Tổng quan một số chất hấp phụ giúp loại bỏ asen trong nước hoặc nước thải

Tổng quan một số chất hấp phụ giúp loại bỏ Asen trong
nước hoặc nước thải
Nguyễn Thị Ngọc Bích1, Đỗ Thị Thu Trang1, Nguyễn Bảo Ngọc1
1

Lớp K22 - Khoa học Môi trường, Khoa Môi trường, Đại học Khoa học Tự nhiên.
/>
1. Tổng quan

Ô nhiễm Asen trong nước là một trong những mối đe dọa lớn đối với sức
khỏe con người. Nhiễm Asen có thể gây những căn bệnh nguy hiểm như ung thư da,
bàng quang, thận, phổi, và nhiều căn bệnh khác. Vì vậy việc nghiên cứu giải pháp
để xử lý asen trong nước là hết sức cần thiết. Hiện nay, trên thế giới đã có rất nhiều
công nghệ xử lý As được nghiên cứu và được ứng dụng trong thực tiễn để loại bỏ
độc tố As trong nước. Một trong các kĩ thuật loại bỏ asen được sử dụng rộng rãi và
đem lại hiệu quả cao hiện nay là phương pháp hấp phụ. Hàng loạt chất hấp phụ mới
được phát triển nhằm nâng cao hiệu quả loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ và vô
cơ trong nước đặc biệt là asen. Chúng đại diện cho một sự thay thế hấp dẫn, là một
chất hấp phụ xúc tác với hoạt tính cao và chọn lọc theo hướng phù hợp với một tác
nhân nào đó. Các chất hấp phụ mới tiên tiến có thành phần, cấu trúc, chức năng và
đặc tính đặc biệt được nghiên cứu áp dụng trong xử lý nước. Trong khuôn khổ các
tài liệu tham khảo tìm được, bài luận sẽ đề cập tóm tắt về một số loại chất hấp phụ
được dùng để loại bỏ asen hiện nay.
2. Cơ sở khoa học

Phương pháp hấp thụ: Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch
triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hoà tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử
lý cục bộ khi trong nước thải có chứa một hàm lượng rất nhỏ các chất đó. Những
chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao. Nếu
các chất cần khử bị hấp phụ tốt và khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn
1

thì việc áp dụng phương pháp này là hợp lý hơn cả. Trong trường hợp tổng quát,
quá trình hấp phụ gồm 3 giai đoạn: Di chuyển các chất cần hấp phụ từ nước thải tới
bề mặt hạt hấp phụ. Thực hiện quá trình hấp phụ; Di chuyển chất ô nhiễm vào bên
trong hạt hấp phụ (vùng khuếch tán trong). Người ta thường dùng than hoạt tính,
các chất tổng hợp hoặc một số chất thải của sản xuất như xỉ tro, xỉ, mạt sắt và các
chất hấp phụ bằng khoáng sản như đất sét, silicagen…Để loại những chất ô nhiễm
như: chất hoạt động bề mặt, chất màu tổng hợp, dung môi clo hoá, dẫn xuất phenol
và hydroxyl…
Một số chất hấp phụ để loại bỏ các chất hữu cơ và vô cơ: Những chất hấp
phụ có thể là : than hoạt tính, silicagel, nhựa tổng hợp có khả năng trao đổi ion,
cacbon sunfua, than nâu, than bùn, than cốc, đôlômit, cao lanh, tro và các dung dịch
hấp phụ lỏng. Bông cặn của những chất keo tụ (hydroxit của kim loại) và bùn hoạt
tính từ bể aeroten cũng có khả năng hấp phụ.
2.1.

Carbon than hoạt tính
Than hoạt tính để xử lý nước lần đầu tiên được báo cáo tại Hoa Kỳ vào năm
1930. Than hoạt tính là một vật liệu có độ xốp cao, ở dạng thô của than chì với cấu
trúc ngẫu nhiên và vô định hình với nhiều lỗ (khoảng trống) có kích thước khác
nhau từ những vết nứt có thể nhìn thấy được cho đến những vết có kích thước phân
tử. Dưới kính hiển vi, một hạt than như một tổ kiến, Vì thế, diện tích tiếp xúc bề
mặt của nó rất rộng để hấp thụ tạp chất. (Tùy theo nguyên liệu gốc, tổng diện tích
bề mặt của 1/2kg than hoạt tính còn rộng hơn cả một sân bóng đá). Than hoạt tính
được chế biến từ dầu mỏ than cốc, vỏ dừa, , than gỗ, vỏ trấu, đường, phân bón chất
thải, mùn cưa, than đen, chất thải lốp cao su, … Carbon hoạt tính được sử dụng
rộng rãi cho hấp phụ As (III) và As (V) từ nước. Một số than hoạt tính đã được
ngâm tẩm với bạc kim loại và đồng cũng được sử dụng để loại bỏ asen trong nước
hoặc nước thải. Khả năng hấp phụ phụ thuộc vào tính chất hoạt tính, tính chất hóa

