Nghiên Cứu Hấp Phụ Nitrat và Nitrit Trên Vật Liệu Than Hoạt Tính Biến Tính Bề Mặt Bằng APTES

• Tác giả: Nguyễn Khắc Thanh
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Thị Ngọc Mai
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên Cứu Hấp Phụ Nitrat và Nitrit Trên Vật Liệu Than Hoạt Tính Biến Tính Bề Mặt Bằng APTES
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về nitrite và nitrate
• 1.2. Hợp chất Nitrite
• 1.3. Hợp chất Nitrate
• 1.4. Một số nguồn gây ô nhiễm Nitrite và Nitrate
• 1.4.1. Nguồn gốc từ tự nhiên
• 1.4.2. Nguồn gốc từ nhân tạo
• 1.5. Ảnh hưởng của Nitrite và Nitrate
• 1.6. Hiện tượng phú dưỡng tại Việt Nam
• 1.7. Các quy định hiện có về hàm lượng nitrate và nitrite trong môi trường nước
• 1.8. Các phương pháp xác định nitrite và nitrate
• 1.8.1. Phương pháp quang phổ
• 1.8.2. Các phương pháp phân tích điện hóa
• 1.8.3. Phương pháp sắc kí
• 1.8.4. Phương pháp điện di mao quản
• 1.9. Các phương pháp loại bỏ nitrite và nitrate
• 1.9.1. Phương pháp vi sinh
• 1.9.2. Phương pháp quang xúc tác
• 1.9.3. Phương pháp hấp phụ
• 1.10. Tổng quan về than hoạt tính
• 1.10.1. Giới thiệu chung về than hoạt tính
• 1.10.2. Ứng dụng của than hoạt tính
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
• 2.2.1. Dụng cụ và hóa chất
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis
• 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu
• 2.3.3. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 2.3.4. Động học hấp phụ
• 2.3.4.1. Mô hình biểu kiến bậc một
• 2.3.4.2. Mô hình biểu kiến bậc hai
• 2.4. Quy trình tổng hợp vật liệu
• 2.5. Quy trình xác định nồng độ nitrate và nitrite
• 2.6. Quy trình hấp phụ nitrate và nitrite
• 2.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ
• 2.7.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
• 2.7.2. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng
• 2.7.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
• 2.7.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ
• 2.7.5. Khảo sát ảnh hưởng của đồng ion hấp phụ
• 2.7.6. Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu
• 2.7.7. Khảo sát khả năng làm giàu NO3-, NO2- của vật liệu than hoạt tính/APTES – HCl bằng kỹ thuật chiết pha rắn SPE
• 2.8. Nghiên cứu cơ chế hấp phụ đẳng nhiệt
• 2.9. Nghiên cứu động học hấp phụ
• 2.10. Quy trình xử lý mẫu thật
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá phương pháp xác định NO3- và NO2-
• 3.1.1. Xây dựng phương trình đường chuẩn
• 3.1.2. Độ đúng và độ lặp của phương pháp
• 3.2. Khảo sát đặc trưng của vật liệu than hoạt tính/APTES
• 3.2.1. Xác định thành phần nguyên tố bằng phổ EDS
• 3.2.2. Khảo sát hình thái bề mặt bằng SEM
• 3.2.3. Khảo sát nhóm chức bề mặt bằng phổ hồng ngoại (IR)
• 3.2.4. Xác định điện tích bề mặt bằng phương pháp đo thế Zeta
• 3.2.5. Xác định điện tích bề mặt bằng phương pháp BET
• 3.3. Tối ưu các điều kiện hấp phụ NO2- và NO3- bằng vật liệu
• 3.3.1. Đánh giá khả năng hấp phụ của các loại vật liệu
• 3.3.2. Ảnh hưởng của pH
• 3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
• 3.3.4. Ảnh hưởng của nồng độ NO2-, NO3- ban đầu
• 3.3.5. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
• 3.4. Nghiên cứu mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
• 3.5. Nghiên cứu mô hình động học hấp phụ
• 3.6. Khảo sát ảnh hưởng của đồng ion hấp phụ
• 3.7. Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
• 3.8. Khả năng làm giàu NO3-, NO2- của vật liệu than hoạt tính/APTES bằng kỹ thuật chiết pha rắn phân tán
• 3.9. Ứng dụng vào xử lý mẫu thật
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Nghiên Cứu Hấp Phụ Nitrat Nitrit Tổng Quan Về Vấn Đề Nước

Ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là bởi các hợp chất chứa nitrogen như nitrat và nitrit, đang trở thành một vấn đề cấp bách trên toàn cầu, bao gồm cả Việt Nam. Sự gia tăng các chất ô nhiễm này không chỉ đe dọa đến tiêu chuẩn nước uống mà còn gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường, như hiện tượng phú dưỡng. Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp hiệu quả để loại bỏ nitrat và loại bỏ nitrit khỏi nguồn nước là vô cùng quan trọng. Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý khác nhau, từ các quá trình sinh học đến các phương pháp hóa học, nhưng phương pháp hấp phụ nổi lên như một lựa chọn đầy hứa hẹn nhờ khả năng làm sạch cao, khả năng tái sinh của chất hấp phụ và tính đơn giản trong vận hành. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật ở các vùng nông thôn, nơi nguồn nước sạch ngày càng trở nên khan hiếm. "Do đó, việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp để loại bỏ chất gây ô nhiễm này ra khỏi nguồn nước là vô cùng cần thiết để đảm bảo cho sự an toàn của người tiêu dùng."

1.1. Tác Động Của Ô Nhiễm Nitrat Và Nitrit Lên Sức Khỏe

Nitrat thông thường không gây hại, nhưng khi nồng độ vượt ngưỡng hoặc chuyển hóa thành nitrit, nó có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe. Trong cơ thể, nitrat chuyển hóa thành nitrit nhờ enzyme, cản trở quá trình hình thành và trao đổi oxy của hemoglobin, dẫn đến thiếu oxy. Trẻ em dưới 6 tháng tuổi đặc biệt dễ bị ảnh hưởng, gây chậm phát triển và hội chứng "da xanh". Vì vậy, kiểm soát ô nhiễm nitrat và ô nhiễm nitrit là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

1.2. Hiện Trạng Ô Nhiễm Nitrat Nitrit Tại Việt Nam và Trên Thế Giới

Trên toàn cầu và tại Việt Nam, tình trạng ô nhiễm nitrat và ô nhiễm nitrit trong nguồn nước đang diễn biến phức tạp do nhiều nguyên nhân khác nhau, từ hoạt động nông nghiệp, công nghiệp đến sinh hoạt hàng ngày. Nước thải chưa qua xử lý, sử dụng phân bón không hợp lý và các hoạt động công nghiệp thiếu kiểm soát là những nguồn chính gây ra ô nhiễm. Sự gia tăng nồng độ nitrat và nitrit trong nước không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng.

II. Thách Thức Giải Pháp Xử Lý Nitrat Nitrit Bằng Than Hoạt Tính

Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý nitrat và nitrit, như các quá trình sinh học và hóa học, nhưng mỗi phương pháp đều có những hạn chế nhất định về chi phí, hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi. Trong số đó, phương pháp hấp phụ sử dụng than hoạt tính nổi lên như một giải pháp tiềm năng nhờ vào tính kinh tế, dễ vận hành và khả năng tái sinh. Tuy nhiên, than hoạt tính thông thường có bề mặt kỵ nước, dẫn đến hiệu quả hấp phụ nitrat và nitrit không cao. Do đó, việc cải thiện khả năng hấp phụ của than hoạt tính thông qua biến tính bề mặt than hoạt tính là một hướng đi đầy triển vọng. APTES được sử dụng để biến tính bề mặt than hoạt tính nhằm tăng cường khả năng hấp phụ.

2.1. Tại Sao Than Hoạt Tính Biến Tính Lại Hiệu Quả Hơn

Than hoạt tính biến tính khắc phục nhược điểm bề mặt kỵ nước của than hoạt tính thông thường. Quá trình biến tính bề mặt than hoạt tính bằng các chất như APTES tạo ra các nhóm chức trên bề mặt than hoạt tính, làm tăng khả năng hấp phụ các ion nitrat và nitrit. Điều này giúp tăng hiệu quả xử lý nước ô nhiễm nitrat và ô nhiễm nitrit so với việc sử dụng than hoạt tính chưa qua biến tính.

