Khảo sát khả năng hấp phụ Zn(II) từ dung dịch nước bằng than mắc ca được hoạt hóa bằng K2CO3

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ZN(II) TỪ DUNG DỊCH NƯỚC
BẰNG THAN MẮC CA ĐƯỢC HOẠT HÓA BẰNG K2CO3
Võ Đức Thưởng1,Đào Minh Trung1, Đặng Minh Vương2, Lê Hoàng Nghiêm2
1. Lớp CH20MT02, Trường Đại học Thủ Dầu Một. Email:
2. Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Thành Phố Hồ Chí Minh
TĨM TẮT
Trong những năm qua bên cạnh những thành tựu đạt được về kinh tế, xã hội cũng phải
kể đến đóng góp rất lớn của ngành cơng nghiệp. Bên cạnh mang lại phát triển kinh tế, các
ngành công nghiệp cũng gây ô nhiễm môi trường đặt biệt các ngành công nghiệp sản xuất xi
mạ. Nước thải các ngành này chứa nồng độ ô nhiễm luôn ở mức cao so với quy chuẩn xả thải
cho phép. Do đó, nếu nhà máy, cơ sở sản xuất chưa có hoặc hệ thống xử lý không hiệu quả
trong xử lý, nước thải sau khi ra khỏi hệ thống xử lý vào nguồn tiếp nhận sẽ gây nguy hại cho
nguồn tiếp nhận. Với thành phần và nồng độ ô nhiễm của kim loại nặng vượt chuẩn khi vào
nguồn tiếp nhận sẽ gây ức chế hoặc chết vi sinh vật trong nước và động vật đáy, từ đó làm giảm
sự đa dạng hệ sinh thái trong nước. Do đó sử dụng than sinh học mắc ca ứng dung để xử lý ion
kẽm trong nước tiến hành nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu sử dụng than mắc ca được hoạt hoá
bằng K2CO3 ứng dụng xử lý kẽm trong nước cho thấy tại giá trị tối ưu pH = 4, liều lượng thích
hợp 0,2 g/l và thời gian tối ưu 80 phút, than macca được hoạt hoá cho khả năng hấp phụ tốt
nhất, đạt 21,89mg/g Zn(II). Qua đó cho thấy tiềm năng ứng dụng vật liệu sinh học than mắc ca
vào xử lý nước thải công nghiệp.
Từ khóa: Vỏ hạt mắc ca; kim loại kẽm; hấp phụ; hoạt hố; than hoạt tính
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ơ nhiễm mơi trường, suy thối tài ngun và biến đổi khí hậu đang là thách thức lớn nhất
của nhân loại trong thế kỷ XXI. Các mối nguy hại này đã và đang làm thay đổi toàn diện, sâu sắc
các hệ sinh thái tự nhiên, đời sống kinh tế - xã hội, đe dọa nghiêm trọng đến môi trường, năng
lượng, lương thực trên phạm vi tồn cầu. Đặc biệt, hiện nay tình trạng ô nhiễm trong môi trường
nước và đất đang là mối nguy cơ báo động. Các chất ô nhiễm được sinh ra bằng nhiều nguồn.
Con người đã dùng nước để sinh hoạt và ăn uống, các khu vực công nghiệp ngày càng
được dựng lên ở nhiều nơi thì lượng nước thải ngày càng lớn. Trong nước thải có chứa một loạt
chất ô nhiễm ở dạng hữu cơ, vô cơ, vi sinh…các kim loại nặng: Cr (IV), Cr 3+, Mn2+, Hg2+, Pb2+,
Zn2+… là những thành phần có hại cho cơ thể động thực vật và môi trường [1] .

Một số thực vật thủy sinh như tảo, bèo, có đặc tính hấp thụ mạnh các kim loại nặng do đó
cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu ô nhiễm kim loại nặng trong nước đó mùn là yếu
tố chính mang kim loại nặng trong nước. Một số thực vật thủy sinh như tảo, bèo, có đặc tính
hấp thụ mạnh các kim loại nặng do đó cũng có thể được sử dụng trong nghiên cứu ô nhiễm kim
loại nặng trong nước [2].
334


