Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sự tăng trưởng của các ngành công nghiệp chế biến, khai khoáng và luyện kim tại Việt Nam mang lại nhiều đóng góp cho nền kinh tế nhưng đồng thời cũng phát sinh lượng chất thải lớn vào môi trường nước. Nước thải chứa các ion kim loại nặng như thủy ngân, chì, đồng, crom, niken và sắt có độc tính cao, khó phân hủy sinh học và có khả năng tích lũy sinh học lâu dài qua chuỗi thức ăn, gây nguy hại trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng. Khảo sát thực tế tại các khu vực đô thị và công nghiệp lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh và Bình Dương cho thấy nồng độ kim loại nặng tại nhiều sông, hồ (như sông Tô Lịch, sông Nhuệ, sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc) vượt quy chuẩn cho phép từ 3 đến 4 lần. Trong khi đó, phần lớn các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ chưa đầu tư hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh do rào cản chi phí công nghệ.
Trước thực trạng đó, việc tìm kiếm các vật liệu hấp phụ có nguồn gốc sinh khối tự nhiên, sẵn có, giá thành thấp và quy trình chế tạo thân thiện với môi trường là một hướng tiếp cận có ý nghĩa thực tiễn. Việt Nam là quốc gia nông nghiệp với sản lượng lúa đạt từ 30 đến 40 triệu tấn thóc mỗi năm, phát sinh khoảng 6 đến 8 triệu tấn vỏ trấu. Mặc dù có khoảng 4 đến 5 triệu tấn trấu được thu gom để làm chất đốt hoặc chất độn phân bón, lượng còn lại vẫn bị thải bỏ tự do, gây ô nhiễm môi trường. Việc biến tính vỏ trấu để chế tạo vật liệu hấp phụ xử lý kim loại nặng mở ra giải pháp giải quyết đồng thời bài toán xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp và xử lý ô nhiễm nguồn nước.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguồn phế phẩm vỏ trấu bằng phương pháp xử lý hóa học (kiềm hóa bằng natri hydroxit và biến tính bằng axit citric).
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ ion sắt ($Fe^{3+}$) trong pha lỏng của vật liệu chế tạo, bao gồm thời gian tiếp xúc, khối lượng chất hấp phụ và pH môi trường để tìm ra điều kiện tối ưu.
- Đánh giá dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu thông qua mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.
- Khảo sát khả năng giải hấp bằng dung dịch axit và khả năng tái sinh, tái sử dụng của vật liệu hấp phụ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Vỏ trấu phế thải nông nghiệp và dung dịch nước chứa ion kim loại sắt ($Fe^{3+}$).
- Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm được triển khai tại Phòng thí nghiệm F202 và F205, Khoa Kỹ thuật Môi trường, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
- Phạm vi thời gian: Khóa luận được hoàn thành vào tháng 8 năm 2018.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận thiết lập cơ sở lý thuyết dựa trên các nội dung kỹ thuật môi trường và hóa lý bề mặt:
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (QCVN 40:2011/BTNMT): Áp dụng công thức tính giá trị tối đa cho phép của thông số ô nhiễm $C_{max} = C \times K_q \times K_f$ (trong đó $C$ là nồng độ quy định theo Cột A hoặc Cột B; $K_q$ là hệ số lưu lượng/dung tích nguồn tiếp nhận; $K_f$ là hệ số lưu lượng nguồn thải).
- Tác động sinh hóa và độc tính của kim loại nặng: Phân tích cơ chế gây độc của ion kim loại khi vượt ngưỡng cho phép đối với hệ enzym và màng tế bào. Phân tích trạng thái oxy hóa của sắt trong môi trường nước ($Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$), phản ứng tạo gốc tự do và tích số tan của kết tủa hydroxit sắt ($T_{Fe(OH)_3} = 1{,}1 \times 10^{-36}$).
- Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ: Phân biệt hấp phụ vật lý (lực liên kết Van der Waals yếu) và hấp phụ hóa học (tạo liên kết hóa học, nhiệt hấp phụ có thể đạt tới 800 kJ/mol). Cơ chế hấp phụ trong môi trường nước gồm 3 giai đoạn: chuyển chất từ pha lỏng đến bề mặt ngoài, khuếch tán vào mao quản của hạt, và tương tác hấp phụ tại bề mặt.
- Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ: Mô hình Langmuir cho hấp phụ đơn lớp đồng nhất ($q = \frac{q_{max} \cdot b \cdot C_f}{1 + b \cdot C_f}$, dạng tuyến tính: $\frac{C_f}{q} = \frac{1}{q_{max} \cdot b} + \frac{C_f}{q_{max}}$) và mô hình thực nghiệm Freundlich ($q = k \cdot C_f^{1/n}$, dạng tuyến tính: $\lg q = \lg k + \frac{1}{n}\lg C_f$).
- Thành phần hóa học của vỏ trấu: Gồm xenluloza (26–35%), hemixenluloza (15–20%), lignin (25–30%) và $SiO_2$ (khoảng 20%).
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
- Phương pháp biến tính hóa học: Vỏ trấu được rửa sạch bằng nước cất nóng, sấy khô ở 100°C, sau đó xử lý bằng dung dịch kiềm NaOH 0,1M để hòa tan một phần silica và tạp chất hữu cơ, tiếp tục ngâm biến tính với axit citric $C_6H_8O_7$ 0,4M trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó sấy và rửa sạch lượng axit dư để tạo vật liệu hấp phụ có diện tích bề mặt và mật độ nhóm chức gắn kết ion kim loại.
- Phương pháp phân tích trắc quang (UV-Vis Photometry): Dựa trên định luật Bouguer - Lambert - Beer ($A = \varepsilon \cdot L \cdot C$). Toàn bộ sắt trong mẫu được chuyển về dạng $Fe^{3+}$ bằng phản ứng đun sôi với $KMnO_4$ 0,1N trong môi trường axit $H_2SO_4$ (1:2), khử pemanganat dư bằng axit oxalic $H_2C_2O_4$ 0,1N, sau đó cho phản ứng với thuốc thử KSCN 20% trong môi trường axit HCl (1:1) để tạo phức thioxianat sắt màu đỏ cam. Đo mật độ quang ABS ở bước sóng cực đại $\lambda = 510$ nm trên máy quang phổ Hach DR/2010.
- Phương pháp thực nghiệm hấp phụ gián đoạn (Batch adsorption): Khảo sát sự biến thiên của nồng độ sắt sau xử lý khi thay đổi từng thông số: thời gian lắc tiếp xúc (20–140 phút), khối lượng vật liệu (0,4–2,3 g), pH dung dịch (1–5) và nồng độ ban đầu của ion sắt (40–180 mg/l).
- Phương pháp giải hấp và tái sinh: Khảo sát quá trình rửa giải ion $Fe^{3+}$ đã bị hấp phụ trên vật liệu bằng dung dịch axit $HNO_3$ 1M qua 3 lần rửa, sau đó kiểm tra lại hiệu suất hấp phụ của vật liệu tái sinh.
Nguồn dữ liệu sử dụng:
- Dữ liệu sơ cấp: Thu thập từ các mẻ thí nghiệm đo đạc thực tế tại phòng thí nghiệm F202 và F205 Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
- Dữ liệu thứ cấp: Dẫn xuất từ Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 40:2011/BTNMT, các tài liệu nghiên cứu về nước thải công nghiệp mạ điện và khai khoáng tại miền Bắc Việt Nam, cùng số liệu thống kê sản lượng trấu của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO).
