoa màu vàng Hoàng Yến, hình bầu dục rộng, dài 30-35 mm, rộng 10-15 mm, có cựa ngắn Nhị, bao phấn và chỉ nhị bằng nhau, bao phấn có lông Bầu và vòi có lông núm nhụy nhỏ Quả đậu, hình trụ, khi non màu xanh, khi già màu nâu đen nhạt và mở ra, dài 20-60 cm, rộng 1,5-2 cm, nhẵn, rủ xuống Hạt nhiều, dẹt, hình bầu dục, cứng, dài 8-9 mm, rộng 5 mm, màu nâu

Hình 1.1 Các bộ phận cây Muồng Hoàng Yến

4,5-dihydroxy-9,10-anthracen-9-one; formic acid; butyric acid và ethyl ester của nó; oxalic acid; pectin

và tannin

Hạt: galactomannan; đường tự do; amino acid tự do; flavone glycoside hoạt tính

5,3',4'-trihydroxy-6-methoxy-7-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1→2)-O-β-D-galactopyranoside; 1,8-dihydroxy-3-methylanthracene-9,10-dione

Hoa: Hexadecan-1-on;

3,5,7-trihydroxy-2-(4-hydroxyphenyl)-4H-1-benzopyran-4-one;4,5-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-carboxylic acid và bianthraquinone glycoside

Lá: 4,5-dihydroxy-9,10-dioxoanthracene-2-carboxylic acid; glycoside-sennoside A

và B

Thịt quả: Đường; tannic; albumine…

Lá và hoa: Anthraquinone; tannin; oxyanthraquinone; 4,5-dihydroxy-9, dioxoanthracene-2-carboxylic acid và dầu dễ bay hơi

10-Rễ: 7-methylphyscion; (3β)-3-hydroxylup-20(29)-en-28-oic acid và β-sitosterol;

rhamnetin-3-O-gentiobioside.

- Công dụng: [22]

Muồng hoàng yến có nhiều ứng dụng chữa bệnh trong y học cổ truyền nhờ có hoạt tính dược lý Những nghiên cứu hiện nay được thực hiện nhằm chứng minh các hoạt tính kháng nấm candidal của dịch chiết hạt muồng hoàng yến ở cấp độ siêu cấu trúc thông qua quan sát kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM) Dịch chiết từ hạt của muồng hoàng yến có khả năng ức chế hoàn toàn sự phát

triển của nấm Candida albicans và cho thấy có hoạt tính kháng nấm kéo dài

Muồng Hoàng Yến được sử dụng rộng rãi ở nông thôn để điều trị các bệnh về da như bệnh nấm ngoài da, nhiễm trùng da Các bộ phận của cây Muồng Hoàng Yến được biết đến như một nguồn quan trọng của chất chuyển hóa thứ cấp, đặc biệt là các hợp chất phenolic

Rễ có đặc tính làm se, hạ sốt và là thuốc xổ Tốt đối với các bệnh rối loạn tim mạch, bệnh túi mật (biliousness), thấp khớp, xuất huyết, vết thương và nhọt, bệnh lao Hoa ăn sống được và có chất làm se, làm thuốc xổ, hạ sốt, làm lành vết thương và nước sắc của hoa dùng để điều trị các bệnh về dạ dày Hoa được dùng trong điều trị các rối loạn về gan và tốt cho bệnh gút và thấp khớp

Quả dùng để điều trị các bệnh ngoài da, sốt, đau bụng, bệnh phong Thịt quả là thuốc

xổ an toàn cho trẻ em và phụ nữ mang thai, được sử dụng như một loại thuốc bổ Hạt hơi ngọt và có tính nhuận tràng, tống hơi, làm mát và hạ nhiệt Chúng được sử dụng trong các trường hợp táo bón

Lá sở hữu đặc tính nhuận tràng, sử dụng trong bệnh vàng da, còi cọc, bệnh thấp khớp

và viêm loét ngoài da Lá và vỏ cây trộn với dầu dùng chữa mụn mủ, côn trùng cắn

1.2.2 Tổng quan thành phần keo tụ sinh học

Những chất keo tụ tự nhiên như chitosan (trích từ vỏ động vật), gôm hay gum (các loại dịch chiết từ thực vật) được xem là những chất keo tụ an toàn với sức khỏe con người và thân thiện với môi trường Đã có nhiều nghiên cứu chứng tỏ hạt của các loài

thực vật tự nhiên như Strychnos potatorum, Cactus Opuntia, Vigna unguiculata, Moringa oleifera chứa các polyeletrolyte sinh học có khả năng keo tụ ứng dụng trong

xử lý nước

Polyelectrolyte là một loại hợp chất đại phân tử, được chia thành ba loại: Polyelectrolyte cation (điện tích dương), anion (điện tích âm) và không ion (trung hòa điện tích) Sự phân chia này dựa vào loại điện tích hiện diện trong chuỗi đại phân tử sau khi thủy phân Polymer cation được xem là loại chất keo tụ chính, trong khi đó polymer anion và không ion được sử dụng như chất trợ keo tụ

