I. Tổng quan về Hydroxyapatite và ứng dụng
Hydroxyapatite (HAp) là một khoáng chất tự nhiên có cấu trúc tương tự xương và răng người. Với tính chất sinh học cao, HAp được ứng dụng rộng rãi trong y sinh và xử lý môi trường. Luận văn tập trung vào việc điều chế HAp từ vỏ sò, một nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào, nhằm tạo ra vật liệu hấp phụ hiệu quả cho xử lý nước thải. Vỏ sò chứa hàm lượng canxi cacbonat cao, là nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp HAp. Nghiên cứu này không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà còn tận dụng phế thải từ ngành thủy sản, góp phần phát triển bền vững.
1.1. Tính chất và vai trò của Hydroxyapatite
Hydroxyapatite có công thức hóa học Ca10(PO4)6(OH)2, là vật liệu sinh học quan trọng nhờ khả năng tương thích sinh học và độ bền cơ học cao. HAp được sử dụng trong y tế để làm vật liệu cấy ghép xương, răng và trong xử lý môi trường để hấp phụ các ion kim loại nặng như Cd2+ và Ni2+. Tính chất hấp phụ của HAp phụ thuộc vào diện tích bề mặt, kích thước hạt và cấu trúc tinh thể. Nghiên cứu này khẳng định tiềm năng của HAp trong việc xử lý nước thải công nghiệp.
1.2. Ứng dụng của Hydroxyapatite trong xử lý nước thải
HAp được sử dụng như một vật liệu hấp phụ hiệu quả để loại bỏ các ion kim loại nặng từ nước thải. Cơ chế hấp phụ của HAp dựa trên sự trao đổi ion và hấp phụ hóa học. Kết quả nghiên cứu cho thấy HAp điều chế từ vỏ sò có khả năng hấp phụ Cd2+ và Ni2+ với hiệu suất cao, đạt dung lượng hấp phụ tối đa lần lượt là 217,391 mg/g và 303,03 mg/g. Điều này chứng tỏ HAp là vật liệu tiềm năng trong công nghệ xử lý nước.
II. Phương pháp điều chế Hydroxyapatite từ vỏ sò
Quy trình điều chế Hydroxyapatite từ vỏ sò bao gồm các bước: làm sạch, nghiền, trộn với muối amoni dihydrophotphat và nung ở nhiệt độ cao. Vỏ sò được rửa sạch bằng sóng siêu âm, sấy khô và nghiền thành bột mịn. Bột CaCO3 từ vỏ sò được trộn với muối amoni dihydrophotphat theo tỷ lệ mol Ca/P tối ưu (1,67/1), sau đó nung ở 900°C trong 4 giờ để thu được HAp tinh khiết. Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp và thân thiện với môi trường, phù hợp để sản xuất HAp quy mô lớn.
2.1. Quy trình xử lý vỏ sò
Vỏ sò được thu gom, rửa sạch bằng thiết bị sóng siêu âm để loại bỏ tạp chất, sau đó sấy khô và nghiền bi trong 2 giờ. Huyền phù thu được được lọc qua rây lọc 63µm và sấy khô để thu bột CaCO3. Quy trình này đảm bảo nguyên liệu đầu vào sạch và đồng nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tổng hợp HAp.
2.2. Tổng hợp Hydroxyapatite
Bột CaCO3 từ vỏ sò được trộn với muối amoni dihydrophotphat theo tỷ lệ mol Ca/P tối ưu (1,67/1), nghiền bi trong 2 giờ và nung ở 900°C trong 4 giờ. Sản phẩm thu được là HAp tinh khiết, được xác định bằng các phương pháp phân tích như XRD, FT-IR, SEM và BET. Kết quả cho thấy HAp có cấu trúc tinh thể đồng nhất, kích thước hạt nano và diện tích bề mặt lớn, phù hợp cho ứng dụng hấp phụ.
III. Ứng dụng Hydroxyapatite trong xử lý nước thải
Hydroxyapatite điều chế từ vỏ sò được nghiên cứu để hấp phụ các ion kim loại nặng Cd2+ và Ni2+ từ nước thải. Kết quả cho thấy thời gian hấp phụ cân bằng đối với Cd2+ là 8 giờ và Ni2+ là 12 giờ. Cơ chế hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, với dung lượng hấp phụ tối đa lần lượt là 217,391 mg/g và 303,03 mg/g. HAp cũng cho thấy hiệu quả cao ở pH tối ưu (pH 7 cho Cd2+ và pH 6 cho Ni2+). Nghiên cứu này chứng minh tiềm năng của HAp trong việc xử lý nước thải công nghiệp.
3.1. Khả năng hấp phụ ion Cd2
HAp thể hiện khả năng hấp phụ Cd2+ hiệu quả với thời gian cân bằng 8 giờ và dung lượng hấp phụ tối đa 217,391 mg/g. Cơ chế hấp phụ tuân theo mô hình Langmuir, chứng tỏ quá trình hấp phụ là đơn lớp và hóa học. Kết quả này khẳng định HAp là vật liệu tiềm năng để xử lý nước thải chứa Cd2+.
3.2. Khả năng hấp phụ ion Ni2
Đối với Ni2+, HAp đạt thời gian cân bằng 12 giờ và dung lượng hấp phụ tối đa 303,03 mg/g. Cơ chế hấp phụ cũng tuân theo mô hình Langmuir, cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ Ni2+ từ nước thải. Nghiên cứu này mở ra hướng ứng dụng mới cho HAp trong công nghệ xử lý nước.