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Nước và sự ô nhiễm nguồn nước bởi các kim loại nặng
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về vai trò của tài nguyên nước, thực trạng ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động nhân sinh và các quy chuẩn pháp lý hiện hành. Tác giả tổng hợp dữ liệu khảo sát nước thải từ một số cơ sở mạ điện công nghiệp tại Việt Nam để làm rõ mức độ ô nhiễm vượt chuẩn:
| Địa điểm khảo sát |
Lưu lượng thải ($m^3$/ngày) |
pH |
Hàm lượng $Cr^{6+}$ (mg/l) |
Hàm lượng $Ni^{2+}$ (mg/l) |
| Nhà máy cơ khí chính xác |
10 |
2,9 ÷ 12 |
0,21 ÷ 14,8 |
0,5 ÷ 20,1 |
| Nhà máy khóa Minh Khai |
70 |
6,3 ÷ 7,5 |
5 ÷ 20 |
0,1 ÷ 48 |
| Công ty cơ điện Thống Nhất |
20 |
5,8 |
3 ÷ 10 |
0,2 ÷ 6,05 |
| QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B) |
- |
5,5 ÷ 9 |
0,1 |
0,5 |
Chương này cũng phân tích tổng quan các công nghệ xử lý kim loại nặng phổ biến (kết tủa hóa học, trao đổi ion, oxy hóa - khử, điện hóa, sinh học và hấp phụ), nêu rõ ưu nhược điểm của từng phương pháp. Đồng thời, tác giả tổng thuật các nghiên cứu sử dụng phụ phẩm nông nghiệp làm vật liệu xử lý nước (vỏ đậu tương, lõi ngô, bã mía, bã chè, bã cà phê, rơm rạ) và phân tích tiềm năng của vỏ trấu dựa trên cấu trúc thành phần cao phân tử (xenluloza, hemixenluloza, lignin).
Chương 2: Dụng cụ và hóa chất (Thực nghiệm)
Chương 2 trình bày chi tiết trang thiết bị, hóa chất thí nghiệm và quy trình triển khai thực nghiệm. Các thiết bị chính được sử dụng gồm máy lắc June HY-4, cân phân tích Adxenture, máy đo quang Hach DR/2010 và tủ sấy.
Quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ:
- Vỏ trấu nguyên liệu được rửa bằng nước cất nóng 2 lần (30 phút/lần) để loại tạp chất và sấy khô ở 100°C.
- Lấy 65 g vỏ trấu đã xử lý sơ bộ cho vào 1 lít dung dịch NaOH 0,1M, khuấy trong 1 giờ ở nhiệt độ phòng, sau đó rửa bằng nước cất đến pH trung tính.
- Tiếp tục ngâm phần trấu kiềm hóa vào 500 ml dung dịch axit citric 0,4M trong 48 giờ ở nhiệt độ phòng.
- Lọc tách bã trấu, sấy ở 60°C trong 5 giờ, sau đó ngâm rửa với 1 lít nước cất trong 1 giờ (lặp lại 3 lần) nhằm loại bỏ hoàn toàn axit citric dư, sấy khô lần cuối ở 60°C trong 6 giờ và bảo quản trong lọ kín.
Xây dựng đường chuẩn định lượng ion sắt ($Fe^{3+}$):
Dãy chuẩn sắt được thiết lập từ dung dịch muối Mohr chuẩn nồng độ 20 mg/l tại các thể tích 0, 2, 4, 6, 10 ml trong bình định mức 100 ml, đo mật độ quang ABS ở bước sóng $\lambda = 510$ nm:
| STT |
Thể tích dung dịch chuẩn (ml) |
Nồng độ $Fe^{3+}$ ($C_x$, mg/l) |
Mật độ quang (ABS) |
| 1 |
0 |
0 |
0 |
| 2 |
2 |
0,04 |
0,084 |
| 3 |
4 |
0,08 |
0,171 |
| 4 |
6 |
0,12 |
0,259 |
| 5 |
10 |
0,20 |
0,457 |
Phương trình hồi quy đường chuẩn sắt thu được có dạng: $y = 2{,}324x - 0{,}001$, đóng vai trò cơ sở để xác định nồng độ sắt dư ($C_f$) trong tất cả các thí nghiệm hấp phụ tiếp theo.
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm khảo sát các thông số ảnh hưởng và đánh giá hiệu năng hấp phụ ion $Fe^{3+}$ của vật liệu vỏ trấu biến tính:
- So sánh nguyên liệu thô và vật liệu biến tính:
Thí nghiệm với 1 g mẫu trong 100 ml dung dịch $Fe^{3+}$ (nồng độ ban đầu $C_0 = 20$ mg/l), lắc 60 phút:
- Vỏ trấu nguyên liệu thô: ABS = 0,990; nồng độ sau xử lý $C_f = 14{,}19$ mg/l; hiệu suất hấp phụ đạt 29,05%.