Polyelectrolyte cation có thể là phân tử chứa nhóm amoni bậc 3 hoặc bậc 4 Loại chất

keo tụ này có trong hạt của các loài Moringa oleifera, Vigna unguiculata Quá trình

keo tụ của polyelectrolyte cation được thể hiện bằng cơ chế trung hòa các điện tích

âm gắn trên phân tử chất keo trong nước bẩn

Hình 1.2 Cấu trúc glucosinolate trong hạt Moringa oleifera

Hình 1.3 Cấu trúc chitosan

Polyelectrolyte anion là loại polymer khi được hòa tan tạo thành các ion mang điện tích âm, chúng được sử dụng để loại bỏ các chất rắn mang điện tích dương Các loài

thực vật chi opuntia thuộc họ xương rồng có chứa acid galacturonic, một chất keo tụ

thuộc loại polyelectrolyte anion Polyelectronlyte không ion là loại polymer không mang điện tích hoặc cân bằng điện tích Khi được hòa tan, các polyelectronlyte không ion chứa cả phần mang điện tích âm và phần mang điện tích dương Trong tự nhiên, thường gặp loại chất keo tụ không ion là galactomannan có trong hạt của các loài thực vật thuộc họ đậu [23] [24]

- Tổng quan thành phần hóa học của gum [25] [26]

Các nghiên cứu trước đã xác định thành phần có hoạt tính keo tụ trong gum hạt thuộc

chi Cassia là các galactomannan, một loại polysaccharide trung tính tan tốt trong

nước và là tác nhân hiệu quả trong việc loại bỏ các chất lơ lửng, chất màu ra khỏi nước bị ô nhiễm Chuỗi galactomannan có cấu trúc gồm mạch chính là các đơn vị

đường β-D-mannose liên kết với nhau bằng liên kết (14) glucosid, mạch nhánh là

các đơn vị đường galactose liên kết với mạch chính bằng liên kết (16) glycosid (Hình 1.3) Galactomannan có hàm lượng galactose trên 5%, tỷ lệ mannose/galactose (M/G) khác nhau tùy thuộc vào từng loài thực vật, gum hạt với đơn vị galactose cao

sẽ càng dễ tan trong nước Trong gum hạt thực vật chi Cassia, galactomannan có tỷ

lệ M/G = 3:1 – 5:1

O H

O HO

H H

O OH

H

H H

HO

H H

HO O

H H

H

Mannose

O OH

OH

H HO H

H OH H

Galactose

1

2 3

4 5 6

1

2 3

4 56

4

4

1 1

Hình 1.4 Cơ cấu galactomannan

Gum muồng hoàng yến là chất bột màu hơi trắng, chứa 10% độ ẩm, 3-5% protein, 85% galactomannan polysaccharide

Khả năng loại bỏ màu của gum hạt muồng hoàng yến trên loại dung dịch thuốc nhuộm hoạt tính đỏ 195 (50 mg/L) được trình bày trong Hình 1.5

Hình 1.5 Phần trăm loại bỏ màu thuốc nhuộm hoạt tính đỏ của gum hạt MHY

Muồng Hoàng Yến là loài cây mọc trồng phổ biến ở Việt Nam, để làm cành và lấy bóng mát Việc sử dụng hạt của Muồng Hoàng Yến ứng dụng trong xử lý nước góp phần tận dụng nguồn nguyên liệu có sẵn trong tự nhiên, tiết kiệm chi phí và giải quyết được các nhược điểm của loại chất keo tụ tổng hợp như: Chi phí cao, gây hại cho sinh vật và con người trong khâu sản suất và khâu sử dụng

Với đặc điểm chứa cả nhóm mang điện tích âm và dương và các nhóm cis –OH trong phân tử, thành phần hoạt tính trong gum hạt Muồng Hoàng Yến được xem là chất keo

tụ tiềm năng vì khả năng kết hợp với hầu hết các loại chất ô nhiễm Việc sử dụng gum hạt Muồng Hoàng Yến như chất trợ keo tụ kết hợp với PAC được đánh giá cao về hiệu quả xử lý nước ô nhiễm