2.2. APTES Chất Biến Tính Bề Mặt Than Hoạt Tính Đầy Tiềm Năng

APTES (3-Aminopropyltriethoxysilane) là một aminosilane có chứa các nhóm amin, có khả năng tạo liên kết với bề mặt than hoạt tính thông qua quá trình silan hóa. Nhóm chức –NH2 xuất hiện trên bề mặt sau khi biến tính giúp tăng tính ưa nước của vật liệu, cải thiện khả năng tương tác với các ion nitrat và nitrit. Điều này làm tăng khả năng hấp phụ của than hoạt tính biến tính APTES so với than hoạt tính thông thường. Mục tiêu đặt ra của đề tài luận văn này sẽ là “Nghiên cứu hấp phụ nitrite, nitrate trên vật liệu than họat tính được biến tính bề mặt bằng APTES”.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Quy Trình Biến Tính và Đánh Giá Hấp Phụ

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu than hoạt tính biến tính APTES và đánh giá khả năng hấp phụ nitrat và nitrit trong điều kiện khác nhau. Quy trình biến tính bao gồm việc gắn APTES lên bề mặt than hoạt tính thông qua phản ứng silan hóa. Sau đó, các phương pháp phân tích như phân tích BET, phân tích SEM, và phân tích FTIR được sử dụng để xác định đặc tính của vật liệu. Tiếp theo, các thí nghiệm động học hấp phụ và cơ chế hấp phụ được thực hiện để đánh giá khả năng hấp phụ, tìm hiểu ảnh hưởng pH, nhiệt độ hấp phụ, nồng độ ban đầu, và khả năng tái sinh vật liệu.

3.1. Phân Tích Đặc Tính Vật Liệu BET SEM FTIR Để Làm Gì

Phân tích BET (Brunauer-Emmett-Teller) được sử dụng để xác định diện tích bề mặt than hoạt tính và độ xốp than hoạt tính. Phân tích SEM (Scanning Electron Microscope) giúp khảo sát hình thái bề mặt của vật liệu. Phân tích FTIR (Fourier-transform Infrared spectroscopy) cung cấp thông tin về các nhóm chức trên bề mặt than hoạt tính, xác định sự có mặt của APTES sau quá trình biến tính.

3.2. Đánh Giá Hiệu Quả Hấp Phụ Động Học và Đẳng Nhiệt Hấp Phụ

IV. Kết Quả Thảo Luận Tối Ưu Hóa Khả Năng Hấp Phụ Nitrat Nitrit

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá và tối ưu hóa các điều kiện để nâng cao khả năng hấp phụ nitrat và nitrit của than hoạt tính biến tính APTES. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý nước tăng lên đáng kể khi sử dụng than hoạt tính biến tính APTES so với than hoạt tính thông thường. Các yếu tố như pH, khối lượng vật liệu, nồng độ ban đầu của nitrat và nitrit, và thời gian hấp phụ đều ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nghiên cứu cũng khảo sát khả năng tái sinh vật liệu và ảnh hưởng của đồng ion hấp phụ để đánh giá tính ứng dụng thực tế của vật liệu.

4.1. Ảnh Hưởng Của pH Khối Lượng Vật Liệu Đến Hấp Phụ

4.2. Khả Năng Tái Sử Dụng Vật Liệu Tiềm Năng Ứng Dụng Thực Tế

4.3. Ứng Dụng Xử Lý Mẫu Thật Kết Quả Đầy Hứa Hẹn

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Than Hoạt Tính APTES Xử Lý Nước Hiệu Quả

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển một phương pháp xử lý nước hiệu quả và kinh tế để loại bỏ nitrat và loại bỏ nitrit từ các nguồn nước ô nhiễm. Việc sử dụng than hoạt tính biến tính APTES có thể giúp cải thiện tiêu chuẩn nước uống và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng rộng rãi vật liệu này trong các hệ thống xử lý nước quy mô lớn và nhỏ.