- Vật liệu vỏ trấu biến tính: ABS = 0,671; nồng độ sau xử lý $C_f = 9{,}61$ mg/l; hiệu suất hấp phụ đạt 51,95%.
Hiệu suất hấp phụ của vật liệu biến tính cao gấp 1,79 lần so với nguyên liệu ban đầu do quá trình biến tính bằng axit citric làm tăng độ xốp và diện tích bề mặt.
- Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc:
Khảo sát với 1 g vật liệu trong 100 ml dung dịch sắt 20 mg/l ở các mốc thời gian từ 20 đến 140 phút:
| Thời gian (phút) |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
| Mật độ quang (ABS) |
0,880 |
0,791 |
0,683 |
0,602 |
0,547 |
0,540 |
0,531 |
| Nồng độ $C_f$ (mg/l) |
12,61 |
11,68 |
9,78 |
8,62 |
7,83 |
7,73 |
7,60 |
| Hiệu suất (%) |
36,95 |
43,35 |
51,10 |
56,90 |
60,85 |
61,35 |
62,00 |
Hiệu suất tăng nhanh từ 20 đến 100 phút và sau đó biến thiên không đáng kể. Do đó, thời gian cân bằng hấp phụ tối ưu được xác định là 100 phút.
- Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu:
Khảo sát 100 ml dung dịch sắt 20 mg/l, thời gian lắc 100 phút với các mức khối lượng vật liệu khác nhau:
| Khối lượng vật liệu (g) |
0,4 |
0,7 |
1,0 |
1,5 |
1,9 |
2,3 |
| Nồng độ $C_f$ (mg/l) |
11,87 |
9,93 |
8,72 |
6,10 |
5,90 |
5,72 |
| Hiệu suất (%) |
40,65 |
50,35 |
56,40 |
69,50 |
70,50 |
71,40 |
Khi tăng khối lượng từ 0,4 g đến 1,5 g, hiệu suất tăng từ 40,65% lên 69,50%. Từ mức 1,5 g đến 2,3 g, hiệu suất tăng chậm. Khối lượng tối ưu được lựa chọn là 1,5 g.
- Ảnh hưởng của pH môi trường:
Khảo sát với 1,5 g vật liệu trong 100 ml dung dịch sắt 20 mg/l ở các giá trị pH từ 1 đến 5:
| pH | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| :--- | :---: | :---: | :---: | :---: |
| Mật độ quang (ABS) | 0,446 | 0,363 | 0,274 | 0,178 | 0,140 |
| Nồng độ $C_f$ (mg/l) | 6,38 | 5,19 | 3,90 | 2,53 | 2,00 |
| Hiệu suất (%) | 68,10 | 74,05 | 80,50 | 87,35 | 90,00 |
Mặc dù hiệu suất ở pH = 4 và 5 đạt trên 87%, nhưng do tích số tan của sắt(III) hydroxit nhỏ ($T_{Fe(OH)_3} = 1{,}1 \times 10^{-36}$), ion $Fe^{3+}$ bị kết tủa hóa học khi pH > 3 làm sai lệch cơ chế hấp phụ thuần túy. Vì vậy, giá trị pH = 3 được chọn là điều kiện tối ưu (đạt hiệu suất 80,50%).
- Đẳng nhiệt hấp phụ và tải trọng cực đại:
Khảo sát 1,5 g vật liệu tại pH = 3, thời gian 100 phút với các nồng độ ban đầu $C_i$ từ 40 đến 180 mg/l:
| $C_i$ (mg/l) |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
| $C_f$ (mg/l) |
8,75 |
13,47 |
19,15 |
25,82 |
32,19 |
40,46 |
48,41 |
54,83 |
| Tải trọng $q$ (mg/g) |
2,08 |
3,10 |
4,06 |
4,95 |
5,85 |
6,36 |
7,44 |
8,34 |
| Tỷ lệ $C_f/q$ |
4,21 |
4,35 |
4,72 |
5,22 |
5,50 |
6,36 |
6,51 |
6,57 |
Mô hình Langmuir biểu diễn tuyến tính đồ thị $C_f/q$ theo $C_f$ cho hệ số góc $\text{tg}\alpha = \frac{1}{q_{max}} = 0{,}056$, tính được dung lượng hấp phụ cực đại $q_{max} = 17{,}86$ mg/g.
