tổng hợp vật liệu than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp ứng dụng hấp phụ thuốc nhuộm trong nước thải dệt nhuộm

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.22 MB, 87 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Cơng trình đượcthực hiện và hồn thành tạiTrường Đại học Cơng nghiệpthành phố

Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoahọc: TS. Nguyễn Chí Hiếu & TS. Trần Thị Tường VânLuận văn thạc sĩđược bảovệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩgồm:1. PGS. TS Lê Hùng Anh - Chủ tịch Hội đồng

2. PGS. TS Đinh Thị Nga Phản biện 1

3. TS. Lê Hoàng Anh - Phản biện2

4. TS. Nguyễn Văn Phương - ủy viên5. TS. Trần Mai Liên - Thư ký

<b>CHỦTỊCH HỘI ĐÒNG VIỆN TRƯỞNG VIỆN KHOA HỌC CÔNGNGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

BỘ CỐNG THƯƠNG <b>CỘNG HÒAXẪHỘI CHỦ NGHĨAVIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠIHỌCCƠNGNGHIỆPĐộclập -Tự doHạnh phúc</b>

<b>THÀNH PHỐ HỊCHÍ MINH</b>

<b>NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠCsĩ</b>

Họ tên học viên: Nguyễn Trung TrựcNgày, tháng, năm sinh:

Ngành: Kỹ thuật Môi trường

Nơi sinh:

Tổng hợp vật liệu than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp ứng dụng hấp phụ thuốc

nhuộm trong nước thải dệt nhuộm.

<b>NHIỆM VỤVÀ NỘI DUNG</b>

Tạo vậtliệu than sinh họctừ các phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô, vỏngô, vỏ bưởi, vỏsầu riêng).

Đánhgiá hiệu quả xử lý các loại thuốc nhuộm có trong nước thải dệt nhuộm bằng vật

liệu than sinh học đã điều chế được.

Nghiên cứu động lực học củaquá trình hấp phụ.

Khảo sát các điều kiện tối ưu và khảnăng tái sử dụng các chất hấp phụ đãtổng hợp

+ Ảnh hưởng của pH dung dịch đến hiệu suất hấp phụ.

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ.

+ Ảnh hưởng của nồng độ thuốcnhuộm đến hiệu suất hấpphụ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

+ Đánh giá hiệu quả hấp phụ của vật liệu than sinh học trên mẫu nước thải hỗn hợp

váthực tế.

+ Khảo sát khảnăng tái sử dụng của vật liệu than sinh học.

<b>II.NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:</b> Thực hiện quyết định số 2141/QĐ-ĐHCN ngày07/09/2022 của Trường Đại học Cơng Nghiệp thành phố Hồ Chí Minh về việcgiaođề tài và cử người hướng dẫn luận văn Thạc sĩ.

<b>III.NGÀY HOÀNTHÀNH NHIỆM VỤ: 23/03/2024.</b>

<b>IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:</b> TS. Nguyễn Chí Hiếu & TS. Trần Thị

<i><b>Thành phổ Hồ Chỉ Minh,ngày ... tháng ... năm 2024</b></i>

<b>NGƯỜI HƯỚNG DẪN1 CHỦ NHIỆM Bộ MÔN ĐÀO TẠO</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cơ Viện Khoa học Công nghệ và Quản

lý Môi trường đã tận tâm chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian em họctập và nghiên cứu tại trường.

Em xin gửi lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến các giảng viên trong Viện, đặc biệt

làTS. Nguyễn Chí Hiếu và TS. Trần Thị Tường Vân đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt,giúpđỡ em trong suốtq trình triển khai,nghiên cứu và hồn thành đềtài.

Em cũng xin cảm ơn gia đình, cha mẹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất và ủng hộ tinh

thần giúp em hoàn thành đề tài.

Cuối cùng, em xin gửi lời chúc đến tồnthể thầy cơcùng các bạn sinh viên, học viên

trong Viện lời chúc sức khỏe, luôn hạnh phúc, thành công trong cuộc sống vàtrong

công việc.

Trằn trọng cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>LỜI CAM ĐOAN</b>

Tôi xin cam đoan đây làcông trình nghiên cứu của bản thân tơi. 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.

<b>Nguyễn Trung Trực</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

sẽ tồn tại trong nước và đất trong một thời gian dài, gây ra nhữngnguy co nghiêm

trọng về sức khỏe đối với các sinh vật sống và làm giảm độ phì nhiêu của đất cũng

như hoạt động quang hợp của thực vật thủy sinh, dẫn đến sự pháttriển củacác điều kiện thiếu khí đối với động vàthực vật thủy sinh.

Việc ứng dụng và phát triển than sinh học từ các phụ phẩm nông nghiệp không chỉ

góp phần bảo vệ mơi trường, giảm lượng rác thải rangồi mơi trường, đồng thời cịntạo thêm các sản phẩm ứngdụng vừa rẻtiền, vừa sử dụng cho nhiều lĩnh vực. Trong

đó, than sinh học được ứngdụng một cách rộng rãi trong xử lý môi trườngtrongthờigian gần đây, đặc biệt là để loại bỏ hiệu quả các chất hữu cơ trong nước ví dụ nhưhấp phụ màu trong q trình xử lý nước thải dệtnhuộm. Bằng cách sử dụng các phụ

phẩm nông nghiệp chế tạothành than sinh học kếthợp với chấthoạt động bềmặtnhư

đặc tínhcủa than sinh học được kiểm trabằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), diện tích bề mặt (BET), nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier

(FT-IR), điện thế zeta, quang phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại khả kiến (UV vis

Redushkevich với hệ sốhồi quy R2 = 1 vàmơ hìnhđộng học hấp phụbậc hai với hệ

số hồi quy R2 = 0.99.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Currently, water pollution due to the textile industry’s inability to properly treatwastewater is one of the major challenges affecting the entire world. Textile

wastewater has been found to contain avariety of toxic dyes, heavy metals, such as

dye pigments, as well as aromatic substances. These toxic chemicals are transportedover long distances with wastewater. They then persist in water and soil for long periods of time, causing serious health risks to living organisms and reducing soil

fertility and photosynthetic activity ofaquatic plants, leading to the development ofanoxic conditions for aquatic plants and animals.

The application and development of biochar from agricultural by-products not only

contributes to protectingtheenvironment, reducing theamountofwastereleased into

the environment, but also create additional application products that are bothinexpensive and can be used in many fields. Among them, biochar has been widely used inenvironmentaltreatment recently, especially foreffective removal oforganic

substances in water such as color adsorption duringtextilewastewatertreatment. Byusing agricultural by-products made into biochar combined with surfactants such as

color (Methylene Blue- MB, Methylene Orange - MO and Direct Green 19 - DG- 19). The properties of biochar were examined using scanning electron microscopy

spectroscopy (FT-IR), zeta potential, ultraviolet-visible diffuse reflectancespectroscopy (UV vis DRS). The results show that the MB adsorption capacity is consistent with the Dubinin - Redushkevich model with regression coefficient R2 =

1 and the pseudo second-order adsorption kinetic model with regression coefficientR2 = 0.99.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>MỤC LỤC</b>

LỜI CẢM ƠN...i

MỤC LỤC...VDANH MỤC HÌNH ẢNH...viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU...XDANH MỤC TỪ VIẾT TẤT...xi