5.1. So Sánh Với Các Phương Pháp Xử Lý Nước Khác

5.2. Tiềm Năng Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Tại Nông Thôn

VI. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Vật Liệu Mới Phương Pháp Cải Tiến

Nghiên cứu này mở ra những hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn để xử lý nước ô nhiễm. Các nghiên cứu tương lai có thể tập trung vào việc khám phá các chất biến tính bề mặt than hoạt tính khác, tối ưu hóa quy trình tổng hợp vật liệu, và đánh giá hiệu quả của vật liệu trong điều kiện thực tế. Bên cạnh đó, việc nghiên cứu về độc tính nitrat và độc tính nitrit cũng cần được chú trọng để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

6.1. Phát Triển Vật Liệu Hấp Phụ Mới Với Hiệu Quả Cao Hơn

6.2. Nghiên Cứu Về Độc Tính Của Vật Liệu Biến Tính

Tổng quan nghiên cứu

Ô nhiễm nguồn nước bởi các hợp chất nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) đang là vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam cũng như trên toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo ước tính, lượng nước thải sinh hoạt tại Hà Nội lên đến khoảng 600.000 m³/ngày, trong khi chỉ khoảng 10% được xử lý hiệu quả, dẫn đến sự tích tụ các chất ô nhiễm như nitrate và nitrite trong môi trường nước. Nitrat và nitrit có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm suy giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật thủy sinh. Đặc biệt, nitrit có thể gây ra hội chứng "da xanh" ở trẻ nhỏ dưới 6 tháng tuổi do cản trở quá trình vận chuyển oxy trong máu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá khả năng hấp phụ nitrate và nitrite trên vật liệu than hoạt tính được biến tính bề mặt bằng (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES), nhằm nâng cao hiệu quả loại bỏ các ion này trong nước. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi phòng thí nghiệm tại Hà Nội, tập trung vào việc khảo sát các điều kiện hấp phụ, đặc trưng vật liệu và ứng dụng xử lý mẫu nước thực tế. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển vật liệu hấp phụ giá rẻ, hiệu quả, thân thiện môi trường, góp phần cải thiện chất lượng nguồn nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết hấp phụ bề mặt: Quá trình hấp phụ là sự tích tụ các phân tử chất ô nhiễm trên bề mặt vật liệu rắn, phụ thuộc vào cấu trúc vật lý và hóa học của vật liệu. Than hoạt tính với cấu trúc lỗ xốp lớn và diện tích bề mặt cao (300-1000 m²/g) là vật liệu hấp phụ phổ biến, tuy nhiên bề mặt kỵ nước làm giảm hiệu quả hấp phụ các anion như nitrate và nitrite.

• Biến tính bề mặt bằng APTES: APTES là một aminopropylsilane có nhóm amin (-NH2) có thể gắn lên bề mặt than hoạt tính qua liên kết silan (-O-Si-), tạo ra nhóm chức tích điện dương (-NH3+) sau khi acid hóa, giúp tăng tương tác tĩnh điện với các ion nitrate và nitrite mang điện tích âm.

• Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ: Sử dụng mô hình Freundlich và Langmuir để mô tả sự hấp phụ cân bằng của nitrate và nitrite trên vật liệu. Mô hình Freundlich phù hợp với bề mặt không đồng nhất, trong khi Langmuir mô tả hấp phụ lớp đơn.

• Mô hình động học hấp phụ: Áp dụng mô hình biểu kiến bậc một và bậc hai để phân tích cơ chế hấp phụ, xác định hằng số tốc độ và dung lượng hấp phụ cân bằng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Nghiên cứu sử dụng than hoạt tính thương mại được biến tính bằng APTES và acid hóa, chuẩn bị dung dịch nitrate và nitrite chuẩn trong phòng thí nghiệm. Mẫu nước thực tế được lấy từ các ao hồ tại Hà Nội để đánh giá ứng dụng thực tiễn.

• Phương pháp phân tích: Nồng độ nitrate và nitrite được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis, với nitrite được xác định qua phản ứng diazo hóa Griess ở bước sóng 540 nm, nitrate đo trực tiếp ở 203 nm. Độ tin cậy phương pháp được đánh giá qua giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ), độ lặp lại và độ đúng.

• Phương pháp đặc trưng vật liệu: Sử dụng phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) để xác định thành phần nguyên tố, kính hiển vi điện tử quét (SEM) để khảo sát hình thái bề mặt, phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) để nhận diện nhóm chức, đo thế Zeta để đánh giá điện tích bề mặt và tính ổn định keo, phương pháp BET để xác định diện tích bề mặt và cấu trúc lỗ xốp.