- Khả năng giải hấp và tái sinh:
- Hấp phụ ban đầu: 1,5 g vật liệu hấp phụ lượng sắt 16,187 mg ($C_0 = 20$ mg/l, $C_f = 3{,}812$ mg/l, hiệu suất 80,94%).
- Quá trình giải hấp bằng dung dịch $HNO_3$ 1M qua 3 lần rửa giải:
| Số lần rửa giải |
Lượng $Fe^{3+}$ còn trong vật liệu (mg) |
Lượng $Fe^{3+}$ được rửa giải (mg) |
Hiệu suất giải hấp tích lũy (%) |
| Lần 1 |
16,187 |
9,442 |
58,33 |
| Lần 2 |
6,745 |
3,816 |
81,91 |
| Lần 3 |
2,929 |
1,988 |
94,19 |
Sau 3 lần rửa giải, lượng sắt còn lại trong vật liệu là 0,941 mg, hiệu suất rửa giải đạt 94,19%. Khi sử dụng vật liệu sau giải hấp để hấp phụ lại dung dịch $Fe^{3+}$ 20 mg/l, nồng độ sau xử lý đạt $C_f = 4{,}96$ mg/l, tương ứng hiệu suất tái sinh đạt 75,2%.
Kết quả và đóng góp
Khóa luận đã thu được các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:
- Chế tạo thành công vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu qua quá trình kiềm hóa bằng NaOH 0,1M và biến tính bằng axit citric 0,4M trong 48 giờ. Hiệu suất hấp phụ ion $Fe^{3+}$ của vật liệu sau biến tính đạt 51,95%, tăng gấp 1,79 lần so với vỏ trấu thô (29,05%).
- Xác lập bộ thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ sắt trong điều kiện tĩnh: thời gian đạt cân bằng là 100 phút, khối lượng chất hấp phụ là 1,5 g trên 100 ml dung dịch, và pH môi trường tối ưu là pH = 3 (hiệu suất xử lý đạt 80,50% ở nồng độ ban đầu 20 mg/l).
- Xác định quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ bão hòa đơn lớp cực đại $q_{max} = 17{,}86$ mg/g.
- Chứng minh khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu: dung dịch axit $HNO_3$ 1M giải hấp sạch 94,19% lượng $Fe^{3+}$ sau 3 lần rửa, và vật liệu tái sinh duy trì hiệu suất hấp phụ ở mức 75,2%.
Đóng góp của nghiên cứu nằm ở việc đề xuất quy trình hóa học đơn giản, chi phí thấp nhằm tận dụng nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp dồi dào tại địa phương thành vật liệu hấp phụ xử lý ion sắt trong nước thải, hạn chế việc phát thải thứ cấp ra môi trường.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Khóa luận ghi nhận các giới hạn nghiên cứu thực nghiệm:
- Nghiên cứu chỉ tiến hành khảo sát ở quy mô phòng thí nghiệm gián đoạn (mẻ) trên hệ dung dịch nhân tạo đơn cấu tử chứa ion sắt ($Fe^{3+}$), chưa thử nghiệm trên các mẫu nước thải công nghiệp thực tế có chứa hỗn hợp nhiều ion kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ gây cạnh tranh hấp phụ.
- Thí nghiệm chưa đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ môi trường và tốc độ khuấy lắc đối với động học hấp phụ.
- Đánh giá khả năng tái sinh mới dừng lại ở chu kỳ đầu tiên (1 chu kỳ tái sinh), chưa xác định độ bền cơ lý và tuổi thọ suy giảm dung lượng hấp phụ của vật liệu qua nhiều chu kỳ liên tiếp.
Hướng nghiên cứu tiếp theo được gợi mở bao gồm:
- Mở rộng thử nghiệm hấp phụ động trên hệ cột lọc dòng chảy liên tục (continuous fixed-bed column).