học của chất hoạt hóa, nhiệt độ, pH, cường độ ion, vv Sự hấp phụ của các ion kim
loại trên carbon phức tạp hơn hấp phụ các chất hữu cơ vì việc loại các ion kim loại
này ảnh hưởng tới giải pháp loại asen. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại
than hoặc tính khác nhau, tuy nhiên chỉ một số ít trong số đó, với giá thành khá cao


có khả năng loại bỏ kim loại năng. Do đó, các nguyên liệu thay thế, rẻ tiền mà vẫn
mang lại hiệu quả đang được tìm kiếm.
Các loại than hoạt tính được sản xuất bởi quá trình cacbon hóa ở nền nhiệt
tăng chậm và hiếm khí. dưới 600oC. Việc này loại bỏ các chất dễ bay hơi. Sau đó
được hoạt hóa bằng cách xử lý với các phần tử oxyt hóa (như hơi nước, CO 2 hoặc
O2) ở nhiệt độ cao hoặc với chất hoạt tính hóa học như ZnCl 2, H2PO4, H2SO4, K2S,
…. sẽ hoàn thiện quá trình hoạt hóa. Các phần tử hoạt hóa hóa học có thể tạo ra các
liên kết chéo và từ đó hình thành thể cứng, dễ bay hơi khi còn lượng nhỏ ở nhiệt độ
2.2.

cao.
Chất hấp phụ chi phí thấp
Than hoạt tính là vật liệu hấp phụ phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi
trong xử lý nước thải trên toàn thế giới, nhưng giá thành cao và chi phí tái sinh của
than hoạt tính giới hạn quy mô sử dụng lớn của nó trong việc loại bỏ các chất ô
nhiễm vô cơ và hữu cơ, và điều này là động lực để các nhà nghiên cứu tìm kiếm vật
liệu hấp thụ mới với chi phí thấp.
Quá trình hấp phụ asen bằng cách sử dụng vật liệu tự nhiên hoặc các sản
phẩm thải từ hoạt động công nghiệp hoặc nông nghiệp đã nổi lên như một lựa chọn
cho việc phát triển các quy trình xử lý nước thải mang tính kinh tế và sinh thái thân
thiện. Nhiều chất hấp phụ chi phí thấp cho đến nay đã được nghiên cứu để loại bỏ
asen khỏi nước và nước thải. Cây khô, bùn đỏ, tro bay, zeolit, xỉ lò cao,
hydrotalcites, hydroxit và chất hấp phụ sinh học là các vật liệu hấp phụ nhưng rất ít
đề cập đến.

Chất thải nông nghiệp là các sản phẩm, hiện nay không sử dụng hoặc chưa
được tận dụng làm thức ăn cho động vật. Chất thải nông nghiệp/phụ phẩm như vỏ
trấu đã được sử dụng để loại bỏ Asen ra khỏi nước/nước thải. Sự hấp thụ tối đa xảy
ra khi dùng 0,01 mol/l của HNO 3, HCl, H2SO4 hoặc HClO4 sử dụng 1,0g chất hấp
phụ cho 5.97 × 10-3 mol/l Asen trong 5 phút. Các đường đẳng nhiệt Freundlich
được tiếp nối qua khoảng nồng độ từ 8,69 × 10 -5 đến 1,73 × 10-3 mol/l asen (l/n =
0,83 và K = 4,43 mmol/g). Trấu không được xử lý đã được sử dụng cho dịch nước
asen khắc phục. Khử (sử dụng cột trấu) của cả hai loại As (III) và As (V) trong loại