• Quy trình hấp phụ: Thí nghiệm hấp phụ được thực hiện trong ống Falcon với các điều kiện pH, khối lượng vật liệu, nồng độ ban đầu, thời gian hấp phụ được khảo sát chi tiết. Hiệu suất và dung lượng hấp phụ được tính toán dựa trên sự chênh lệch nồng độ trước và sau hấp phụ.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được tiến hành trong năm 2023-2024, bao gồm giai đoạn tổng hợp và biến tính vật liệu, khảo sát đặc trưng, thí nghiệm hấp phụ, mô hình hóa đẳng nhiệt và động học, khảo sát tái sử dụng vật liệu và ứng dụng xử lý mẫu nước thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đánh giá phương pháp xác định nitrate và nitrite: Phương pháp UV-Vis cho kết quả tuyến tính cao với hệ số tương quan R² lần lượt là 0,9989 (nitrite) và 0,9996 (nitrate). Giới hạn phát hiện (LOD) của nitrite là 0,03 ppm, nitrate là 0,07 ppm. Độ lệch chuẩn tương đối (RSD) dưới 10% cho nitrite và dưới 4% cho nitrate, chứng tỏ độ chính xác và độ lặp lại tốt.

2. Đặc trưng vật liệu than hoạt tính/APTES: Phổ EDS xác nhận sự hiện diện của các nguyên tố C (76,14%), O, N (2,71%) và Si (2,33%), chứng minh thành công việc gắn APTES lên bề mặt than hoạt tính. Ảnh SEM cho thấy kích thước hạt vật liệu khoảng 30 nm, không thay đổi sau biến tính, giữ nguyên cấu trúc vi mô. Phổ FT-IR xác định các nhóm amin và silan trên bề mặt vật liệu.

3. Khả năng hấp phụ nitrate và nitrite: Vật liệu than hoạt tính biến tính APTES acid hóa (than hoạt tính/APTES-HCl) có hiệu suất hấp phụ cao nhất, đạt khoảng 85% với nitrite và 78% với nitrate ở điều kiện tối ưu pH 6-7, khối lượng vật liệu 0,1 g/10 mL, thời gian hấp phụ 60 phút. Dung lượng hấp phụ cực đại (qmax) theo mô hình Langmuir lần lượt là 26 mg/g cho nitrate và 22 mg/g cho nitrite, cao hơn đáng kể so với than hoạt tính chưa biến tính.

4. Mô hình động học hấp phụ: Dữ liệu hấp phụ phù hợp với mô hình biểu kiến bậc hai, cho thấy cơ chế hấp phụ chủ yếu là hấp phụ hóa học. Hằng số tốc độ hấp phụ k2 của nitrite và nitrate lần lượt là 0,015 và 0,012 L/phút, phản ánh tốc độ hấp phụ nhanh và hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả hấp phụ tăng rõ rệt sau khi biến tính than hoạt tính bằng APTES và acid hóa do sự xuất hiện của nhóm -NH3+ tích điện dương trên bề mặt, tăng cường tương tác tĩnh điện với các ion anion nitrate và nitrite. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về biến tính vật liệu hấp phụ bằng nhóm amin để cải thiện khả năng loại bỏ anion.

Sự phù hợp của mô hình Langmuir cho thấy hấp phụ xảy ra trên bề mặt đồng nhất với lớp phủ đơn, trong khi mô hình động học bậc hai chỉ ra hấp phụ hóa học chiếm ưu thế, tương ứng với sự tương tác ion mạnh mẽ giữa vật liệu và các ion ô nhiễm.

Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào pH, khối lượng vật liệu và thời gian hấp phụ minh họa rõ ràng xu hướng tăng hiệu suất đến điểm bão hòa, sau đó ổn định. Bảng so sánh dung lượng hấp phụ với các vật liệu khác cho thấy vật liệu nghiên cứu có hiệu quả cạnh tranh, đồng thời có ưu điểm chi phí thấp và khả năng tái sử dụng cao.

Khả năng tái sử dụng vật liệu được khảo sát qua 5 chu kỳ hấp phụ và giải hấp, hiệu suất hấp phụ chỉ giảm khoảng 10%, chứng tỏ tính ổn định và bền vững của vật liệu trong ứng dụng thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng vật liệu than hoạt tính/APTES-HCl trong xử lý nước thải: Khuyến nghị các nhà máy xử lý nước thải, đặc biệt tại các khu vực nông thôn và công nghiệp, áp dụng vật liệu này để loại bỏ nitrate và nitrite, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và hiện tượng phú dưỡng. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 1-2 năm.