- Khảo sát khả năng xử lý trên các nguồn nước thải thực tế từ phân xưởng mạ điện hoặc nước ngầm nhiễm sắt.
- Phân tích sâu hơn các đặc trưng hình thái học và cấu trúc bề mặt vật liệu bằng các phương pháp phân tích hiện đại (SEM, BET, FTIR).
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Hóa học Môi trường và Công nghệ Xử lý Nước.
Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:
- Quy trình chi tiết về biến tính hóa học phế phụ phẩm giàu xenluloza/lignin bằng axit citric để chế tạo chất hấp phụ kim loại nặng.
- Trình tự phân tích định lượng sắt bằng phương pháp tạo phức màu thioxianat đo quang phổ UV-Vis ở bước sóng 510 nm.
- Phương pháp tính toán và xử lý số liệu hấp phụ đẳng nhiệt theo mô hình Langmuir và quy trình giải hấp bằng dung dịch axit.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao nghiên cứu lại chọn pH = 3 là điều kiện tối ưu dù hiệu suất hấp phụ ở pH = 4 và 5 cao hơn?
Ở pH = 4 (87,35%) và pH = 5 (90,00%), hiệu suất đo được cao hơn nhưng do tích số tan của sắt(III) hydroxit rất nhỏ ($T_{Fe(OH)_3} = 1{,}1 \times 10^{-36}$), các ion $Fe^{3+}$ bắt đầu bị kết tủa hóa học thành $Fe(OH)_3$. Khi đó, sự suy giảm nồng độ sắt trong dung dịch là do đồng thời cả quá trình kết tủa và quá trình hấp phụ, làm sai lệch bản chất hấp phụ của vật liệu. Do đó, pH = 3 (hiệu suất 80,50%) là giá trị tối ưu đảm bảo phản ứng hấp phụ diễn ra đơn thuần.
2. Dung lượng hấp phụ cực đại ($q_{max}$) của vật liệu đối với $Fe^{3+}$ là bao nhiêu và được tính theo mô hình nào?
Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu đạt $q_{max} = 17{,}86$ mg/g, được xác định thông qua phương trình tuyến tính hóa của mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ($\text{tg}\alpha = 0{,}056$).
3. Hóa chất và nồng độ nào được sử dụng để rửa giải và tái sinh vật liệu hấp phụ?
Vật liệu được rửa giải bằng dung dịch axit nitric $HNO_3$ nồng độ 1M. Sau 3 lần rửa giải (mỗi lần 100 ml), hiệu suất tách sắt đạt 94,19% và hiệu suất hấp phụ sau tái sinh đạt 75,2%.
4. Phương pháp nào được sử dụng để định lượng nồng độ ion sắt trong các dung dịch thí nghiệm?
Nghiên cứu sử dụng phương pháp trắc quang đo mật độ quang ABS ở bước sóng $\lambda = 510$ nm trên máy quang phổ Hach DR/2010. Phản ứng dựa trên sự tạo phức màu đỏ cam giữa ion $Fe^{3+}$ với thuốc thử kali thioxianat (KSCN 20%) trong môi trường axit, nồng độ được ngoại suy từ phương trình đường chuẩn $y = 2{,}324x - 0{,}001$.
Kết luận
Khóa luận của tác giả Lưu Thị Ánh đã thực hiện thành công quy trình chế tạo vật liệu hấp phụ từ vỏ trấu thông qua biến tính hóa học bằng natri hydroxit và axit citric. Kết quả thực nghiệm xác lập các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ ion $Fe^{3+}$ gồm thời gian tiếp xúc 100 phút, khối lượng 1,5 g/100 ml, pH = 3, đạt dung lượng hấp phụ cực đại $q_{max} = 17{,}86$ mg/g theo mô hình Langmuir. Công trình khẳng định tính khả thi của việc tái sử dụng vật liệu với hiệu suất rửa giải bằng $HNO_3$ 1M đạt 94,19% và hiệu suất tái sinh đạt 75,2%, đóng góp giải pháp tận dụng phế thải nông nghiệp vào lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp.