MỞ ĐẨU...1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN...5

1.1 Tổng quan vềthuốc nhuộm...5

1.1.1 Khái niệm... 5

1.1.2 Phân loại thuốc nhuộm...5

1.1.3 Đặc tính nước thải dệt nhuộm...8

1.1.4 Cáccơng nghệ xử lý nước thải dệt nhuộm... 9

1.1.5 Tình hình ơ nhiễm nhuộm trên thế giới và Việt Nam...10

1.3.2 Các loại phụ phẩm nông nghiệphiện nay...13

1.3.3 Giải pháp tái sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp...17

1.3.4 ứng dụng của than sinh học...18

1.4 Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)...20

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúư...25

2.3.2 Tạo than sinh học...29

2.3.3 Biến tínhthan sinh học...29

2.4 Phân tích vật liệu...32

2.4.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM)...32

2.4.2 Phương pháp đo diện tích bề mặt(BET)...33

2.4.3 Nhiễu xạ tia X (XRD)...33

2.4.4 Phằn tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourie (FT - IR)...34

2.4.5 Điện thế Zeta...34

2.5 Đánh giá khảnăng hấp phụ của vậtliệu than sinh học vừa tổng hợp...35

2.5.1 Đánh giákhảnăng hấp phụ thuốcnhuộm của các phụ phẩm ở các nhiệtđộnung khác nhau...35

2.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố vận hành tới hiệu quả hấp phụthuốc nhuộm của vật liệu: pH, nhiệt độ và nồngđộ thuốcnhuộm đầu vào...36

2.6 Xây dựng đường đẳngnhiệt hấp phụ cho vật liệu than sinh học tạo từ vỏ sầu riêng...37

2.6.1 Mơ hình đẳngnhiệt hấp phụ Langmuir...37

2.6.2 Mơ hình đẳngnhiệthấpphụ Freundlich...37

2.6.3 Mơ hình đẳngnhiệt hấp phụ Temkin...38

2.6.4 Mơ hình đẳngnhiệt hấp phụ Dubinin - Redushkevich...38

2.7 Khảo sát động học hấp phụ thuốc nhuộm của các vật liệu tổng hợp được .392.7.1 Mơ hình động học hấp phụ bậcnhất...39

2.7.2 Mơ hình độnghọc hấp phụ bậc hai...39

2.8 Đánh giá hiệu quả hấp phụ của vật liệu than sinh học trên mẫu nước giảthải hỗn hợp và nước thải thực tế...40

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

2.9 Đánh giá khảnăng tái sinh của vật liệu...40

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...41

3.1 Đánh giá các than sinh họctổng hợp được...41

3.2 Đặc trưng cấu trúc,tính chất của than sinh họctừ vỏ sầu riêng...42

3.2.1 Phân tích hìnhthái bề mặt (SEM)...42

3.2.2 Phân tích diện tích bề mặt (S<small>bet</small>)...43

3.2.3 Phằn tích kích thước lỗ rỗng...44

3.2.4 Phân tích nhóm chức năng (FT-IR)...45

3.2.5 Phân tích điện thế Zeta...46

3.3 Đánh giá khảnăng hấp phụ của VSR300 với các thuốcnhuộm...47

3.4 Biến tínhthan sinhhọc với CTAB...48

3.5 Ảnh hưởng của yếu tố tới hiệu quả hấp phụcủa than sinh học...49

3.5.1 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm...49

3.5.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm...50

3.5.3 Ảnh hưởng của nồng độ đến hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm...51

3.6 Mơ hình đẳng nhiệthấp phụ...52

3.7 Khảo sátđộng học hấp phụ...54

3.8 Hấp phụ trên mẫu giả thải hỗn hợp...55

3.9 Hấp phụ trên nước thải dệtnhuộmthực tế...57

3.10 Khảo sát khảnăngthu hồi, tái sử dụng củaVLHP...58

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>DANH MỤC HỈNH ẢNH</b>

Hình 1.1 Cấu trúc hóa học của thuốcnhuộm azo [17]... 6

Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của thuốcnhuộm hoạt tính [19]... 7

Hình 1.3 Phụ phẩm từ lúa...14

Hình 1.4 Phụ phẩm từ cây ngơ...15

Hình 1.5 Phụ phẩm từ mía...16

Hình 1.6 ủ phân compost...17

Hình 1.7 Cấu trúc phân tử của CTAB...20

Hình 2.1 Nội dung nghiên cứu của đề tài...27

Hình 2.2 Quy trình sochế vậtliệu...28

Hình 2.3 Quy trình tạo than sinh học...29

Hình 2.4 Quy trình tẩy trắngvật liệu...30

Hình 2.5 Quy trình biến tính bằng CTAB...31

Hình 2.6Quy trình hấp phụ thuốc nhuộm...36

Hình 3.1 Hiệu suất hấp phụ MB của các than sinh họctổng hợp được ở các nhiệt độa) 250°C;b) 300°C; c) 400°C; d) 500°C... 41

Hình 3.2 Ảnh chụphiển vi điện tử quét (5000x; 10pm)của a) VSR; b) VSR300; c)VSR400; d) VSR300+CTAB... 43

Hình 3.3 Đường đẳngnhiệthấp phụ - giải hấpN2 của VSR300 vàVSR300+CTAB44Hình 3.4 Phân bố kích thước lỗ rỗng theo BET-BJH ở77K của VSR300 vàVSR300+CTAB...45

Hình 3.5 Phổ hồngngoại (FTIR) của các vật liệu VSR, VSR250, VSR300,VSR400, VSR500, VSR300+CTAB... 46

Hình 3.6 Điện thế zetacủa VSR300 và VSR300+CTAB...47

Hình 3.7 Hiệu suất hấp phụ MB, MO và DG-19 của VSR300 nồng độban đầu 20mg/l; liều lượng chất hấp phụ 0,2 g/1; nhiệt độ dung dịch 30°C...48

Hình 3.8 Hiệu suất hấp phụ của VSR300+CTAB đối với các loại thuốc nhuộm MB,MO và DG-19 nồng độ ban đầu20mg/l; liều lượng chất hấp phụ 0,2 g/1; nhiệt độ dung dịch 30°C...49

Hình 3.9 Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ MB của VSR300 vàVSR300+CTAB ởnồng độban đầu 20mg/l; liều lượng chất hấp phụ 0,2 g/1; nhiệtđộ dung dịch 30°C...50

Hình 3.10 Ảnh hưởng củanhiệt độ đến dung lượng hấp phụ MBcủaVSR300 vàVSR300+CTAB ởnồng độban đầu 20 mg/1; pH =7; liều lượng chấthấp phụ 0,2g/l... 7... 51

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 3.11 Ảnh hưởng của nồng độ MB đến dung lượng hấp phụ MB củaVSR300và VSR300+CTAB ởpH = 7; liều lượng chất hấp phụ 0,2 g/1; nhiệt độdung dịch

30°C... 52Hình 3.12 Mơ hình đẳngnhiệt phi tuyến tính hấp phụ MB của a) VSR300 và b)

VSR300+CTAB... 53Hình 3.13 Mơ hình động học phi tuyến tính hấp phụ MB củaa) VSR300 và b)

VSR300+CTAB...u... 54

Hình 3.14 Kết quả hấp phụ trên mẫu giả thải hỗn hợp (MB+MO) của

VSR300+CTAB ởnồng độban đầu 10 mg/1; liều lượng chấthấp phụ 0,2 g/1; nhiệt

độ dung dịch 30°C...56

Hình 3.15 Hiệu suất hấp phụ MB-MOtrong mẫu giả thải hỗn hợp (MB+MO) củaVSR300+CTAB ởnồng độban đầu 10 mg/1; liều lượng chấthấp phụ 0,2 g/1; nhiệt

độ dung dịch 30°C...56Hình 3.16 Kết quả hấp phụ mẫu nước thải thựctế của VSR300+CTAB ở liều lượng

chất hấp phụ 0,2 g/i; nhiệt độ dung dịch 30°C...57Hình 3.17 Hiệu suất hấp phụ nước thải thực tếcủa VSR300+CTAB ởliều lượng

chất hấp phụ 0,2 g/1; nhiệt độ dung dịch 30°C...58Hình 3.18 Khảo sát khảnăng tái hấp phụ MB qua năm chu kỳ hấp phụ của