bỏ Asen đã đạt được trong các điều kiện sau: ban đầu, 100 g / L; lượng trấu, 6 g;
Kích thước trung bình hạt, 780 và 510 m; tỷ lệ, 6,7 và 1,7 ml / phút chảy; và pH, 6.5
và 6.0, tương ứng. Giải hấp (71-96%) cũng đã đạt được với 1 M của KOH.
Than non, than bùn, than xương và than sinh học sử dụng trong xử lý nước
thải đã nhận được sự quan tâm ngày càng tăng. Nguyên liệu này có thể thay thế tốt
cho than hoạt tính. Chúng rất dồi dào, rẻ tiền và có sẵn tại nhiều địa phương. Asen
(V) di chuyển từ dung dịch nước của hỗn hợp hydroxy lapatite tổng hợp và barit
hoặc than xương được thực hiện trong khoảng nồng độ 4-100 mg/L. Mặc dù các
hỗn hợp hydroxylapatite và barit đã có một ảnh hưởng nhỏ về nồng độ asen, than
xương đã thể hiện là một chất hấp phụ hiệu quả đối với As (V) trong khoảng pH từ
2-5.
( />oval_adsorbents.pdf)
Than sinh học hình thành từ các sản phẩm từ gỗ / vỏ cây nhiệt phân, đã được
nghiên cứu như các chất hấp phụ cho việc loại bỏ các AS 3+ , Cd2+, Pb3 trong nước.
Vỏ cây sồi, vỏ cây thông, gỗ sồi, gỗ thông thu được từ quá trình nhiệt phân nhanh ở
400 và 450 ◦C trong một lò phản ứng khoan và đặc trưng. Nghiên cứu sorption
được thực hiện ở nhiệt độ khác nhau, pH và vững chắc để các tỷ lệ chất lỏng trong
chế độ hàng loạt. Hấp thụ tối đa xảy ra trên một phạm vi pH 3-4 cho asen và 4-5 chì
và cadmium. Các dữ liệu đã được mô hình cân bằng với sự giúp đỡ của Langmuir
và Freundlich phương trình. Nhìn chung, các dữ liệu đã được trang bị tốt với cả hai

mô hình, với một chút lợi thế cho mô hình Langmuir. As (III) loại bỏ theo thứ tự:
char gỗ thông (1.20g / g) cây char (12,15 g / g). Nghiên cứu này cho thấy rằng sản phẩm phụ chars từ sản
xuất dầu sinh học có thể được sử dụng các chất hấp phụ rẻ tiền là rất dồi dào cho xử
lý nước (arsenic xử lý) với giá trị trên giá trị nhiên liệu tinh khiết của họ. Các
nghiên cứu thêm các ký tự như vậy, cả hai không được điều trị và sau khi kích hoạt,
seemwarranted như một phần của nỗ lực để tạo ra các sản phẩm phụ có giá trị từ
biorefineries.


Gần đây, các vật liệu nano hoạt động của chất hấp phụ đang phân tích để
tăng thải hiệu quả điều trị. Phương pháp hấp phụ As (III) và As (V) dựa trên năm
chất hấp thụ khác nhau là than hoạt tính (AC), absorptions mittel 3 (AM3), hạt
hydroxit sắt (GIH), sắt hoá trị không (FEo), than hoạt zirconi-nạp (Zr-AC ). Hàng
loạt và phương pháp cột đã được sử dụng. Các sorption của arsenate theo trình tự
Zr-AC >> GIH = AM3> FE0> AC (Daus et al., 2004). As-GAC để xử lý asen từ
uống bốc sắt tối đa nước là 7,89% cho draco 20 × 50 và 7.65% khối lượng cho
draco 20 × 40. Diện tích bề mặt riêng BET và độ xốp đều giảm sau khi ngâm tẩm
sắt Dung lượng hấp phụ tối đa không được điều trị GAC GAC-Fe (0.05m), GACFe-O2 (0.05m), GAC-Fe-H2O (0.05m) GAC-Fe-Nalco (0.05m), là 3,78 × 101, 2,96
× 103, 1,93 × 103, 3,94 × 103, 6.57 × 103 mg As / lần lượt As (III) và As (V) di
chuyển từ nước đã được nghiên cứu sử dụng một carbon char (CC) có nguồn gốc
tro fromfly. Sự hấp thụ tối đa ở điều kiện tối ưu (159ppm, pH 7,2) là 30,5 mg/g. và
(490ppm, pH 2,2) là 34,5 mg / g cho CC và AC tương ứng [30]. Hiệu quả của As
(V) hấp phụ bằng than hoạt tính được sản xuất từ yến mạch thân tàu được giảm
3,09-1,57 ASG-1 khi giá trị của pH tăng 5-8.
Các As (V) loại bỏ bởi một than hoạt sắt tẩm sử dụng các mô hình phức bề
mặt (SCM) là phụ thuộc mạnh mẽ. Than hoạt tính được điều trị bằng dung dịch
muối sắt để cải thiện khả năng hấp thụ asen với nồng độ muối, pH, và thời gian tiếp
xúc. Than hoạt tính đã được chuẩn bị từ vỏ dừa carbon với 1.8 phần trọng lượng
axit sulfuric (18M) ở 150ºC trong 24 h. Các vật liệu carbon (CHC) nước đã được