Qua đó, khảo sát khả năng hấp phụ Zn(II) từ dung dịch nước bằng than mắc ca được
hoạt hóa bằng K2CO3 được đề xuất trong nghiên cứu này.
2. NỘI DUNG
2.1. Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu
Vỏ mắc ca được lấy tại thơn 7, xóm 2, xã An Lộc, huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng, Việt
Nam. Được tách vỏ thủ cơng tại phịng thí nghiệm thuộc Trung tâm Nghiên cứu – Thực nghiệm
trường Đại học Thủ Dầu, Bình Dương. Than vỏ mắc ca sau khi được điều chế sẽ được hoạt hoá
bằng K2CO3, và các hoá chất NaOH 1N, HCL 1N được sử dụng để điều chỉnh pH trong quá
trình nghiên cứu. Hoá chất KBr được sử dụng để đo phổ FT-IR.
Các thiết bị chính dùng cho thí nghiệm bao gồm: Máy quang phổ hấp thụ phân tử/V-630,
Jasco - Nhật; Cân phân tích/PA214C, Ohaus - Mỹ; Cân phân tích/PA214C, Ohaus - Mỹ; Máy
khuấy từ có gia nhiệt/C-MAG HS4, IKA - Đức; Tủ sấy 250oC/Ecocell L111, MMM - Đức;
Máy đo pH/Mettler Tolode; Máy FT-IR 4600; Máy đo phổ hấp thu nguyên tử (Atomic
Absorbtion Spectrometric - AAS); …. Và một số dụng cụ thí nghiệm bao gồm: cuvet, bình định
mức các loại, bình tam giác 100ml và 250ml, bóp cao su, chai thủy tinh, phễu thủy tinh, giấy
lọc, ống nghiệm, bình hút ẩm, cốc thủy tinh các loại, đũa thủy tinh, ống đong các loại, pipet các
loại, chai thủy tinh tối màu,...
2.2. Phương pháp
Phương pháp điều chế vật liệu sinh học
Than hóa: Vỏ Mắc – ca theo kích thước quy định làm sạch phần nhân Mắc-ca dính ở vỏ
và tráng lại bằng nước RO, sấy ở nhiệt độ 1100C trong thời gian 48 giờ thì lấy ra. Trải đều vỏ
Mắc-ca đầy khay nung (2 khay/ 1 lần nung), đặt khay vào lò nung, thời gian gia nhiệt 20 phút,

nhiệt độ 350oC, thời gian nung 60 phút. Để nguội tự nhiên trong 45 phút [3].
Q trình hoạt hóa: Cân 40g than cốc Mắc-ca (10g/1 Erlen 250ml), mỗi Erlen cho 100ml
dung dịch K2CO3 (tỷ lên than: K2CO3: nước cất = 1:1:10ml). Đặt các Erlen lên máy lắc, 150
vòng / phút trong 24h. Sau 24h, lược bỏ phần dung dịch, phần rắn còn lại sấy khô trong 24h,
nhiệt độ sấy 110oC. Than khô, trải đều than lên khay nung (40g/1 khay, nung 1 lần 2 khay),
thời gian gia nhiệt 20 phút, nhiệt độ nung 650oC, thời gian nung 60 phút. Để nguội tự nhiên
trong 1.5 – 2 giờ. Than đã nung đem rửa sạch bằng nước RO cho đến khi pH = 7 ( kiểm tra pH
bằng giấy quỳ) và sấy khô ở nhiệt độ 110oC [3].
Khi thu được than hoạt tính thì đem đi đo các chỉ tiêu đặc trưng của than hoạt tính như
FTIR, SEM, các kết quả này được kế thừa từ các nghiên cứu trước.
Phương pháp khảo sát pH
Pha dung dịch Zn(II) theo nồng độ đã chọn (nồng độ 25ppm, thể tích 50ml, liều lượng cố
định 0,3g/L, thời gian cố định 60 phút), khuấy tan bằng cá từ, chuẩn bị dư 100ml dung dịch
Zn(II) làm mẫu trắng (không điều chỉnh pH) (luôn chuẩn bị mẫu trắng ở mỗi nghiệm thức).
Khảo sát các pH (chọn 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0) [4]. Mỗi pH chuẩn bị 2 Erlen 100ml chứa
một lượng than cố định. Điều chỉnh pH bằng dung dịch mà nhóm chọn dựa theo các bài báo đã
nghiên cứu [4]. Mỗi Erlen cho vào 50ml dung dịch Zn(II) (có thể thay đổi tùy thuộc báo) đã
335


điều chỉnh pH và đặt lên máy lắc ngay sau đó (150 vịng/phút), canh đúng 60 phút, lọc bằng
giấy lọc và phân tích bằng máy AAS.
Phương pháp khảo sát liều lượng
Khảo sát các liều lượng 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,10 g/50ml
(tức 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 g/L) [5]. pH điều chỉnh theo pH tối ưu đã khảo
sát (pH = 4,5), thời gian xử lý 60 phút. Mỗi Erlen cho vào 50ml dung dịch Zn(II) đã điều chỉnh
pH và đặt lên máy lắc ngay sau đó (150 vịng/phút), canh đúng 60 phút, lọc bằng giấy lọc và
phân tích bằng máy AAS.
Phương pháp khảo sát thời gian
Khảo sát các thời gian (chọn 0 phút; 20 phút; 40 phút; 60 phút; 80 phút: 100 phút; 120

phút) [6]. pH điều chỉnh theo pH tối ưu đã khảo sát, liều lượng tối ưu đã xác định. Mỗi Erlen
cho vào 50ml dung dịch Zn(II) đã điều chỉnh pH và đặt lên máy lắc ngay sau đó (150 vòng/phút),
canh đúng thời gian và lấy ra, lọc bằng giấy lọc và phân tích bằng máy AAS. Than sau xử lý
được lọc và giữ lại, sấy khô ở nhiệt độ 1100C và gửi mẫu phân tích FT-IR, SEM.
2.3. Kết quả và thảo luận
2.3.1. Kết quả xác định pH thích hợp trong quá trình hấp phụ Zn(II) trong dung dịch

