I. Tổng quan về ô nhiễm amoni và phương pháp xử lý
Luận án tập trung vào vấn đề ô nhiễm amoni trong nước ngầm tại Việt Nam, đặc biệt ở các khu vực miền Bắc và miền Nam. Amoni là một trong những chất gây ô nhiễm phổ biến, vượt quá giới hạn cho phép theo quy chuẩn quốc gia. Các phương pháp xử lý amoni bao gồm làm thoáng, clo hóa, trao đổi ion, hấp phụ và sinh học. Trong đó, hấp phụ bằng vật liệu như than sinh học và zeolite được đánh giá là hiệu quả và tiềm năng. Tuy nhiên, các vật liệu hiện có thường có dung lượng hấp phụ thấp, đòi hỏi nghiên cứu cải tiến.
1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni
Nước ngầm tại Việt Nam, đặc biệt ở các tỉnh như Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hải Dương, và Hà Nội, bị ô nhiễm amoni nghiêm trọng. Hàm lượng amoni vượt quá giới hạn cho phép nhiều lần, gây rủi ro cho sức khỏe người dân. Nguyên nhân chính là do hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt không được kiểm soát.
1.2. Phương pháp xử lý amoni
Các phương pháp xử lý amoni bao gồm làm thoáng, clo hóa, trao đổi ion, hấp phụ và sinh học. Hấp phụ bằng vật liệu như than sinh học và zeolite được ưa chuộng do hiệu quả và chi phí thấp. Tuy nhiên, các vật liệu hiện có thường có dung lượng hấp phụ thấp, cần được cải tiến thông qua biến tính để tăng hiệu suất.
II. Nghiên cứu chế tạo than biến tính từ lõi ngô
Luận án đề xuất phương pháp chế tạo than biến tính từ lõi ngô, một phụ phẩm nông nghiệp dồi dào và rẻ tiền tại Việt Nam. Quy trình bao gồm nhiệt phân lõi ngô ở nhiệt độ thích hợp và biến tính bằng axit nitric (HNO3) hoặc axit photphoric (H3PO4). Kết quả cho thấy than biến tính có dung lượng hấp phụ amoni cao hơn gấp 3-5 lần so với than sinh học thông thường.
2.1. Quy trình chế tạo than sinh học
Quy trình chế tạo than sinh học từ lõi ngô bao gồm nhiệt phân ở nhiệt độ từ 400-700°C trong điều kiện hạn chế oxy. Nhiệt độ và thời gian nhiệt phân được tối ưu hóa để đạt hiệu suất cao nhất. Kết quả cho thấy nhiệt độ 500°C và thời gian 2 giờ là tối ưu.
2.2. Biến tính than sinh học
Than sinh học được biến tính bằng axit nitric (HNO3) hoặc axit photphoric (H3PO4) để tăng số lượng nhóm chức axit trên bề mặt, từ đó tăng khả năng hấp phụ amoni. Kết quả cho thấy than biến tính bằng HNO3 đạt dung lượng hấp phụ lên đến 22,6 mg/g, cao hơn đáng kể so với than không biến tính.
III. Ứng dụng than biến tính trong xử lý amoni
Luận án đánh giá hiệu quả của than biến tính trong xử lý amoni bằng hai kỹ thuật: hấp phụ tĩnh và hấp phụ động. Kết quả cho thấy than biến tính có khả năng loại bỏ amoni hiệu quả trong cả môi trường nước giả định và nước thải thực tế. Đặc biệt, kỹ thuật hấp phụ động trên cột pilot cho thấy hiệu suất cao và ổn định.
3.1. Hấp phụ tĩnh
Kỹ thuật hấp phụ tĩnh được sử dụng để đánh giá khả năng loại bỏ amoni của than biến tính. Các yếu tố như pH, thời gian tiếp xúc và nồng độ amoni được khảo sát. Kết quả cho thấy pH tối ưu là 7 và thời gian tiếp xúc 120 phút đạt hiệu suất cao nhất.
3.2. Hấp phụ động
Kỹ thuật hấp phụ động được thực hiện trên cột pilot để mô phỏng điều kiện thực tế. Các yếu tố như lưu lượng nước, chiều cao cột và nồng độ amoni được tối ưu hóa. Kết quả cho thấy than biến tính có khả năng loại bỏ amoni hiệu quả và ổn định trong thời gian dài.
IV. Đóng góp khoa học và thực tiễn
Luận án đã xác định được quy trình chế tạo than biến tính từ lõi ngô, tăng dung lượng hấp phụ amoni lên đến 22,6 mg/g. Nghiên cứu cũng cung cấp các thông số động học và nhiệt động học của quá trình hấp phụ, làm cơ sở cho các ứng dụng thực tế. Than biến tính từ lõi ngô có tiềm năng lớn trong xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt ở các khu vực nông thôn.
4.1. Đóng góp khoa học
Luận án đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu cho quy trình chế tạo và biến tính than từ lõi ngô. Các thông số động học và nhiệt động học của quá trình hấp phụ amoni cũng được nghiên cứu chi tiết, cung cấp cơ sở lý thuyết quan trọng.
4.2. Đóng góp thực tiễn
Than biến tính từ lõi ngô có thể được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước sinh hoạt, đặc biệt ở các khu vực nông thôn nơi nguồn nước bị ô nhiễm amoni nghiêm trọng. Chi phí thấp và nguồn nguyên liệu dồi dào làm cho phương pháp này có tính khả thi cao.