VSR300+CTAB. Điều kiện thí nghiệm: nồng độ MB = 20 mg/1, liều lượng VLHP= 0,2 g/1; nhiệt độ phòng, dungdịch giải hấpphụ EDTA0,2N...59

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU</b>

Bảng 1.1 Tiêu thụnước ngành dệt nhuộm...8

Bảng 1.2 Chất gây ơnhiễm vàđặc tính của nước thải ngành dệtnhuộm...9

Bảng 1.3 So sánh hấp phụ vậtlý và hấp phụ hóahọc [29]...12

Bảng 2.1 Danh sách các thiết bị sửdụng thí nghiệm...26

Bảng 3.1 Đặc điểm kết cấu của than sinh họctừ vỏ sầu riêng...44

Bảng3.2 Các thông số đẳngnhiệt của các mô hình đối với quá trình hấp phụ MB.53Bảng 3.3 Các thơng số động học của cácmơ hình đối với q trình hấp phụ MB...55

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>DANH MỤC Từ VIẾT TẮT</b>

(Xếp theothứ tự A, B, c của chữ cái đầu viết tắt)

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<b>MỞ ĐẦU</b>

Hiện nay, tình trạng ơ nhiễm nước do các ngành dệt may khơng có khả năng xử lýnước thải hợplý làmột trong nhữngthách thức lớn ảnh hưởng đến toàn thế giới. Cácngànhdệt may là những ngành đóng góp lớn vàonền kinh tế tồn cầu và ơ nhiễm mơi

trường ởnhiều quốc gia, bao gồmcả TrungQuốc và các cửa sông Nam Phi [1].Nước

thải có chứathuốc nhuộm là một chất gây ơ nhiễm môi trường đáng kể và cũng ảnh

hưởng đến sức khỏe con người, vì các ngành dệt may tạo ramột lượng lón nướcthải

có màu đậm, có chứanhiều loại chấtơ nhiễm khó phân hủy [2].

Nước thải dệtnhuộm đã đượcphát hiện có chứanhiều loại thuốc nhuộm độchại, kim loại nặng, chẳng hạn nhưthủy ngân, crom, cadmium, chì và asen cần thiết trong quá

trình sản xuất bột màu nhuộm dệt,cũng nhưcác hợpchấtthơm. Sự hiện diện của các

kim loại nặng như thủy ngân, crom, cadmium, chì và asen là bắt buộctrong quá trình

sản xuất bột màu dệt nhuộm [3]. Những hóa chất độc hại này được vận chuyển trênmột quãng đườngdài cùng với nước thải. Sau đó, chúng sẽ tồn tại trongnước và đất

trong một thời gian dài, gây ra những nguy cơ nghiêm trọng về sức khỏe đối với cácsinh vật sống và làm giảm độ phì nhiêu của đất cũngnhư hoạt động quang hợp củathực vật thủy sinh, dẫn đến sự phát triển củacác điều kiện thiếu khí đối với độngvà

thực vật thủy sinh [4]. Hàng năm, khoảng 7 X 107 tấn thuốc nhuộm tổng hợp đượcsản xuất trên toàn thế giới, với hơn 10.000 tấn thuốcnhuộm này được các ngành dệt

may sử dụng [5].. Chính vì vậy việc xử lý nước thải dệt nhuộm đạtđến giới hạn cho

phép cần phải thực hiện để hạn chế tối đa tác động xấu của nó đến mơi trường sinh thái. Hiện nay nước thải dệtnhuộm được xử lý bằng các quá trình truyền thống như

q trình keo tụ tạo bơng, hấp phụ,oxi hóabậc cao,... Trong đó q trình hấp phụ là

một quá trình hiệu quả vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu để tìm ra các vật liệu hấpphụ mới có hiệu quả cao và giá thành rẻ hơn. Than sinh học được tổng hợp tử cácphụphẩm nôngnghiệp trong những năm gần đây nổi lên như là mộttrong những vật

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

liệu hấp phụ hiệu quả các chất ônhiễm trong nước thải. Việc sản xuất than sinh họctừ các phụ phẩm nơng nghiệp khơng chỉ góp phần giảm lượng rác thải rangồi mơi

trường của ngành nơng nghiệp mà cịn tạora sản phẩm vừacó ứngdụng rộng rãi vừa

rẻ tiền.

Nôngnghiệp làngành kinh tế quan trọng của Việt Nam [6]. Trong vòng 10 năm trỏ lại đây, tổng vốn đầu tư vào lĩnh vực nơng nghiệp tăng từ 22 nghìn tỷ đồng lên đếnhon 231 nghìn tỷ đồng(năm 2018). Sự đầu tư, pháttriển của các doanh nghiệp nông nghiệp thể hiện ở việc các doanh nghiệp đã và đang triển khai tổ chức lại sản xuất

theo hướng hợptác, liên kếttheo chuỗi giátrị, gắn sản xuất nguyên liệu với chế biếnvà tiêu thụ sản phẩm theo chuỗi giátrị, kếtnối vói hệthống tiêu thụ toàn cầu [7].Sự gia tăng dân số thế giới và q trình đơ thị hóa ngày càng tăng đã dẫn đến nhiều

tác động tiêu cực khác nhau cho xã hội, chẳng hạn như nhu cầu lưong thựctăng caovàsản xuất mộtlượng lớn chất thải động vật và con người [8]. Sản lượngnôngnghiệp

trong năm thập kỷ qua được cho là đã tăng hon 3 lần. Các yếu tố khác chịu trách

cuộc cách mạng xanhvà mở rộng đất cho sảnxuấtnơng nghiệp [9, 10]. Người taước

tính rằng ngành nơng nghiệp cung cấp khoảng 24 triệu tấn lương thực trên toàn cầu

[9] cùng với những rủi ro về sức khỏe và mối đe dọa đối với hệ sinh thái [11]. Nhiều

sản phẩm phụ và chất thải vô cơ cũng là kết quả của các hoạt động của con người.

Việc xử lý các chất cặn bã này đãtrởthành mộtvấn đề ngày càng gia tăng và chi phí

ngàycàng tăng đối với ngành công nghiệp, nông dân và các thành phố, đặc biệt là do các quy định về môi trường hạn chế hơn đã được ban hành [8]. Để khắc phục vấn đềnày, việc tận dụng các phụ phẩm nông nghiệp để tạo nên các vật liệu than sinh học

có khả năng hấp phụ cao đối với các loại thuốc nhuộm đang được sử dụng phổ biến

hiện nay, giảm thiểu chất ơ nhiễm thứ cấp vàcó khảnăng tái sử dụng. Đề tài “Tổng

nhuộm trong nước thải dệt nhuộm” có mục đích tìm hiểu, nghiên cứu, đánh giákhả

năng hấpphụ của các loại than sinh họcđược tổng hợpbằngphương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ thấp và các vật liệu đã được biến tính đối với từng loại thuốc nhuộm

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

(Methylene Blue, Methylene Orange, Direct Green 19), đồng thời cũng đánh giá khả

năng hấp phụ củacác vật liệu này đối với hỗn hợp baloại thuốc nhuộm trong nước

vànước thải dệt nhuộm từ thực tế.

<b>2.Mụctiêu nghiên cứu</b>

-Tạo vật liệu than sinh học từ các phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô, vỏ ngô, vỏ bưởi,vỏ sầu riêng).

- Đánh giá hiệu quả xử lý các loại thuốc nhuộm có trong nước thải dệt nhuộm bằng

vậtliệu than sinh học đã điều chế được.

- Nghiên cứu động lực học củaquá trình hấp phụ.- Thử nghiệm xử lý nước thải dệtnhuộm.

<b>3. Đối tượng và phạmvinghiên cứu</b>

- Đối tượng nghiên cứu: các phụ phẩm nông nghiệp(lõi ngô, vỏ ngô, vỏbưởi, vỏ sầu

riêng), nước thải dệt nhuộm.

<b>4. Cách tiếp cận và phưong pháp nghiên cứu</b>

- Điều chếcác loại than sinh họctừ các phụ phẩm nơng nghiệp.