Hình 1. Biểu đồ kết quả xác định pH tối ưu cho quá trình hấp phụ Zn(II)
trong dung dịch từ vật liệu điều chế.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ Zn(II) trong dịch của vật liệu điều chế
theo (Hình 1), xác định đượng khoảng pH (3,5 – 5,0) thích hợp cho q trình hấp phụ, đạt dung
lượng hấp phụ từ 19,08 – 21,09 (mg/g). Và khả năng hấp phụ Zn(II) trong dịch cao nhất tại pH
= 4 với dung lượng hấp phụ Zn(II) đạt 21,09 (mg/g). Qua đó, cho ta được kết quả pH = 4 là pH
tối ưu cho khả năng hấp phụ Zn(II) trong dịch của vật liệu điều chế.
2.3.2. Kết quả xác định liều lượng thích hợp trong q trình hấp phụ Zn(II) trong dung dịch
336


Hình2. Biểu đồ kết quả xác định liều lượng tối ưu cho quá trình hấp phụ Zn(II) trong
dung dịch từ vật liệu điều chế.
Kết quả nghiên cứu tại Hình 2 cho thấy tại giá trị pH = 4, với liều lượng hấp phụ 0,2 –
2,0 (g/l) đạt dung lượng hấp phụ cao từ 20,07 – 21,35 (mg/g). Tại liều lượng hấp phụ 0,2 g/l
cho dung lượng hấp phụ thấp nhất, chỉ đạt 8,16 mg/g chất hấp phụ Zn(II). Và tại liều lượng hấp
phụ 1,4g/l đạt kết quả dung lượng hấp phụ chất hấp phụ Zn(II) cao nhất, đạt 21,35mg/g. Từ đó
xác định được liều lượng tối ưu cho q trình hấp phụ Zn(II) là 1,4g/l.
2.3.3. Kết quả xác định thời gian thích hợp trong q trình hấp phụ Zn(II) trong dung dịch

Hình 3. Biểu đồ kết quả xác định thời
cho quá trình hấp phụ Zn(II) trong dung dịch từ vật liệu điều chế.
337

Kết quả nghiên cứu (Hình 3) cho thấy tại giá trị pH = 4, với 1,4 g/l liều lượng hấp phụ.
Tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ Zn(II) từ 20 – 120 phút cho thấy. Dung lượng hấp phụ
Zn(II) trong dung dịch tỷ lệ với thời gian hấp phụ. Tuy nhiên trong khoảng thời gian 100 – 120
phút dung lượng hấp phụ có xu hướng giảm dần 21,91 – 21,69 (mg/g). Dung lượng hấp phụ đạt
21.89mg/g Zn(II) trong 80 phút, đây là giá trị cao nhất trong khoảng thời gian tiến hành khảo
sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với thời gian 80 phút, thời gian tối ưu cho quá trình hấp phụ
Zn(II) trong dung dịch.
3. KẾT LUẬN
Kết quả Khảo sát khả năng hấp phụ Zn(II) từ dung dịch nước bằng than mắc ca được hoạt
hóa bằng K2CO3 cho thấy vỏ hạt mắc ca sau khi được hoạt hoá có khả năng hấp phụ ion kim
loại kẽm trong dung dịch nước. Kết quả thí nghiệm đã xác định tại giá trị tối ưu pH = 4, liều
lượng thích hợp 0,2 g/l và thời gian tối ưu 80 phút, than mắc ca được hoạt hoá cho khả năng
hấp phụ tốt nhất, đạt 21,89mg/g Zn(II). Qua đó cho thấy tiềm năng ứng dụng vật liệu sinh học
than mắc ca vào xử lý nước thải công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Lê, V.K., Môi trường và ô nhiễm. 1995: Nhà xuất bản Giáo Dục.
2. Ngô, X.H., Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong nước. 2016.
3. Anh, D.N.H., P.M. Ly, and D.M.J.T.c.K.h. Trung, Studying the preparation of activated carbon
from macadamia nut shells by chemical activation with NaOH in methylene blue treatment
application. 2018. 15 (3): p. 89.
4. Imamoglu, M. and O.J.D. Tekir, Removal of copper (II) and lead (II) ions from aqueous solutions by
adsorption on activated carbon from a new precursor hazelnut husks. 2008. 228 (1-3): p. 108-113.
5. Malik, R., D. Ramteke, and S.J.W.m. Wate, Adsorption of malachite green on groundnut shell waste
based powdered activated carbon. 2007. 27(9): p. 1129-1138.
6. Douglas, S.J.S.L., SiriratPonin, SujitraPolchai, AcharapornKaewchana and BudsarinOsataworanun,
uwassa Pongampha Suwassa Pongamphai. 2006.

338