Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Cu(II) và Pb(II) Bằng Than Sinh Học

Khóa luận khảo sát khả năng hấp thụ ion CuII và PbII bằng than sinh học từ đũa tre, biến tính với phosphate, mang lại giải pháp xử lý hiệu quả.

• Tác giả: Phan Chí Bảo
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kim Diễm Mai
• Trường học: Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Cu(II) và Pb(II) Bằng Than Sinh Học
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Ô NHIỄM VÀ THAN SINH HỌC
• 2.1. TỔNG QUAN Ô NHIỄM COPPER TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
• 2.1.1. Nguồn gốc ô nhiễm của copper trong môi trường nước
• 2.1.2. Độc tính của copper
• 2.2. TỔNG QUAN Ô NHIỄM LEAD TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
• 2.2.1. Nguồn gốc ô nhiễm của lead trong môi trường nước
• 2.2.2. Độc tính của lead
• 2.3. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM COPPER VÀ LEAD
• 2.3.1. Hiện trạng ô nhiễm copper và lead trên thế giới
• 2.3.2. Hiện trạng ô nhiễm copper và lead tại Việt Nam
• 2.4. THAN SINH HỌC
• 2.4.1. Định nghĩa than sinh học
• 2.4.2. Một số phương pháp biến tính
• 2.4.3. Một số cơ chế hấp phụ kim loại nặng của than sinh học
• 2.5. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ, HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ ĐO
• 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.2.1. Phương pháp nghiên cứu lí luận
• 3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
• 3.2.3. Quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• 3.2.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 3.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường (FESEM)
• 3.2.6. Phương pháp đăng nhiệt hấp phụ - giải hấp phụ
• 3.2.7. Phương pháp xác định phổ hồng ngoại FT-IR
• 3.2.8. Bố trí thí nghiệm khảo sát điểm điện tích không (point of zero charge)
• 3.3. QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU
• 3.4. ĐIỀU CHẾ THAN SINH HỌC BIẾN TÍNH VỚI PHOSPHATE
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. ĐẶC TRƯNG CỦA BC-PHOSPHATE
• 4.1.1. Thành phần nguyên tố pha rắn của BC-Phosphate
• 4.1.2. Cấu trúc bề mặt của BC-Phosphate
• 4.1.3. Phổ hồng ngoại của BC-Phosphate
• 4.2. KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ION Cu(II) VÀ Pb(II) BẰNG BC-PHOSPHATE
• 4.2.1. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến quá trình hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II)
• 4.2.2. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II)
• 4.2.3. Mô hình về động học của quá trình hấp phụ
• 4.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ ion Cu(II) và Pb(II) ban đầu đến quá trình hấp phụ
• 4.2.5. Mô hình hấp phụ đăng nhiệt
• 4.2.6. Ảnh hưởng của khối lượng BC-Phosphate đến quá trình hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II)
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Cu II và Pb II

Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng như Cu(II) và Pb(II) bằng than sinh học đang trở thành một chủ đề nóng trong lĩnh vực môi trường. Ô nhiễm nước do kim loại nặng là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Than sinh học, được chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên như đũa tre, đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc xử lý ô nhiễm này. Việc nghiên cứu khả năng hấp phụ của than sinh học không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Việc Nghiên Cứu Ion Kim Loại Nặng

Ion kim loại nặng như Cu(II) và Pb(II) có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Việc nghiên cứu khả năng hấp phụ của chúng là cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả cho ô nhiễm nước.

1.2. Than Sinh Học Là Gì Và Tại Sao Lại Quan Trọng

Than sinh học là vật liệu được sản xuất từ các nguồn hữu cơ như đũa tre. Nó có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Nước Do Ion Cu II và Pb II

Ô nhiễm nước do ion kim loại nặng như Cu(II) và Pb(II) đang gia tăng, đặc biệt ở các khu vực công nghiệp. Các ion này không chỉ gây hại cho sức khỏe con người mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Việc phát hiện và xử lý kịp thời là rất quan trọng để bảo vệ nguồn nước. Các nghiên cứu cho thấy rằng nồng độ ion kim loại nặng vượt quá mức cho phép có thể dẫn đến các bệnh lý nghiêm trọng.

2.1. Nguồn Gốc Ô Nhiễm Cu II và Pb II Trong Nước

Ô nhiễm nước do Cu(II) và Pb(II) thường xuất phát từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Việc hiểu rõ nguồn gốc ô nhiễm là cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.2. Tác Động Của Ô Nhiễm Đến Sức Khỏe Con Người

Ô nhiễm do Cu(II) và Pb(II) có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như bệnh lý về thần kinh, thận và hệ tiêu hóa. Việc xử lý ô nhiễm là cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Bằng Than Sinh Học

Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II) bằng than sinh học bao gồm việc chế tạo và biến tính than sinh học từ đũa tre. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như pH, thời gian và nồng độ ion đến khả năng hấp phụ. Việc áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại như FESEM, EDX và FT-IR sẽ giúp đánh giá hiệu quả hấp phụ của vật liệu.