- Phân tích đặc tính và đánh giá các loại than sinh học đã điều chế được.

- Khảo sát hiệu quả hấp phụ củacácloại than sinh học đãđiều chế được trong xử lý

các loại thuốc nhuộm và nước thải dệtnhuộm.

<b>5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài</b>

-Tận dụng được các phụ phẩm nông nghiệp giảm thiểu lượng phát thải chất thải ra môi trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

- ứng dụngtrongviệcxử lý nước thải dệt nhuộm và các chấtgây ô nhiễm môitrường khác.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

những đặctính của nó làkhảnăng truyền màu cho một chấtnền nhất định [14] vì sự

hiện diện củacác nhóm chromophoric trong cấu trúc phân tử của nó. Tuy nhiên, đặc

tính cốđịnh màu của vậtliệu có liên quan đếncác nhóm phụ dưỡng, có tính phân cực

vàcóthể liên kết với cácnhóm phân cực của sợi dệt [15].

<i><b>7.7.2 Phânloạithuốc nhuộm</b></i>

Có một số cách phân loại thuốcnhuộm. Chúng tacóthể phân loại thuốc nhuộm theo các cách sau; phân loại thuốcnhuộmtheo ứng dụng, phân loại thuốcnhuộm theo cấu

trúc, phân loại thuốc nhuộm theo cấu tạo,... [16] Các loại thuốcnhuộm đang được sử

dụng phổ biến trên thị trườnghiện nay có thể kể đến:

<i><b>ỉ.1.2. ỉ Thuốc nhuộm azo</b></i>

Thuốc nhuộm azo là một trong những chất mang màu được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại thuốc nhuộm. Loại thuốc nhuộm này được sử dụng trong nhiều loại

trongkhoảng bước sóng từ 350 đến 650 nm [17].

Trong phân tử loại thuốc nhuộm này có mộthoặcnhiều nhóm azo (-N=N-). Dựa vào số nhóm azo có trong hệ mang màu của thuốc nhuộm mà người ta chia ra các loại

thuốc nhuộm:

+ Diazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar”;

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

+Tri vàpolyazo: Ar-N=N-Ar’-N=N-Ar”-N=N-Ar’”-...;

Trong đó Ar,Ar’, Ar”,... là những gốc hữucơnhân thơm có cấu tạo đa vòng, dịvòngrất khác nhau [18],

<small>Acceptor = NO2jCNDonor= OH, NHR, NR2</small>

Hình 1.1 Cấu trúchóa họccủathuốc nhuộm azo [ 17]

<i><b>ỉ.1.2.2Thuốc nhuộm hoạttính</b></i>

Thuốc nhuộm hoạt tính được gọi như vậy vì đây là loại thuốc nhuộm duy nhất có nhóm phản ứngvà nhóm phảnứng đó phản ứng hóa học với các phântử polymer sợi và tạo thành hên kết cộng hóa trị. Liên kết cộng hóa trị này được hình thành giữa nhóm phản ứng và nhóm đầu cuối -OH (hydroxyl) của sợi xenlulo và sợi len hoặcgiữa nhóm phản ứng và nhóm đầu cuối -NH2 (amino) củapolyamide polymer. Độ

bềncủa hên kết cộng hóa trị này hơn cả hên kết ion, hên kết hydro và lực hút Vander

Waal [19],

Trong các loại thuộc nhuộm hoạt tính, thì Trichloro Triazinelàloại thuốc nhuộm vải

tiêu biểu và được sử dụng phổ biến. Đây là loại thuốc nhuộm được dùng để nhuộmcho vải cotton. Thuốc nhuộm giúp cho vải cotton có độ bềnmàu cao hon, tạo nên

bảovệ mơi trường [20].

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<small>NH (bridgingpart)</small>

Hình 1.2 Cấu trúc hóa học của thuốc nhuộmhoạttính [19]

<i><b>1.1.2.3 Thuốc nhuộm pigment</b></i>

Pigment: là hợp chất màu ởdạng hạtkhơng hịa tan trong nước, nhưng cóthể đượcsản xuất ở dạng phân tán tốt trongnước bàng công thức phối họp với tác nhân phân

tán, ổn định. Chúng có thể là họp chất hữu cơ hoặc vơ cơ. Khơng có ái lực với các vật liệu dệt. Chúng được cố đinh trênvật liệu dệt với sựtác dụng của các tác nhân

gắnmàuđược tạo thành màng phim mỏng, trong suốt quátrìnhgắncácphântử màu

pigment với vật liệuvải sợi [21].

Thuốc nhuộm pigment: Khơng thực sựlà “nhuộm” bởi vì các pigment dính trên sợi vải với sự giúp đỡcủa chất gắn màu. Pigment không tan trong nước và không có ái lực với vậtliệu dệt. Để tạo ra khả năng ái lực với xơsợi, một điện tích âm được tạo ra bàngcách kếthợpvới cáctác nhân anionic với pigment ở dạng nghiềnmin và phân tán cao [21],

<i><b>1.1.2.4Thuốc nhuộm phân tán</b></i>

Trước đây, kill mới ra đời thuốc nhuộm phân tán có tên gọi là “thuốc nhuộm tơaxetat”, là những họp chất màu khơng tantrong nướcdo khơng chứacácnhóm chứatính tan như-SOsNa, -COONa. Vì trong phântử của thuốc nhuộm phân táncó chứacác nhóm amin tựdo hoặcđã bịalkylhóa (-NH2, -NHR, -NR2,...) đặc biệt là có chứacác nhóm amino đã bịthay thế bàng cácgốc alkyl hydroxyl (-NH-CH2-CH2-OH)nênnhững thuốc nhuộm này dễ dàng phân tán trong nước hơn [22].

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<i><b>1.1.3Đặc tính nước thải dệt nhuộm</b></i>

Hoạt động sản xuất của ngành dệt may baogồmnhiều công đoạn,từ phát triển nguổn nguyên liệu (trồngcây nguyên liệu, sản xuấtbơngxơ)cho tới kéo sợi, dệtvải, nhuộmhồn tất, may và tiêu thụ sản phẩm. Tùy thuộc vào đặc thù của từng công đoạn sản

xuất mà phátsinh ranhiều dạng ô nhiễm như: bụi, tiếng ổn, nhiệt dư, chất thải rắn, khí thải vànướcthải... Những đặctrưng của loại nước thải này có pH, nhiệt độ,COD caovà độ màu tương đối cao. vấn để môi trường màngành dệt mayViệt Nam đang gặp nhiều khókhăn đó chính là nướcthải. Lượngnước sử dụng trong q trìnhnhuộmvà hồn tất vải có biên độ dao động lớn có thể từ 16 - 900m3/ tấn sản phẩm.Tuy nhiên, trongnhữngnăm gần đây khi nền kinh tế pháttriển mạnh đãxuất hiện nhiều

nhà máy,xí nghiệpvới cơng nghệ hiện đại ítgây ô nhiễm môi trường [23].

Bảng 1.1 Tiêu thụ nướcngành dệt nhuộm

<b>HàngdệtnhuộmLượngnước tiêu thụ (m3/tấn sản phẩm)</b>

Thành phần nước thải phụ thuộcvào: đặc tính của vật liệu nhuộm, bản chất của thuốc

nhuộm, các chất phụ trợ và các hóachất khác được sử dụng. Nguồn nước thải bao

gồm từ các công đoạn chuẩn bị sợi, chuẩn bị vải, nhuộm và hồn tất. Trong q trình

sản xuất, lượng nước thải ra 12-300m3/tấn vải, chủ yếu từ công đoạn nhuộm và nấu

tẩy. Các loại thuốc nhuộm được đặc biệt quan tâm vì chúng thườnglà nguồn sinh ra các kim loại, muối và màu trong nước thải. Các chất hồ vải với lượng BOD, COD cao và các chấthoạt động bề mặtlà nguyên nhân chính gây ra tính độc cho thuỷ sinh của nước thải dệt nhuộm [23].