2. Nâng cao nghiên cứu biến tính vật liệu: Đề xuất tiếp tục nghiên cứu các phương pháp biến tính khác như biến tính bằng các nhóm chức khác hoặc kết hợp với vật liệu nano để tăng diện tích bề mặt và hiệu quả hấp phụ, hướng đến mục tiêu dung lượng hấp phụ cao hơn 30 mg/g.

3. Phát triển quy trình tái sinh vật liệu: Xây dựng quy trình tái sinh vật liệu hấp phụ hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thân thiện môi trường, đảm bảo khả năng tái sử dụng trên 10 chu kỳ mà không giảm hiệu suất đáng kể.

4. Mở rộng khảo sát ứng dụng thực tế: Khuyến nghị thực hiện các nghiên cứu xử lý mẫu nước thực tế tại nhiều địa phương khác nhau, đánh giá hiệu quả trong điều kiện môi trường đa dạng, từ đó đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp với từng vùng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa phân tích, Môi trường: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu chi tiết về hấp phụ nitrate và nitrite, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan.

2. Các kỹ sư và chuyên gia xử lý nước thải: Thông tin về vật liệu hấp phụ than hoạt tính biến tính APTES và quy trình xử lý có thể ứng dụng trực tiếp trong thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn về xử lý nitrate và nitrite trong nước, góp phần bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

4. Doanh nghiệp sản xuất vật liệu hấp phụ và thiết bị xử lý nước: Tham khảo để phát triển sản phẩm mới, nâng cao hiệu quả xử lý và mở rộng thị trường ứng dụng vật liệu hấp phụ thân thiện môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu than hoạt tính biến tính APTES có ưu điểm gì so với than hoạt tính thông thường?
   Vật liệu biến tính có nhóm amin tích điện dương giúp tăng tương tác tĩnh điện với nitrate và nitrite, nâng cao hiệu suất hấp phụ lên đến 85%, trong khi than hoạt tính thông thường hiệu quả thấp do bề mặt kỵ nước.

2. Phương pháp xác định nitrate và nitrite trong nghiên cứu là gì?
   Sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis, nitrite được xác định qua phản ứng diazo hóa Griess ở bước sóng 540 nm, nitrate đo trực tiếp ở 203 nm với độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp.

3. Khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ như thế nào?
   Vật liệu than hoạt tính/APTES-HCl có thể tái sử dụng ít nhất 5 chu kỳ với hiệu suất hấp phụ giảm dưới 10%, cho thấy tính ổn định và bền vững trong ứng dụng thực tế.

4. Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ nitrate và nitrite?
   Hiệu suất hấp phụ cao nhất ở pH từ 6 đến 7 do nhóm -NH3+ trên bề mặt vật liệu tích điện dương tối ưu tương tác với các ion anion, pH quá cao hoặc quá thấp làm giảm hiệu quả hấp phụ.

5. Có thể ứng dụng vật liệu này trong xử lý nước thải công nghiệp không?
   Có, vật liệu phù hợp để xử lý nước thải có nồng độ nitrate và nitrite trong khoảng từ 10 đến 1000 ppm, đặc biệt hiệu quả trong các hệ thống xử lý nước thải nông nghiệp và công nghiệp với chi phí thấp và dễ vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã thành công trong việc biến tính than hoạt tính bằng APTES và acid hóa, tạo ra vật liệu hấp phụ có khả năng loại bỏ nitrate và nitrite hiệu quả với dung lượng hấp phụ cực đại đạt 26 mg/g và 22 mg/g tương ứng.
• Phương pháp xác định nitrate và nitrite bằng UV-Vis được đánh giá có độ chính xác cao, phù hợp cho nghiên cứu hấp phụ.
• Mô hình Langmuir và động học bậc hai phù hợp với quá trình hấp phụ, cho thấy cơ chế hấp phụ hóa học chiếm ưu thế.
• Vật liệu có khả năng tái sử dụng tốt, giữ hiệu suất hấp phụ trên 90% sau 5 chu kỳ.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu hấp phụ giá rẻ, thân thiện môi trường, có thể ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước ô nhiễm nitrate và nitrite tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô pilot tại các khu vực ô nhiễm thực tế, đồng thời nghiên cứu nâng cao hiệu quả biến tính vật liệu và quy trình tái sinh.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực xử lý nước được khuyến khích hợp tác phát triển và ứng dụng vật liệu than hoạt tính/APTES trong các hệ thống xử lý nước thải nhằm bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.