I. Giới thiệu và hiện trạng ô nhiễm nước
Luận án tập trung vào nghiên cứu biến tính than hoạt tính để xử lý các ion độc hại trong nước, đặc biệt là amoni, asen và kim loại nặng. Hiện trạng ô nhiễm nước ngầm tại Việt Nam, đặc biệt ở các thành phố lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, đang ở mức báo động. Các nguồn nước này bị ô nhiễm bởi amoni, asen và kim loại nặng như Pb, Fe, Mn. Các phương pháp xử lý truyền thống như sinh học, oxi hóa bằng clo, và trao đổi ion vẫn còn nhiều hạn chế. Than hoạt tính được xem là vật liệu tiềm năng nhờ tính ổn định, chi phí thấp và khả năng tái sinh.
1.1. Hiện trạng ô nhiễm amoni và asen
Amoni và asen là hai chất ô nhiễm phổ biến trong nước ngầm. Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, hàm lượng amoni vượt quá giới hạn cho phép ở nhiều khu vực. Asen, một chất độc hại, cũng được phát hiện với nồng độ cao, đặc biệt ở các vùng nông thôn. Các phương pháp xử lý hiện tại chưa đạt hiệu quả cao, đòi hỏi các giải pháp công nghệ mới.
1.2. Vai trò của than hoạt tính trong xử lý nước
Than hoạt tính là vật liệu có bề mặt xốp, khả năng hấp phụ cao, và ổn định trong môi trường axit và bazơ. Tuy nhiên, than hoạt tính thông thường không hiệu quả trong việc xử lý các ion. Biến tính than hoạt tính bằng các phương pháp oxi hóa giúp tạo ra các nhóm chức axit trên bề mặt, tăng khả năng trao đổi ion và hấp phụ các chất độc hại.
II. Phương pháp nghiên cứu và biến tính than hoạt tính
Luận án sử dụng các phương pháp oxi hóa than hoạt tính bằng HNO3, KMnO4, và K2Cr2O7 để tạo ra các vật liệu biến tính. Các phương pháp phân tích như SEM, EDX, IR, và BET được sử dụng để đánh giá đặc trưng bề mặt của vật liệu. Kết quả cho thấy, oxi hóa bằng HNO3 đạt hiệu quả cao nhất trong việc tạo ra các nhóm chức axit, tăng khả năng trao đổi ion.
2.1. Oxi hóa than hoạt tính bằng HNO3
Oxi hóa than hoạt tính bằng HNO3 tạo ra các nhóm chức axit cacboxylic trên bề mặt, làm tăng khả năng trao đổi ion với các cation như NH4+. Phương pháp này đạt dung lượng hấp phụ cao nhất so với các tác nhân oxi hóa khác.
2.2. Đánh giá đặc trưng vật liệu
Các phương pháp phân tích như SEM, EDX, và IR được sử dụng để xác định cấu trúc bề mặt và thành phần hóa học của than biến tính. Kết quả cho thấy, than oxi hóa có diện tích bề mặt lớn hơn và các nhóm chức axit được hình thành rõ rệt.
III. Ứng dụng và kết quả nghiên cứu
Luận án đã ứng dụng than biến tính để xử lý các ion độc hại như NH4+, As(III), và Cr(VI). Kết quả cho thấy, than oxi hóa bằng HNO3 có khả năng trao đổi ion cao với NH4+ và hiệu quả hấp phụ As(III) và As(V) sau khi gắn Mn và Fe. Ứng dụng thực tế trong xử lý nước cấp đạt hiệu quả cao, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc gia.
3.1. Xử lý amoni trong nước cấp
Than oxi hóa bằng HNO3 được sử dụng để xử lý amoni trong nước cấp. Kết quả thử nghiệm cho thấy, 1 kg than có thể xử lý 700 lít nước với nồng độ amoni 7,2 mg/l, đạt tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT.
3.2. Xử lý asen bằng than gắn Mn và Fe
Sau khi gắn Mn và Fe lên than oxi hóa, khả năng hấp phụ As(III) và As(V) tăng đáng kể. Kết quả phân tích cho thấy, vật liệu này có hiệu quả cao trong việc loại bỏ asen khỏi nước ngầm.
IV. Đóng góp và ý nghĩa của luận án
Luận án đã đóng góp quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước bằng than hoạt tính biến tính. Các kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao, giúp giải quyết các vấn đề ô nhiễm nước tại Việt Nam. Phương pháp này có thể ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước cấp và nước thải.
4.1. Ý nghĩa khoa học
Luận án đã chứng minh hiệu quả của việc biến tính than hoạt tính bằng các phương pháp oxi hóa, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật môi trường.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Các kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trực tiếp trong các hệ thống xử lý nước cấp và nước thải, góp phần cải thiện chất lượng nước sinh hoạt và bảo vệ môi trường.