rửa sạch để loại bỏ acid và sấy khô ở 105ºC. Các trạm y tế xã (10 g) được trộn với
100ml dung dịch / L đồng m mol 100 (pH ban đầu 8,5). Hỗn hợp được lắc trong 24
giờ ở 30 o C và lọc. Kết quả là đồng tẩm dừa vỏ carbon (CuCHC) là nước rửa sạch
cho đến khi dịch lọc đã đồng miễn phí. Optimum As (III) điều kiện hấp phụ trên
than hoạt tính đồng tẩm này đã được thành lập. Khả năng hấp phụ tối đa xảy ra tại
pH 12.0. Công suất tăng đi từ 30ºC đến 60ºC. Chất hấp phụ đã dành được tái tạo
bằng cách sử dụng 30% H2O2 trong 0,5m HNO3. Zirconium nạp than hoạt tính để
loại bỏ asen từ dung dịch nước. Ủi có chứa carbon mao (IMC) trên silica cám dỗ
cho asen loại bỏ. Các IMC đã có một diện tích bề mặt BET của 401m2 / g. hơi thấp


hơn so với các mao carbon (503 m2 / g). Khả năng hấp thụ tối đa 5,96 mg As / g
cho arsenite và 5,15 mg As /g cho arsenate đã thu được.
Mondal et al., 2006 đã nghiên cứu arsenic lấy ra từ một mô phỏng nước
ngầm bị ô nhiễm bởi sự hấp phụ lên Fe3 + -impregnated hạt than hoạt tính (GACFe) trong sự hiện diện của Fe2 +, Fe3 +, Mn2 +. Những ảnh hưởng của thời gian
lắc, pH, và nhiệt độ vào việc loại bỏ tỷ lệ phần trăm của As (III), As (V), Fe2 +, Fe3
+, và Mn có được báo cáo. Thời gian lắc để xử lý asen tối ưu là 8h cho GAC-Fe và
12h cho GAC, tương ứng. Như tối đa (V) và As (III) loại bỏ được trong phạm vi pH
5-7 và 9-11, tương ứng, cho cả các vật liệu hấp phụ.
Sự hấp thụ asen khỏi nước uống bằng nhôm nạp shirasu-zeolite (AL-SZP1)
là hơi phụ thuộc vào độ pH ban đầu trên một phạm vi rộng. Việc hấp thụ các ion As
(V) được desorbed bởi 40mm NaOH dung dịch nước. So sánh hai oxit để loại bỏ
asen bằng phosphate và mangan oxit và điều tra sự hấp thụ theo giá trị khác nhau
pH, diện tích bề mặt, và thời gian tiếp xúc. Hiện tại Phosphate oncentration của
600μg / L đã có một ảnh hưởng xấu đến As (III) loại bỏ và làm giảm hiệu suất tổng
thể từ 80% đến 30%. Tuy nhiên, phốt phát không ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa
của As (III). Di asenat từ nước với alumina kích hoạt (AA) và sắt oxit tẩm AA.
Sự hấp thụ của As (V) vào molybdate tẩm gel chitosan hạt và báo cáo rằng
dung lượng hấp phụ tăng lên với sự thẩm thấu và độ pH tối ưu là 3,0. Chitosan bột,
thu được từ vỏ tôm, đã được chuyển đổi thành dạng hạt và được sử dụng để loại bỏ

asen từ nước trong cả hai đợt và quá trình liên tục . Bùn đỏ là một loại vật liệu
hydroxit sắt, các sản phẩm của luyện và tinh quặng chứa vàng, coban, bạc, đồng và
sắt. Arsenic hấp phụ trên bùn đỏ là pH phụ thuộc và một phạm vi pH dung dịch axit
có 1,1-3,2 ưa chuộng As (V) loại bỏ trong khi môi trường nước kiềm (pH ~ 9,5) là
hiệu quả đối với As (III) loại bỏ . Nhiệt và acid điều trị bùn đỏ cũng đã được báo
cáo là có khả năng hấp phụ tốt hơn để xử lý asen. Tro bay là một trong những tồn
dư được tạo ra trong quá trình đốt than. Nó thường được chụp từ các ống khói của
các cơ sở sản xuất điện. Loại bỏ arsenate ở pH 4 đã được báo cáo cao hơn ở pH 7
hoặc 10 bằng cách sử dụng tro bay thu thập từ các nhà máy điện than.