1.2.3 Tổng quan phương pháp ly trích

Có nhiều phương pháp đã được báo cáo về việc ly trích galalactomannan từ hạt các loài khác nhau thuộc họ đậu Phương pháp ly trích gum rẻ và khả thi là dựa trên quy trình nghiền khô và trích ướt

Không sử dụng acid hay nhiệt để ly trích, tách lấy gum hạt vì acid hay nhiệt độ có thể gây thủy giải một phần chuỗi polymer (galactomannan polysaccharide) hoặc phá vỡ

% loại bỏ độ

màu

liên kết trong polymer, làm giảm độ dài của chuỗi Chuỗi polymer càng ngắn thì mật độ các phần mang điện tích trên polymer càng giảm, dẫn đến khả năng hấp phụ của polymer với chất keo (chất bẩn) giảm, dẫn đến giảm khả năng keo tụ - kết bông

Do đó nghiên cứu này thực hiện ly trích gum hạt bằng phương pháp nghiền thông thường và hòa tan trong nước cất tại nhiệt độ phòng để tránh phá hủy cấu trúc polymer đồng thời giảm chí phí sản xuất

1.3 Ứng dụng của vật liệu Biogum cho xử lý nước thải

1.3.1 Trong nước

Nhóm nghiên cứu Lê Thị Mỹ Hằng và cộng sự [27] tiến hành khảo sát khả năng khử

màu nhuộm của biogum ly trích từ hạt Muồng Hoàng Yến (Cassia fistula Linn.) cùng

với chất keo tụ tổng hợp là PAC (poly aluminium chloride) trên 3 loại màu nhuộm hoạt tính với các gốc mang màu azobenzene, anthraquinone

Nhóm nghiên cứu của Perng và Bùi Mạnh Hà [28] cũng nghiên cứu khả năng khử màu của biogum hạt Muồng Hoàng Yến đối với nước thải dệt nhuộm áp dụng cho hai phẩm nhuộm RB5 và RB19 Kết quả chỉ ra rằng điều kiện pH và liều lượng chất keo tụ có vai trò quan trọng trong quá trình lắng và việc sử dụng biogum hạt kết hợp với PAC có thể là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải màu nhuộm Một kết quả khác của Nguyễn Võ Châu Ngân và cộng sự [29] đã đưa ra những thông

số cụ thể về sự biến động đáng kể pH, độ đục, SS, COD, nitrogen, phospho khi xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng phương pháp keo tụ dùng PAC kết hợp với biogum

từ hạt Muồng Hoàng Yến Kết quả khá khả quan khi thí nghiệm cho hiệu suất xử lý tương đối cao, cụ thể như sau:

- Liều lượng PAC tốt nhất cho quá trình keo tụ nước thải chế biến thủy sản trong phòng thí nghiệm là 500 mg/L

- Kết hợp PAC với polymer (liều lượng 1,5 mg/L) cho hiệu suất xử lý độ đục cao nhất đạt 96,42%; COD đạt 98%; nitrogen đạt 88,8%; phospho đạt 79,1%; SS đạt 82,83%

- Kết hợp PAC với biogum hạt Muồng Hoàng Yến (liều lượng 2,5 mg/L) cho hiệu suất xử lý độ đục cao nhất đạt 97,62%; COD đạt 96%; nitrogen đạt 82,56%; phospho đạt 78,67%; SS đạt 80,4%

Khả năng khử màu nước dệt nhuộm nhân tạo của biogum hạt Muồng Hoàng Yến đã được nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước, các kết quả cho thấy việc sử dụng biogum hạt kết hợp với PAC có thể là một phương pháp hiệu quả trong việc xử lý nước thải màu nhuộm Để tăng hiệu quả cải thiện chất lượng nước thải cần phải nghiên cứu kỹ hơn nữa các tính chất cũng như hiệu quả xử lý từ biogum Muồng Hoàng Yến