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Bảng 1.2 Chấtgây ơ nhiễm và đặc tínhcủa nước thải ngành dệtnhuộm

<b>Chất gây ơ nhiễmtrongnước thải</b>

Hồ sợi, giũ hồ Tinh bột, glucose, carboxy

Methylene xelulo, polyvinyl

alcol, nhựa,chấtbéo vàsáp.

BOD cao (34 đến 50%tổng sản lượng BOD).

Nấu tẩy NaOH, chất sáp và dầu mỡ,

tro, soda, silicatnatri và xo sợi

Tẩy trắng Hypoclorit, hợp chất chứa clo,

Độ kiềm cao, chiếm 5%

axetic và các muối kim loại.

khá cao (6%tổng BOD), TS cao.

sét, muối, kim loại, axít, ...

<i><b>ỉ. ỉ.4. ỉ Phương phápkeo tụ</b></i>

Sử dụng phèn nhôm, phèn sắt hoặc vôi sữa để khử màu và một phần COD. Nồng độpH sẽ thay đổi tùy thuộc vào loại hóa chất tham gia trực tiếp vào quá trình keo tụ. Các bông hydroxitsắt hoặc nhôm sẽ hấp phụ các chất màu của nước thải và cho hiệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

suất khá cao với tác dụngcủa thuốc nhuộm. Mặt khác, đểtăng quá trình xử lýngười

tathường cho thêm các polymer hữu co. Tuynhiên, phưong pháp này lại tạo ra nhiều

lượngbùn dư, hàm lượng COD chỉ giảm 60-70% [24].

<i><b>1.ỉ.4.2 Phương pháphấp phụ</b></i>

Dùng để xử lý nước thải dệt nhuộm có chứathuốc nhuộm hịa tan và thuốc nhuộmhoạttính. Co sở của q trình là hấp phụ chấttan lên bề mặt chất rắn xốp. Các chấthấp phụ thường là than hoạt tính, đất sét, than nâu. Trong đó than hoạt tính thường

được sử dụng rộng rãi nhất với bề mặt riênglớn từ 400 - 500 m2/g. Hàm lượngCODsau quá trình này cũng chỉ giảm được tối đa khoảng70% [24].

<i><b>ỉ. ỉ. 4.3 Phương pháp sinh học</b></i>

Phương pháp sinhhọc thường dùng là bùnhoạt tính, lọc sinhhọc,hồ oxy hóa. Phương

pháp xử lý sinh học thường cho kết quả khơng màu, lượng bùn tạo ra có sinh khối

lớn nhưng lại tốn kém trong khâu xử lý bùn và giáthành sử dụng vi sinh cao [24].

<i><b>ỉ. ỉ. 4.4 Phương phápmàng lọc</b></i>

Là phương pháptruyền thống đểthu hồi hồ tinh bột, muối và thuốcnhuộm. Màng lọcthường dùng là RO và NF mang lại hiệu quảcaokhi có khảnăng loại bỏ đến 99,5% hàm lượng COD. Đây cũng chính là phương pháp giúp doanh nghiệp tiết kiệm đến

70% lượng nước sạch tiêu tốn trong quá trìnhnhuộm sovới trước đây [24].

<i><b>1.1 .5Tỉnh hình ơnhiêm nhuộm trên the giới và ViệtNam</b></i>

<i><b>ỉ. ỉ.5. ỉ Tỉnh hỉnh ô nhiễm nhuộm trên thegiới</b></i>

Ngành dệt may của Bangladesh tập trung chủ yếu ven sông do thuận lợi trong vận

chuyển nguyên liệu và thành phẩm. Vì lý do này,nước thải từ ngành công nghiệp nàyđổtrực tiếp ra sông mà không qua bất kỳ khâu xử lý ô nhiễm nước nào. Tại đây, mỗi ngày các nhà máy thải rangồi mơitrường khoảng 40,000 m3/ngày tương ứng vớitải

lượng ônhiễm là 26,000 kg BOD/ngày [25].

Tại Trung Quốc, theo Ngân hàng Thế giới, có khoảng 17% - 20 % ơ nhiễm nước công nghiệp là do ngành dệt nhuộm,thựctế 72 hóachấtđộc hại trongnước của Trung

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Quốc chỉ bắt nguồn từ dệt nhuộm. Trong số này, có 30 loại là khơng thể bị loại bỏ [26].

<i><b>1.1 .5.2 Tình hỉnh ơ nhiễm nhuộm tại Việt Nam</b></i>

Trung bình mỗi năm, ngành dệt mayViệt Nam chi khoảng3 tỷ USD cho năng lượngsản xuất. Không chỉ sử dụng nhiều năng lượng, ngành này cịn gây ơ nhiễm nguồn

nước do sử dụng nhiều hóa chất độc hại. Quy mơ sản xuất vải ngày càng mở rộng,

lượng ô nhiễm sẽ tăng không ngừng nếu công nghệ sản xuấtkhông thay đổi [27].

Tại Việt Nam, phải mất 2.700 lít nước để làm một chiếc áo phông cotton và 20% ô nhiễm nguồn nước công nghiệp xuấtpháttừ việcdệtnhuộm và xử lý dệtmay.Nhiều vật liệu sử dụng trong quátrình tạo ra sản phẩm dệt may như kim loại nặng,chất chống cháy, amoniac,... là hóachất độc hại, đe dọa mơi trường và sức khỏe con

17%-người. Ước tính hóachấtsử dụng tạicác doanh nghiệp dệtnhuộm từ 500-2.OOOkg/tấn

sản phẩm [27].

<b>1.2Tổng quan về quátrình hấp phụ</b>

<i><b>1.2.1 Kháiniệm</b></i>

Hấp phụ là một quá trình bề mặt dẫn đến việc chuyển phân tử từ khối chấtlỏng sang

bề mặt rắn [28]. Hấp phụ trên bề mặt chất rắn là các phân tử hoặc nguyêntử trên bề mặt chất rắn có năng lượng dư trên bề mặt do các lực không cân bằng. Khi một số

chất va chạm vào bề mặtchất rắn, chúng bị hútbởi các lực không cân bằng này và ỏ lại trên bề mặtchất rắn [29].

<i><b>1.2.2Phânloại hấpphụ</b></i>

Theo các lực hấp phụ khác nhau, q trình hấp phụ có thể được chia thành hai loại:hấp phụ vật lý và hấp phụ hóahọc[29].

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Bảng 1.3 So sánh hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học [29]

<b>Hấp phụvật lýHấp phụhóa học</b>

Tính chọn lọc Hấp phụ khơngchọn lọc Hấp phụ chọn lọcLớp hấpphụ Mộthoặcnhiều lớp Một lớp

Tỷ lệ hấp phụ Nhanh Chậm

<i><b>1.2.3Các yếu tổ ảnh hưởng đếnquátrình hấp phụ</b></i>

<i><b>1.2.3.1Ảnh hưởng của dungmôi</b></i>

Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là khi chấttan bị hấp phụ càngmạnh thì dung mơi bị hấp phụ càng yếu. Dung mơi có sức căng bề mặt càng lớn thì

chấttan càng dễ bị hấp phụ. Chất tan trong dung môi nướcbị hấp phụ tốt hon so với

trong dung môi hữu cơ [30].

<i><b>1.2.3.3Ảnhhưởng của nhiệt độ</b></i>

Khinhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm. Tuy nhiên đối với nhữngcấu tửtan hạn chế, khi tăngnhiệt độ, độtan tăng làm cho nồngđộ của nó trongnhững dungdịch tăng lên, do vậy khảnăng hấp phụ có thể tăng lên [30],

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i><b>1.2.3.4Ảnh hưởng của pH</b></i>

Ảnh hưởngnhiều đếntính chất bề mặt của chất hấp phụ và chấtbị hấpphụ trongdungdịch nên cũng ảnhhưởng tới quá trình hấp phụ [30].