6.3 Chất hấp phụ sinh học - Biosoprtion
Biosorption là một cố định thụ động của kim loại bằng sinh khối. Cơ chế của
tế bào bề mặt hấp phụ là gây ra các quá trình chuyển hóa tế bào. Đây là những sự
tương tác hóa lý giữa kim loại và các nhóm chức năng của tế bào. Vách tế bào vi
sinh vật chủ yếu bao gồm các polysaccharides, lipid, protein. Các đặc tính của sinh
khối được nghiên cứu Chitosan, một trong những bioadsorbents phổ biến, được sản
xuất từ chitin, đó là các yếu tố cấu trúc trong xương ngoài của động vật giáp xác,
tôm, cua, sò vv hấp phụ As (V) vào molybdate tẩm gel chitosan bead và báo cáo
rằng dung lượng hấp phụ tăng lên với sự thẩm thấu và độ pH tối ưu là 3,0. Chitosan
bột, thu được từ vỏ tôm, đã được chuyển đổi thành dạng hạt và được sử dụng để
loại bỏ asen từ nước trong cả hai đợt và quá trình liên tục. Bio-char, men methyl
hóa, sinh khối nấm sinh khối, lông gà, alginate, một loại tảo, chất thải trà đen bằng
cách lên men được sử dụng như một chất hấp phụ để xử lý asen trong dung dịch
nước. Các sợi tóc của con người như các chất hấp phụ được sử dụng.

2.3.

/> />So sánh, đánh giá
Các khả năng hấp phụ của các chất hấp phụ khác nhau được thử nghiệm cho

As (III) và As (V) di dời được tóm tắt trong Bảng 5. Nó là rất khó để so sánh trực
tiếp khả năng hấp phụ do sự thiếu nhất quán trong các dữ liệu văn học. Khả năng
hấp phụ được đánh giá ở pH khác nhau, nhiệt độ, Là dãy nồng độ, liều lượng hấp
phụ và As (III) / As (V) tỷ lệ. Các chất hấp phụ được sử dụng để xử lý nước ngầm,
nước, nước thải công nghiệp tổng hợp, và nước thải thực tế, vv Các loại và nồng độ
của các ion can thiệp khác nhau và ít khi ghi uống. Một số khả năng hấp phụ được
báo cáo trong các thí nghiệm hàng loạt và những người khác trong Odes cột. Chúng
không thể được so sánh với nhau. Trong các thí nghiệm hấp phụ lô, khả năng hấp
phụ được tính toán bởi các đường đẳng nhiệt Langmuir hoặc các đường đẳng nhiệt
Freundlich hoặc thí. Điều này làm cho sự so sánh phức tạp hơn để theo đuổi. Nói
cách khác, so sánh trực tiếp các chất hấp phụ được thử nghiệm là chủ yếu không
thể. Giữ những dữ kiện đó, một số (Bảng 5) một số chất hấp phụ có khả năng rất
cao đã được lựa chọn và so sánh sử dụng một sơ đồ thanh 3D (Fig. 7).


Rõ ràng, một số chất hấp phụ chi phí thấp phát triển từ chất thải nông nghiệp,
chất thải công nghiệp có năng lực vượt trội. Chúng bao gồm xỉ điều trị, cacbon phát
triển từ chất thải nông nghiệp (cacbon char và cacbon vỏ dừa), biosorbents (cố định
sinh khối, nước cam ép dư), goethite, vv (Hình. 7). Một số chất hấp phụ thương
mại, trong đó bao gồm nhựa, gel, silica, silica điều trị thử nghiệm để xử lý asen
cũng thực hiện tốt. So sánh Chất hấp thụ bởi diện tích bề mặt một mình là khó khăn.
Sự hấp phụ các chất hữu cơ thường là phụ thuộc vào khu vực adsorbents'surface.
Các cao hơn các diện tích bề mặt lớn hơn là hấp phụ. Nhưng điều này là thường
không đúng đối với kim loại ion / chất vô cơ hấp phụ. Các yếu tố như trao đổi và
lượng mưa có thể đóng góp hoặc chiếm ưu thế.
Trong số rất nhiều so Chất hấp thụ trong việc xem xét cố định sinh khối này
biểu diễn xuất sắc được cung cấp (Hình. 7). Các điều kiện làm việc trong các nghiên
cứu này có thể được mô phỏng cho các ứng dụng mô lớn để lọc nước uống.
Hình + bangr
Kêt luận