1.3.2 Ngoài nước

Nhóm nghiên cứu của Hanif et al [30] cũng đã nghiên cứu chi tiết về khả năng của biogum hạt Muồng Hoàng Yến trong lý nước thải ngành công nghiệp dệt sợi.Kết quả chỉ ra rằng hiệu quả xử lý nước thải bằng hạt Muồng Hoàng Yến phụ thuộc vào liều lượng chất keo tụ cũng như pH của nước thải Liều lượng tối ưu để xử lý nước tốt nhất là 1500 mg/L Hạt cây Muồng Hoàng Yến có tiềm năng trong xử lý nước

thải của công nghiệp dệt sợi

1.4 Tổng quan về vật liệu Nano

1.4.1 Tổng quan về vật liệu Nano

Trong những năm gần đây, công nghệ Nano được biết đến với những công dụng mới trong y học, vật liệu, xây dựng, điện tử….v.v “Nano” là thuật ngữ chỉ đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 10-9 lần Ví dụ: 1 nm (Nano mét) = 10-9 m, 1 Nano gram =

10-9 gram Vật liệu Nano hiện nay đang góp phần trong việc thay đổi bộ mặt của khoa học

Công nghệ Nano (nanotechnology): Là ngành công nghệ sử dụng kỹ thuật phân tử để

xử lý những yếu tố mang tính chất siêu vĩ mô Nói cách khác, công nghệ Nano là ngành nghiên cứu, phân tích, chế tạo và ứng dụng của các cấu trúc, thiết bị, hệ thống

bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô Nano mét (1-100 nm)

Vật liệu Nano (Nanomaterial): Là vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các

tấm mỏng…có kích thước đặc trưng từ khoảng 1 nm tới 100 nm Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối

Ý tưởng về các cấu trúc siêu nhỏ đã được nhà khoa học người Mỹ Feynman R.P được giải thưởng Nobel về vật lý nêu lên khi đọc các bài giảng của mình cho sinh viên từ năm 1959, và sau đó những bài giảng này được tập hợp thành sách “There is plenty of room at the bottom in Minituarization NewYork; Rienhold” xuất bản vào năm 1960 Trong những bài giảng này, ông đã đề cấp đến các cấu trúc siêu nhỏ và tiên đoán sẽ xuất hiện những vật liệu mới có cấu trúc từ những hạt, kích cỡ 10-7 – 10-9 mét

Chỉ sau 11 năm kể từ khi ý tưởng về cấu trúc Nano ra đời, từ năm 1970, việc xây

Hình 1.6 Ống Nano Carbon

dựng công nghệ Nano đã được các nước Liên Xô, Mỹ, Nhật Bản… tiến hành đồng thời cho vật liệu bán dẫn

Tuy nhiên mãi đến năm 1981, nhà khoa học người Đan Mạch Gleiter H mới chính thức nêu vấn đề xây dựng vật liệu mới có cấu trúc Nano, và ngay lập tức đã gây được

sự chú ý đặc biệt của các nước Mỹ, Liên Xô, Nhật Bản và Trung Quốc Những năm

1980, nhờ sự ra đời của hàng loạt các thiết bị phân tích, trong đó có kính hiển vi đầu

dò quét (SPM hay STM) có khả năng quan sát đến kích thước vài nguyên tử hay phân

tử, con người có thể quan sát và hiểu rõ hơn về lĩnh vực Nano Năm 1983, nhà khoa học người Nga Iakovlev E.N đã công bố công trình đầu tiên về việc chế tạo vật liệu niken có cấu trúc Nano được dập ép từ các hạt siêu nhỏ

Công nghệ Nano bắt đầu được đầu tư nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Ra đời mới hơn ba mươi năm, là một ngành công nghệ non trẻ nhưng công nghệ Nano đang phát triển với tốc độ chóng mặt

Trong vòng ba mươi năm qua, ngành công nghệ Nano luôn là một ngành công nghệ mũi nhọn của thế giới Hàng tỷ đô la được đầu tư mỗi năm cho nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Nano, hơn 3.000 phát minh được đăng ký bản quyền sáng chế mỗi năm, càng ngày càng có nhiều sản phẩm ứng dụng Nano được đưa ra thị trường

Có thể nói, trong thời điểm hiện tại, tiềm năng phát triển của một công nghệ hay kỹ thuật mới rõ nhất qua nguồn ngân sách nghiên cứu hàng năm và doanh thu đem lại từ các sản phẩm thương mại của nó Được toàn thế giới nghiên cứu và đầu tư phát triển, ngân sách đầu tư cho công nghệ Nano của các tổ chức thuộc chính phủ đã tăng khoảng

7 lần từ 430 triệu năm 1997 lên 3 tỉ USD năm 2003

1.4.2 Phân loại vật liệu Nano

Có rất nhiều cách phân loại vật liệu Nano, mỗi cách phân loại cho ra rất nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng:

- Phân loại theo hình dáng của vật liệu:

+ Vật liệu Nano không chiều: Là hạt có cả ba chiều đều có kích thước Nano, thường

là hạt hình cầu, được tạo thành do quá trình Polyme hóa nhũ tương hay Polyme hóa mixen, các quá trình sol-gel,… Ví dụ: Các hạt chất phát quang kích thước Nano (Oxonica) dùng cho màn hình điện tử, xúc tác, dược phẩm, chấm lượng tử, các hạt

- Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:

+ Vật liệu Nano kim loại

+ Vật liệu Nano bán dẫn

+ Vật liệu Nano từ tính

+ Vật liệu Nano sinh học

Đôi khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới

Ví dụ: Khái niệm “hạt Nano kim loại’ trong đó “hạt” được phân loại theo hình dáng,

“kim loại” được phân loại theo tính chất hoặc “vật liệu Nano từ tính sinh học” trong đó

cả “từ tính” và “sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất

đó tiếp tục khuấy trong 2h Sau khi khuấy 2h lấy ra để lắng

Hạt Nano từ tính được tách ra khỏi dung dịch bằng cách sử dụng nam châm đặt ngoài bình cầu Hạt Nano từ tính được rửa với những lượng dư nước, ethanol và n-hexane

để loại bỏ chất hoạt động bề mặt dư bám trên bề mặt hạt Sau khi rửa, sản phẩm được sấy khô qua đêm trong không khí ở nhiệt độ phòng

H2O, C2H5OH, n-hexane

Sản phẩm Làm khô

Có gia nhiệt 30 phút

Có gia nhiệt 6 giờ

Nhiệt độ phòng

Hình 1.8 Quá trình tổng hợp hạt Nano

- Làm giàu –OH trên hạt Nano từ tính

Hình 1.9 Quy trình làm giàu –OH trên hạt Nano từ tính

H2O, C2H5OH, n-hexane

Sản phẩm Làm khô

30 phút

Mục đích: Nhằm làm tăng mật độ nhóm –OH trên bề mặt của hạt Nano từ tính CoFe2O4 Các nhóm –OH này giúp cho liên kết hình thành vật liệu Nano-gum của hạt Nano từ tính với gum Polymer sinh học được dễ dàng hơn và bền hơn

Tiến hành: Hạt Nano từ tính CoFe2O4 được phân tán bằng sóng siêu âm trong hỗn hợp ethanol và nước trong thời gian 30 phút Tiếp theo, thêm dung dịch ammoniac (35 mL; 29% khối lượng) và khuấy mạnh hỗn hợp huyền phù ở khoảng 55-65oC trong thời gian 24 giờ tạo điều kiện thuận lợi cho các tâm kim loại và oxy hấp phụ tương ứng các ion OH- và H+ nhằm tăng mật độ các nhóm -OH trên bề mặt hạt Nano từ tính CoFe2O4 Sau đó, sử dụng nam châm đặt ngoài bình cầu để tách hạt Nano từ tính ra khỏi dung dịch và rửa với những lượng dư nước, ethanol và n-hexane và hạt Nano từ

tính được sấy khô qua đêm ở nhiệt độ phòng

Hình 1.10 Quá trình làm giàu OH– trên hạt Nano từ tính

- Tổng hợp vật liệu Nano-gum

Mục đích: Nhằm tổng hợp được vật liệu Nano-gum với phương pháp đơn giản và trực tiếp nhất

Hình 1.11 Quy trình tổng hợp Nano-gum Tiến hành: Hòa tan 1 g polymer sinh học trong 250 mL nước cất, gia nhiệt khoảng

50oC, khuấy trên bếp khuấy từ trong khoảng 30 phút ta thu được dung dịch

Siêu âm 0,5 g hạt Nano từ tính với 250 mL nước cất, trong 30 phút, hạt Nano phân tán đều tạo thành dung dịch lỏng từ Ta thu được dung dịch 2

Trộn dung dịch 1 và 2 lại với nhau, gia nhiệt khoảng 50oC ± 5oC, khuấy trên bếp khuấy từ trong khoảng 2 giờ Dung dịch được rửa nhiều lần với nước cất, ethanol, n-hexane Sau khi rửa, vật liệu Nano-gum được để khô trong không khí ở nhiệt độ phòng

Hình 1.12 Quá trình tổng hợp Nano-gum

- Biogum

+ Phương pháp điều chế: Ly trích bằng phương pháp hòa tan trong nước cất và tạo tủa trong dung môi aceton [23]

+ Sản phẩm thu được: Vật liệu Biogum

Hình 1.13 Sản phẩm Biogum thu được từ quá trình ly trích