<i><b>1.2.4 Vật liệuhấp phụ</b></i>

Một số vật liệu hấp phụ thường dùnghiện naynhư là:

+ Vật liệu khoáng séttrongtự nhiên như: bentonit, zeolit, diatomit,...

+ Vật liệu khoáng séttổng hợp: silicagel, co-polymer của styrene/ divinylbenzen,...+ Vật liệu sinh khối: xơ dừa, vỏ lạc, lõi ngơ,...

+ Polymer sinh học: chitin, chitosan,...+ Than hoạttính

<b>1.3Tổng quan về phụ phẩm nông nghiệp</b>

<i><b>1.3.1 Kháiniệm</b></i>

Phụ phẩm nông nghiệp làchất thải phátsinh trong q trình hoạt động nơngnghiệp.Nguồn gốc phát sinh phụ phẩm nơng nghiệp từ q trình chếbiến các loại cây công

nghiệp, câylươngthực, sản xuất hoa quả, thựcphẩm. Đây là nguồn nguyên liệu khổng

lồ luôn luôn tồn tại và ngày càng gia tăng. Tổng sản lượng phế thải sinh khối hằng năm ở nước ta có thể đạt tới 8 - 11 triệu tấn [31],

<i><b>1.3.2Các loại phụ phẩmnông nghiệp hiện nay</b></i>

<i><b>1.3.2.1Phụphẩm từ ỉúa gạo</b></i>

Theo thống kê của Tổ chức pháttriển HàLan, mỗi năm Việt Nam sản xuấtraxấp xỉ

40 triệu tấn sinh khối từ phụ phẩm lúa gạo, bao gồm 32 triệutấn rơm rạ và8 triệutấn

Mtoe (trong đó toe là đơn vị tính năng lượng lý quy đổi tương đươngvới 1 tấn dầu). So với tổng tiêu thunăng lượng sơ cấp của Việt Nam năm 2010 là 47 Mtoe, thì riêng

rơm rạvà trấu có thể đáp ứng được 28% nhu cầu [31].

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Hình 1.3 Phụ phẩm từlúa

<i><b>ỉ.3.2.2 Phụphẩmĩừngô</b></i>

Phụ phẩm từ cây ngô bao gôm: thân, lá,bẹ và lõi ngô. Thân, lá ngô được dùng làm

thức ăn cho gia súc là rât tơt vì thân cây ngơ hàm lượng chât xơ chiêm31,5% (trongđó hợp chât chứa ố cacbon 40%, hợp chât chứa 5 cacbon 24%, lignin 14%), protein

thô chiêm 7,ố% hàm lượng đường tinh bột cao hơn so với rơm rạ [32].

Nêu ước tính lượng phụ phẩm từ cây ngơ đểlạitrênđơng ruộng 50-60 tân/ha thì tống sản lượng phụ phẩm của cây ngô hàng năm là 50 -Ố0 tân [32].

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Hình 1.4 Phụ phẩm từ cây ngơ

<i><b>1.3.2.3 Phụ phẩmtừ mía</b></i>

phẩm sau chế biến đường hiện rất lớn, gồm dạng chính đó làbã mía vào khoảng

2,27-4,67 triệu tấn (chiếm 25-30% khối lượng mía ép); mậtrỉ 347.000-690.400 tấn(chiếm 4-4,5%); sản phẩm chất visinh chiếm 3-4% khối lượng mía ép [33].

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Hình 1.5 Phụ phẩm từ mía

<i><b>1.3.2.4Phụphẩmíừvỏ sầu riêng</b></i>

Mặc dù sầuriêng được sử dụng nhiều trong các ngành sảnxuấtthực phẩm, nhưng việc sử dụng như vậy bị cản trở bởiviệc tạo ra một lượng lớncác chất bãsầu riêng, chủ yếuở dạng vỏ và hạtsầu riêng, chiếm 70% toànbộ quâ [34].

Vỏ sầu riêng chứa cellulose, hemicellulosevàchấtxơlignin, điềunày làm cho nó có khả năng giữ lại các chấtô nhiễm trong nước, cấu trúc vi xốpvà khả năng chống lại nhiệtđộ, độpH, ứngsuấtcơ học và ngâm nướckéodài [35],

Để giải quyết lượngphát thải vỏ sầu riêng ra ngồi mơi trường, một số tác giả đã sử

dụng cấu trúc vi xốp và diện tích bề mặt lớn của vỏ sầu riêng để chế tạo thanhoạttínhdùngtrongviệcloại bỗ dungmôi [36]vàthuốc nhuộm hữu cơ [37-39]. Theo các nghiên cứu gần đây, các chất hấp thụ sinh học chi phíthấp dựa trên vỏ sầu riêng thôđược nghiền và sàng cũng cho thấyhiệu quả cao khi loạibỏ các kim loại nặng [40],

Tuy nhiên, các thành phần không mongmuốn như pectin, lignin và sáptrongcấu trúc

của vỏ s ấu ri êng đã ảnh hưởng đến hiệu quả hấp phụ của nó đốivóithuốcnhuộmhữucơ, kim loạinặng và do đó một sốnghiêncứu đã tiến hành xử lý trước vỏ sầu riêng

bằng axit [41] đễ loại bỏ cácnguồn không mong muốn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<i><b>1.3.3Giải pháp tái sử dụngcác phụ phẩm nông nghiệp</b></i>

Với lượng phế thải dư thừa trong quá trình chế biến các sản phẩm nông sản, thực phẩm tạo ra hàng năm, nếu biết tận dụng và xử lý đúng cách các phụ phẩm nông nghiệp sẽ tạo ra được nhiều sản phẩm hữu ích, tăng thêm thu nhập chongười nơng dằn và đặc biệt là giảm thiểu tìnhtrạng ơnhiễm mơi trường.

Hiện nay cókhánhiều phươngpháp tái sử dụng nguồn sinh khối từnơng nghiệp, vừa

giảm thiểu được ô nhiễm, manglại kinhtếvà tạo ra mô hình sinh kế chocộng đồng.

<i><b>ỉ. 3.3. ỉ Phương pháp ủ phân compost</b></i>

ủ phân là một chiến lược giảm thiểu chất thải truyền thống lâu đời. Việc ủ phân

thường đạtđược bằng cách chuyển đổi chất thải rắn thànhcác vật liệu giống mùn ổnđịnh thơng qua q trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ [42]. Quá trình ủ phân

bao gồm xử lý vi sinh trong đó vi sinh vật hiếu khí sử dụng chất hữu cơ làm giá thể.

Các sản phẩm chính của q trình ủ phân là các vật liệu đã được khống hóa hồn tồn,chẳng hạn như CƠ2, H2O, các chất hữu cơổn định chứa nhiều sinh khối vi sinh

vật cạnh tranh vàtro. Phân hữu cơcó khảnăng cải thiện cấu trúc đất, tăng khả năng trao đổi cation và tăng cường sự pháttriển của cây trồng [43].

Hình 1.6 ủ phân compost

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<i><b>ỉ. 3.3.2 Sản xuất nhiên ỉiệu sinh học</b></i>

Sử dụng nhiên liệu sinh học manglại lợi ích như giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường vì ngun liệu dùng để sản xuất nhiên liệu sinh học dùng từ dầu thực vật, không chứa các hợp chất thơm, hàm lượng lưu huỳnh thấp, không chứa chất độc hại. Mặt khác

khi nhiên liệu sinh học thải vào đất có tốcđộ phân hủy sinh học cao hơn gấp 4 lần so với nhiên liệu dầu mỏ, do đó giảm được tìnhtrạngơ nhiễm nướcngầm [44].

