Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II) trong dung dịch bằng than sinh học từ bã mía

• Tác giả: Phạm Thị Hồng Tuyền
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Diễm Mai
• Trường học: Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II) trong dung dịch bằng than sinh học có nguồn gốc từ bã mía
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Giới thiệu về các ion kim loại nặng Cu(II), Zn(II)
• 1.2. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước
• 1.3. Một số nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước
• 1.4. Ảnh hưởng của đồng đến môi trường và con người
• 1.5. Ảnh hưởng của kẽm đến môi trường và con người
• 1.6. Quy chuẩn Việt Nam về hàm lượng Cu(II) và Zn(II) trong nước thải
• 1.7. Một số phương pháp xử lí kim loại nặng trong nước
• 1.7.1. Phương pháp kết tủa
• 1.7.2. Phương pháp trao đổi ion
• 1.7.3. Phương pháp sinh học
• 1.7.4. Phương pháp lọc màng
• 1.7.5. Phương pháp hấp phụ
• 1.8. Than sinh học
• 1.8.1. Đặc tính bề mặt của than sinh học. Cơ chế hấp phụ kim loại nặng của than sinh học
• 1.8.2. Vật liệu chế tạo than sinh học – bã mía. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.8.2.1. Các công trình nghiên cứu ngoài nước
• 1.8.2.2. Các công trình nghiên cứu trong nước
• 1.9. Hóa chất, dụng cụ, thiết bị đo
• 1.10. Phương pháp nghiên cứu
• 1.10.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận
• 1.10.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
• 1.10.3. Quy trình nghiên cứu
• 1.11. Chế tạo than sinh học
• 1.11.1. Chuẩn bị hóa chất
• 1.11.2. Quy trình thực nghiệm
• 1.12. Một số phương pháp nghiên cứu
• 1.12.1. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• 1.12.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.12.3. Phương pháp phổ chuyển đổi hồng ngoại (FT-IR)
• 1.13. Xử lý số liệu
• 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.1. Một số đặc trưng cấu trúc của than sinh học có nguồn gốc từ bã mía
• 2.2. Kết quả EDX
• 2.3. Kết quả FT – IR
• 2.4. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu(II) của than sinh học có nguồn gốc từ bã mía
• 2.4.1. Ảnh hưởng của pH
• 2.4.2. Ảnh hưởng của thời gian
• 2.4.3. Mô hình động học hấp phụ
• 2.4.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
• 2.4.5. Ảnh hưởng của khối lượng than sinh học
• 2.5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ ion Zn(II) của than sinh học có nguồn gốc từ bã mía
• 2.5.1. Ảnh hưởng của pH
• 2.5.2. Ảnh hưởng của thời gian
• 2.5.3. Mô hình động học hấp phụ
• 2.5.4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
• 2.5.5. Ảnh hưởng của khối lượng than sinh học
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu hấp phụ ion Cu II và Zn II bằng than sinh học

Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng như Cu(II) và Zn(II) đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực môi trường. Với sự gia tăng ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết. Than sinh học từ bã mía đã được chứng minh là một vật liệu hấp phụ tiềm năng, không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường.

1.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nước

Ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là Cu(II) và Zn(II), đang gia tăng do hoạt động công nghiệp. Nước thải từ các nhà máy chế biến, khai thác khoáng sản thường chứa nồng độ kim loại nặng vượt mức cho phép, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

1.2. Ảnh hưởng của ion Cu II và Zn II đến môi trường

Ion Cu(II) và Zn(II) có thể gây độc cho sinh vật thủy sinh và tích tụ trong chuỗi thức ăn. Nồng độ cao của chúng trong nước có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng cho con người, bao gồm các bệnh về gan và thận.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý ion kim loại nặng

Việc xử lý ion kim loại nặng trong nước thải gặp nhiều thách thức. Các phương pháp truyền thống như kết tủa hóa học và trao đổi ion thường tốn kém và tạo ra chất thải thứ cấp. Do đó, cần tìm kiếm các giải pháp mới, hiệu quả hơn.

2.1. Nhược điểm của các phương pháp xử lý truyền thống

Các phương pháp như kết tủa hóa học có thể tạo ra bùn thải khó xử lý. Phương pháp trao đổi ion mặc dù hiệu quả nhưng chi phí cao và yêu cầu tái sinh nhựa thường xuyên.

2.2. Tìm kiếm giải pháp bền vững hơn

Than sinh học từ bã mía là một giải pháp tiềm năng, không chỉ giúp xử lý ion kim loại nặng mà còn giảm thiểu chất thải từ nông nghiệp. Nghiên cứu cho thấy than sinh học có khả năng hấp phụ tốt các ion Cu(II) và Zn(II).

III. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu II và Zn II

Nghiên cứu này sử dụng than sinh học từ bã mía để khảo sát khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II). Các thí nghiệm được thực hiện để xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ như pH, thời gian và khối lượng than sinh học.

3.1. Quy trình chế tạo than sinh học từ bã mía

Than sinh học được chế tạo từ bã mía thông qua quá trình carbon hóa. Quá trình này giúp tạo ra bề mặt hấp phụ lớn, tăng khả năng hấp phụ ion kim loại nặng.

3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

Nghiên cứu chỉ ra rằng pH, thời gian tiếp xúc và khối lượng than sinh học có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II). Việc tối ưu hóa các yếu tố này là cần thiết để đạt được hiệu quả cao nhất.

IV. Kết quả nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu II và Zn II

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học từ bã mía có khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II) hiệu quả. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng than sinh học có thể loại bỏ một lượng lớn ion kim loại nặng trong thời gian ngắn.

4.1. Kết quả hấp phụ ion Cu II

Nghiên cứu cho thấy than sinh học có thể hấp phụ lên đến 90% ion Cu(II) trong điều kiện tối ưu. Các yếu tố như pH và thời gian tiếp xúc đã được xác định là rất quan trọng trong quá trình này.

4.2. Kết quả hấp phụ ion Zn II

Tương tự, khả năng hấp phụ ion Zn(II) cũng đạt hiệu quả cao, với tỷ lệ hấp phụ lên đến 85%. Điều này cho thấy tiềm năng của than sinh học trong việc xử lý nước thải chứa kim loại nặng.

V. Ứng dụng thực tiễn của than sinh học trong xử lý nước thải

Than sinh học từ bã mía không chỉ có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng mà còn có thể được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Việc sử dụng vật liệu này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tiết kiệm chi phí.

5.1. Ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Than sinh học có thể được sử dụng để xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp như chế biến thực phẩm, dệt nhuộm và khai thác khoáng sản. Điều này giúp giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

5.2. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc sử dụng than sinh học không chỉ tiết kiệm chi phí xử lý mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nó giúp giảm lượng chất thải từ nông nghiệp và tạo ra một sản phẩm có giá trị.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Zn(II) bằng than sinh học từ bã mía mở ra hướng đi mới trong xử lý nước thải. Với những kết quả khả quan, cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng.

6.1. Tương lai của nghiên cứu hấp phụ

Nghiên cứu cần được mở rộng để khảo sát khả năng hấp phụ của các ion kim loại nặng khác và tối ưu hóa quy trình sản xuất than sinh học từ các nguồn nguyên liệu khác nhau.

6.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần nghiên cứu thêm về cơ chế hấp phụ và khả năng tái sử dụng than sinh học sau khi hấp phụ ion kim loại nặng. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và tính bền vững của phương pháp xử lý này.