<i><b>ỉ. 3.3.3Sản xuấtvậtliệuxâydựng</b></i>

Sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp vàcông nghiệp thay cho cốt liệu và xi măngcó

lợi khi xét đến các đặc tính của bê tơng và tác động mơi trường [45]. Sản phẩm được

tạo thànhtừ lõi, thân cây ngô, rơm,bã mía, xơ dừa, trấu, mùn cưa, gỗ vụn, xi măng,

xỉ than... kết hợp với chấttạo bọt được làm từ da động vật, nhựacây và phụ gia. Bêtông được tạo ra khơng cần trải qua q trình nung để tạo liên kết nên khơng phát

sinh khóibụi, chấtthải. Trọng lượng của lm3 bê tôngnhẹ là 300kg sovới 2,7 tấn của

bê tơngthơngthường,nên cóthểnổi trên mặtnước, khơng thấm nước, cóthể sử dụng

trong cơng trình xây dựng dân dụng,hệthốngkênhmương thủy lợi, đường giao thông [46].

<i><b>1.3.4 ứngdụng của than sinhhọc</b></i>

.Hàm lượng cacbon cao của than sinh học (65-90%) và diện tích bề mặt cao do các

vi hạtlà hai đặc tính chínhcung cấp cho than hoạt tính với cácứng dụng đáng chú ý

của nó trong các phản ứng hóa học, lọc/làm sạch vàcác ứng dụng hấp phụ [47]. Dođó, sự tương đồng giữa than sinh học và than hoạt tính đã dẫn đến nhiều nghiên cứuvề ứng dụng của than sinh học như mộtchất thay thế than hoạttính.

Than hoạt tính có diện tích bề mặt thường dao động từ 500-1600 m2/g, cho phép thực hiện các ứng dụng nói trên. Than sinhhọc được sản xuất bằng cách nhiệtphân ở nhiệt

độthấp có thểcó đặc tính diện tích bề mặtthấp đến 0,7-13,6 m2/g,trong khi than sinh

học được sản xuất bằng nhiệt phân ở nhiệt độ cao có đặc tính diện tích bề mặt caohơn, cao tới 460 m2/g [48].

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<i><b>ỉ. 3.4.2 Tiền chấtcho than hoạt tính</b></i>

Than sinh học có đặc tính diện tích bề mặt cao có thể được sử dụng trựctiếp làm thanhoạt tính năng suất thấp, nhưngthan sinh học có diện tích bề mặtthấp thường được

sử dụng làm tiền chất cho than hoạt tính. Khi được sử dụng làm tiền chất, than sinh

học đầu tiên được xử lý bằng axithoặc bazơmạnh và sau đó đượcđun nóng đến 1200 °C [49]. Nhiệt độ, lựa chọn thuốc thử hóahọc, thuốc thử hóa học với tỷ lệthansinh học, và tốc độ dòng nito đều ảnh hưởng đến sự pháttriển độ xốp [49, 50]. Cácnhà nghiên cứu trước đây sản xuất than hoạt tính thông qua phưong phápnày đã tạo

500-ra các sản phẩm có diện tíchbề mặt gấp 50 lần diện tích bề mặt của vậtliệu ban đầu có bề mặt các khu vực cao tói 1500 m2/m3 [49].

<i><b>ỉ. 3.4.3 Lọcnước thải</b></i>

Có thể đạt được diện tích bề mặt của than hoạt tính, than sinh học đã được chứngminh là một giải pháp thay thế hiệu quả về mặt chi phí cho than hoạt tính và trongmột số trường hợp, than sinh học được chứng minh là có thể so sánh, hoặc thậm chí tốt hơn than hoạt tính trong việc lọc nước / chất thải [51-53]. Khơng cần xử lýbazơ/axit và qtrình kích hoạt trước/sau, than sinh học vềcơbản rẻ hơn đángkể đểsản xuất, với giáhịavốn củathan sinh học ước tính là 246 đơ laMỹ/tấn, so với thanhoạt tính là 1500 đơ la Mỹ/tấn [54-56].

Do hiệu quả của than sinh học trong việc hấp phụ các chấtgằyô nhiễm hữu cơ/vôcơ,

than sinh họclàmộtlựa chọn hợplý chocác ứng dụng trongđó than hoạt tính truyền

thống chi phí cao sẽ khơng khảthi, chẳng hạn như cống thốt nước mưa, xử lýnước

đơthị, kiểm sốt dịng chảy nông nghiệp hoặc xử lý nước/nướcthải với kết quả thấp

hoặccác khu vực nông thôn [51].

<i><b>ỉ. 3.4.4 Xửỉỷmùi</b></i>

Giống như than hoạt tính, than sinhhọc được sử dụng thường xun vì khả năng kiểm sốt mùi của nó. Các nghiên cứu vềsự hấp phụ của các phân tử trong khơngkhí gâyramùi hơi của phằn cho thấy rằng than sinh học có nguồn gốc từ gỗ tre, gỗ thông và

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

phân người, hoạt động bình đẳng với nhau và có hiệu suất hấp phụ mùi bằng thanhoạt tính [57],

<b>1.4Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)</b>

<i><b>1.4.1 Tổngquan</b></i>

(thuộc nhóm chất hoạt động bề mặt cation). CTAB có cơng thức cấu tạo là

([(CiốH33)N(CH3)3]Br)(Hình 1.7) [58].

Hình 1.7 Cấu trúc phân tử của CTAB

Như hầu hết các chất hoạt động bề mặt, CTAB tạo thànhcácmixen trong dungdịch nước. Ở 300 K (30°C), nó tạo thành các mixen vói số tổng hợp là 75-120 (tuỳthuộcvào phưong pháp xác định, trung bình ~ 95) và mức độ ion hóa a = 0.2-0.1 (điện tíchphân số, vói nồng độtừ thấp đến cao) [59].

<i><b>ỉ. 4.2 Độctính</b></i>

được sử dụng trong các sản phẩm củacon người, cùng với các ứng dụng khác, điều cần thiết là phải nhận thức được các mối nguy hiểm mà chất này chứa đựng. Thử nghiệm trên động vậtcho thấy việcnuốt phải íthon 150gchất này có thể dẫn đến ảnh

hưởng xấu đến sức khỏe hoặc có thểtử vong doCTAB gây bỏng hóa chất khắpthực

quản vàđường tiêu hóa , sau đó có thể gây buồn nơn vànơn mữa [60]. Nếu chất tiếp

tục đi qua đường tiêu hóa, nó sẽ được hấp thu kém ở ruột sau đó bài tiết qua phân [61].

CTAB cùng vói các muối amoni bậcbốn khác thường được sử dụng trong mỹ phẩmởnồng độ lên tới 10%. Mỹ phẩm ởnồng độ đó chỉ được dùng dưới dạng xả như dầu

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

gội đầu. Cácloại mỹ phẩm cịn sót lại khác được coi làchỉ an toàn ởnồng độ 0,25%

hoặc dưới 0,25%. Tiêm vào khoang co thểcủa chuột mang thai cho thấy tác dụng gâyđộc cho phôithai và gây quái thai. Chỉ thấy tác dụng sinh quái thai với liều 10 mg/kg,

trong khi cả hai tác dụng đều thấy ở liều 35 mg/kg. Liều uống 50 mg/kg/ngày cũng

cho thấy tácdụng gây độc chophôi thai [61], Các thử nghiệm tương tựđã được hoàn

thành bằng cách cho chuột uống 10, 20 và 45 mg/kg/ngày CTAB trong nước uống của chúng trong một năm. Ở liều 10 và 20 mg/kg/ngày, chuột khơng cóbất kỳ triệu

cân ở chuột đực được cho là do quá trình chuyển hóathức ăn kém hiệu quả hon. Các

xét nghiệm chothấy khơng có thay đổi vi mơ nào đối vói đường tiêu hóa của chuột[62].

<i><b>ỉ. 4.3.1 Trong sinh học</b></i>

Lygiải tế bào là một côngcụ thuận tiện để cô lập một số đại phân tử tồn tại chủ yếu

bên trong tếbào. Màng tếbào bao gồm các nhóm cuối ưa nước và ưa mõ. Do đó, chất

tẩy rửa thường được sử dụng đểhịa tan các màng này vì chúng tưong tác với cảnhómcuối phân cực và khơng phân cực. CTAB đã nổi lên như là sự lựa chọn ưu tiên cho

việc sử dụng sinh học vì nó duy trì tính tồn vẹn của DNA kết tủa trong quá trình

phân lập [63]. Các tế bào thường có nồng độ cao các đại phân tử, chẳng hạn như

glycoprotein vàpolysacarit, đồng kết tủa với DNA trongquá trìnhchiết xuất, làm choDNA được chiết xuất mất đi độ tinh khiết. Điện tích dưong của phân tử CTAB cho

phép nó làm biến tính các phân tử có thể cản trỏ sự cô lập này [64],

<i><b>ỉ. 4.3.2Trong y học</b></i>

thúc đẩy q trình chết rụng tế bào đối vói ung thư đầu và cổ (HNC) [65]. Trong

phưong pháp ống nghiệm, CTAB tưong tác bổ sung với bức xạ Y và cisplatin, hai

chất điều trị HNC tiêu chuẩn. CTAB thể hiện tính kháng ung thư chống lại một số dịng tếbào HNC vói tác động tối thiểu lên các nguyên bào sợi bìnhthườngvà chọn

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

lọckhai thác các sai lệch chuyển hóa đặc hiệu cho bệnh ung thư. Trong ốngnghiệm,CTAB cóthể loại bỏ khảnăng hình thành khối u của các tế bào FaDu và làm chậm

sự phát triển của các khối u đã hình thành. Do đó, bằng cách sử dụng cách tiếp cận

hiệu quả trong phưong pháp ống nghiệm và thử nghiệm y tế đối vói các chủng loại

HNC. CTAB cũng đượcTổ chức Y tế Thế giới (WHO)khuyến nghị sử dụng như một

tác nhânthanh lọc trong quá trình chế biến vắcxin polysaccharide ở hạnguồn [66].

cảm biến và y học [68]. Việc kiểm sốt kích thước và hìnhdạng hạtnano là rấtquan

trọng để điều chỉnh cácthuộc tính của nó. CTAB đãlà mộtthuốc thử được sử dụng

rộng rãi để vừa mang lại sự ổn định cho các hạt nano này cũng như kiểm sốt hình

thái của chúng. CTAB có thể đóng một vai trị trong việc kiểm sốt kích thước và

hình dạng hạt nano bằng cách liên kết có chọn lọc hoặc mạnh mẽ hơn với các mặt tinh thể mới nổi khác nhau.

b) Vật liệu xốp

CTAB được sử dụng làm khuôn mẫu cho báo cáo đầu tiên về các vật liệu huyền phù

được đặt hàng. Các chất rắn vô cơxốp và xốp (với đường kính lỗ xốp lần lượt là <20 Ả và -20-500 Ả) đã được sử dụng làm chất xúc tác và mơi trường hấp phụ vì diện tíchbề mặtbên trong lớn của chúng. Cácvật liệu vi xốp điển hình làchất rắn khung

tinh thể, chẳng hạn như zeolit, nhưng kích thước lỗ rỗng lớn nhấtvẫn dưới2nm, điều này hạn chế rấtnhiều ứng dụng. Ví dụ về chất rắn xốp bao gồm silica và các vật liệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

phân lớp biến đổi, nhưng chúng ln ở dạng vơ định hình hoặc cận tinh thể, với các

lỗ xốp có kích thước khơng đều nhau và phân bố rộng rãi. cần phải chuẩn bị vật liệu trung mơcó trậttự cao với độkết tinh trung bình tốt. Quátrìnhtổng họp chất rắn xốptừ quá trình nung gel aluminosilicate với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt đã

được báo cáo. Vật liệu sở hữu các dãy kênh đồng nhất đều đặn, kích thước của cáckênh nàycó thể được điều chỉnh (trongkhoảng từ 16 Ả đến >100Â) thông qua việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt, hóa chấtphụ trợ và điều kiện phản ứng. Người ta đãđềxuấtrằng sự hình thành của các vật liệu này diễn rabằng cơ chế’khn mẫu’ tinhthể lỏng, trong đó vật liệu silicat tạo thành các bức tường vô cơ giữa các mixen chấthoạt động bề mặt có trật tự. CTAB hình thành các mixen trong dung dịch và các

mixen này tiếptục hình thành cấutrúc trunggian lục giác hai chiều . Tien chat silicon bắt đầu thủy phân giữa các mixen và cuối cùng lấp đầy khoảng trống bang silicondioxide. Mau có thể được loại bỏ thêm bằng cách nung và để lại cấu trúc lỗ rỗng.

trung bình và dẫn đến các vậtliệu silicathuyền phù cótrậttự cao [69].

<b>1.5Các nghiêncứu trong và ngồi nước có liên quan</b>

Trênthế giới có rấtnhiều cơng trình nghiên cứu về ứng dụng phụ phẩm nơngnghiệp

trong việc xử lý, phân hủy các chất hữu cơtrongnước thải. Đơn cử như tác giảPhyoPhyoKyi và cộng sự(2020) đã nghiên cứu loại bỏ tinh thể tím ra khỏi nước thải dệt

nhuộm bằngthan sinh học từ vỏ hạtcọ tương thích với mơ hìnhđẳng nhiệt Langmuir với hệ số hồi quy R2 =0,954 và độ hấp phụ tối đalà 24,45 mg/g [31]. Jamshaid Rashidvà cộng sự (2019) đãtổng hợp sử dụng chức năng tự nhiên của than hoạt tính từ vỏbí ngơ để khử màu metylen xanh chothấy khảnăng hấp phụ metylen xanh caonhất

là 198,15 mg/g với 0,5 g/1 MB trong khối lượng chấthấp phụ ở nồng độ 200 mg/1 và

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

vớiCTAB cho kết quả vỏ cam hấp phụ metylen cam tốt nhấtởphút thứ 50 với 5,881 ppm và vỏcam biến tính với CTAB hấp phụ metylen cam tốt nhất ở phút thứ 50 là 13,34ppm [71]. Zhongxin Hua và cộng sự (2023) đã hấp phụ thuốcnhuộm đỏ Congo

bằngthan sinh học từ vỏ cam biến tính bằng CTAB thì cho thấy vỏcam biếntính với

CTAB hấp phụ được 50 mg/1 thuốcnhuộm đỏ Congotrong thời gian cân bằng là60phút và dung lượng cân bằng là290,1 mg/g, trong khi đó đối với vỏ cam thời gian

cân bằng là 210 phút và dung lượng cân bằng là 155,2 mg/g [72].

Tại Việt Nam cũng đãcónhiều cơng trình nghiên cứu sử dụng phụ phẩmnôngnghiệp

làm vật liệu hấp phụ trong xử lýnước thải dệt nhuộm như “Nghiên cứu chế tạo vật

liệuhấp phụ xử lýchất màu metylen xanh và dầu tràn từ vỏbưởi”của Tống Thị Minh

Thu và Lê ThúyVân (2021) cho kết quả hấp phụ metylen xanhcủa vỏ bưởi đạt hiệu

suất cao nhất là98,1% trong điều kiện pH = 6, nồng độ metylen xanh ban đầu =110 mg/1, liều lượng vỏbưởi =0,35 g, thời gian hấp phụ 75 phút vàthể tích mẫu là 50ml[73]. Tương tự đó thì “Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh bằng bãchè” của ĐỗTrà Hương và Trần Thúy Nga (2014) đến từ Trường Đại Học Sư phạm - Đại học

Thái Nguyên cho thấy khảnăng hấp phụ methylene xanh của bãchè là 178,57 mg/g [74].

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">