3.1. Quy Trình Chế Tạo Than Sinh Học Từ Đũa Tre

Quy trình chế tạo than sinh học từ đũa tre bao gồm các bước như thu gom, xử lý và carbon hóa. Điều này giúp tạo ra vật liệu có khả năng hấp phụ tốt.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Quá Trình Hấp Phụ

Các yếu tố như pH, thời gian và nồng độ ion sẽ được khảo sát để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II).

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Khả Năng Hấp Phụ Ion Cu II và Pb II

Kết quả nghiên cứu cho thấy than sinh học biến tính từ đũa tre có khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II) hiệu quả. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng khả năng hấp phụ tăng lên khi điều chỉnh các yếu tố như pH và nồng độ ion. Việc sử dụng than sinh học không chỉ giúp xử lý ô nhiễm mà còn mang lại giá trị kinh tế từ việc tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp.

4.1. Hiệu Quả Hấp Phụ Của Than Sinh Học

Than sinh học biến tính cho thấy hiệu quả hấp phụ cao đối với ion Cu(II) và Pb(II), với khả năng hấp phụ tối đa đạt được trong điều kiện tối ưu.

4.2. Phân Tích Kết Quả Thí Nghiệm

Các kết quả phân tích từ thí nghiệm cho thấy sự tương quan giữa nồng độ ion và khả năng hấp phụ, giúp xác định mô hình hấp phụ phù hợp.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II) bằng than sinh học từ đũa tre đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả. Việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới từ nguồn nguyên liệu tái chế không chỉ giúp xử lý ô nhiễm mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hướng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình chế tạo và mở rộng ứng dụng của than sinh học trong xử lý nước.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Vật Liệu Mới

Việc phát triển vật liệu mới từ nguồn nguyên liệu tái chế có thể mở ra nhiều cơ hội trong việc xử lý ô nhiễm nước hiệu quả hơn.

5.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu có thể mở rộng sang các loại ion kim loại khác và cải thiện quy trình chế tạo than sinh học để nâng cao hiệu quả hấp phụ.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ô nhiễm môi trường nước do các kim loại nặng độc hại như đồng (Cu) và chì (Pb) đang là thách thức nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và sức khỏe con người. Các nguồn phát thải kim loại nặng vào môi trường bắt nguồn từ nhiều hoạt động công nghiệp và đời sống như mạ điện, luyện kim, sản xuất sơn, hóa chất bảo vệ thực vật, tái chế ắc quy, khai thác khoáng sản và khí thải giao thông. Theo QCVN 8-2:2011/BYT, EPA và WHO, hàm lượng tối đa cho phép của Cu(II) và Pb(II) trong nguồn nước sinh hoạt được kiểm soát rất nghiêm ngặt do độc tính tích lũy cao. Tiếp xúc kéo dài với Cu(II) có thể gây ngộ độc cấp tính đường tiêu hóa, rối loạn chức năng gan và hội chứng Wilson; trong khi Pb(II) là kim loại không thiết yếu gây tổn thương hệ thần kinh trung ương, suy giảm chỉ số IQ ở trẻ em, tổn thương thận, tăng huyết áp và rối loạn sinh sản.

Song song với áp lực xử lý nước thải, sự gia tăng rác thải rắn từ dịch vụ thức ăn nhanh—đặc biệt là đũa tre dùng một lần—đang tạo ra gánh nặng lớn cho công tác quản lý chất thải rắn. Việc tận dụng nguồn sinh khối đũa tre phế thải để sản xuất than sinh học (biochar - BC), kết hợp biến tính chức năng hóa với nhóm phosphate (PO₄³⁻) nhằm tạo vật liệu có ái lực cao với cation kim loại nặng, mở ra giải pháp kết hợp giữa xử lý chất thải rắn và xử lý ô nhiễm nước.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định gồm:

1. Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu than sinh học từ đũa tre (BC-ĐT) bằng phương pháp nhiệt phân và chức năng hóa bề mặt bằng muối phosphate (BC-Phosphate).
2. Phân tích, đánh giá các đặc trưng cấu trúc, hình thái và tính chất hóa lý của vật liệu BC-Phosphate bằng các phương pháp FESEM, EDX, FT-IR, BET/BJH và xác định điểm điện tích không (pHpzc).
3. Khảo sát thực nghiệm khả năng hấp phụ ion Cu(II) và Pb(II) trong môi trường nước thông qua việc tối ưu hóa đơn biến các thông số: pH dung dịch, thời gian tiếp xúc, nồng độ ion ban đầu và khối lượng vật liệu hấp phụ.
4. Đánh giá cơ chế hấp phụ dựa trên các mô hình động học (bậc một, bậc hai giả định) và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ (Langmuir, Freundlich).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Than sinh học chế tạo từ đũa tre dùng một lần và than sinh học biến tính với phosphate (BC-Phosphate); quá trình hấp phụ hai ion kim loại Cu(II) và Pb(II) trong pha lỏng.
• Phạm vi nghiên cứu: Đề tài thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm Hóa học Môi trường – Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 08/2023 đến tháng 12/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết về vật liệu carbon hóa sinh khối và cơ chế hấp phụ bề mặt:

• Than sinh học (Biochar - BC): Theo định nghĩa của Sáng kiến Than sinh học Quốc tế (IBI), than sinh học là sản phẩm rắn giàu carbon thu được từ quá trình nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu hoặc không có oxy (yếm khí) ở nhiệt độ dưới 700°C. Cấu trúc mao quản của than sinh học gồm vi lỗ (micropores, bán kính < 2 nm, đóng góp tới 95% diện tích bề mặt), lỗ trung bình (mesopores, 2–50 nm) và lỗ lớn (macropores, > 50 nm).
• Biến tính bằng phosphate: Chức năng hóa bề mặt than sinh học với các hợp chất chứa calci và phosphate nhằm tạo phức hoặc hình thành pha khoáng tương tự hydroxyapatite [Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, HAP]. Cơ chế hấp phụ kim loại nặng của vật liệu gồm sự trao đổi cation giữa Ca(II) trong cấu trúc với Cu(II)/Pb(II), liên kết phối trí với các nhóm hydroxyl (-OH) và phosphate (P-OH) trên bề mặt, cùng tương tác khuếch tán vật lý trong các lỗ xốp.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý luận (tổng hợp, phân tích tài liệu chuyên ngành) và nghiên cứu thực nghiệm:

Nhóm phương pháp / Kỹ thuật	Thiết bị sử dụng	Mục đích phân tích
Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS)	Thermo Scientific ICE 3000	Xác định nồng độ ion Cu(II) và Pb(II) trước và sau quá trình hấp phụ
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM)	Hitachi S4800	Quan sát hình thái vi cấu trúc, độ xốp bề mặt vật liệu
Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)	Horiba H-7593	Phân tích định tính và định lượng thành phần nguyên tố pha rắn
Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)	Jasco FT-IR-6X	Nhận diện các nhóm chức hóa học trên bề mặt trước và sau khi hấp phụ
Hấp phụ - giải hấp đẳng nhiệt N₂ (BET/BJH)	Thiết bị đo diện tích bề mặt chuyên dụng	Đo diện tích bề mặt riêng (SBET), thể tích và kích thước mao quản trung bình
Đo điểm điện tích không (pHpzc)	Máy đo pH cầm tay Hanna HI8314	Xác định điện tích bề mặt vật liệu thông qua phương pháp dịch chuyển pH

Hóa chất sử dụng bao gồm dung dịch chuẩn Cu(NO₃)₂ và Pb(NO₃)₂ 1000 mg·L⁻¹ (Merck), CuSO₄·5H₂O, Pb(NO₃)₂, CaCl₂, Na₂HPO₄·12H₂O, HNO₃ 65–68%, NaOH (tinh khiết > 99%, Xilong Scientific). Mọi dung dịch đều được pha chế bằng nước khử ion (DI) từ hệ thống Labconco WaterPro PS.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này thiết lập cơ sở khoa học và tính cấp thiết của đề tài. Tác giả trình bày thực trạng suy thoái chất lượng nguồn nước do kim loại nặng từ các ngành công nghiệp; dẫn chứng các số liệu ô nhiễm tại các lưu vực sông lớn (sông Mê Kông, sông Kim Ngưu, sông Nhuệ) và các làng nghề tái chế tại Việt Nam. Đồng thời, chương 1 xác định rõ mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu thực nghiệm trong thời gian 4 tháng, tóm tắt các nội dung công việc và giới thiệu đơn vị thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM.

Chương 2: Tổng quan

Chương 2 cung cấp bức tranh toàn diện về cơ sở lý thuyết và tình hình nghiên cứu liên quan:

• Đặc tính hóa lý, nguồn gốc phát thải và độc tính lâm sàng của copper và lead. Nêu rõ giới hạn tiêu chuẩn cho phép của EPA (Cu 1,3 mg·L⁻¹; Pb 0 mg·L⁻¹), WHO (Cu 3 mg·L⁻¹) và QCVN tại Việt Nam.
• Khái niệm, cấu trúc vi lỗ xốp, nhóm chức bề mặt (carbon - oxygen), khả năng trao đổi cation, khả năng tái sử dụng và hiệu quả kinh tế của than sinh học.
• Các kỹ thuật biến tính than sinh học: ngâm tẩm hóa chất (acid/base/chất oxy hóa), phủ hạt nano và biến tính với phosphate/hydroxyapatite.
• Tổng hợp các công trình nghiên cứu về than sinh học xử lý kim loại nặng trong nước (như nghiên cứu của Đỗ Thu Hà, Vũ Thị Mai, Phạm Hoàng Giang, Đào Minh Trung, Phạm Tăng Cát Lượng) và quốc tế (HongYu Wang, J. Deng, Simeng Li, X. Meng, Rachel A. Smoak).

Chương 3: Thực nghiệm, hóa chất, dụng cụ, thiết bị đo

Chương này mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và các điều kiện đo đạc:

• Quy trình điều chế BC-ĐT: Mẫu đũa tre được dát mỏng, sấy ở 80°C trong 24 giờ, sau đó nhiệt phân trong lò nung Nabertherm ở 400°C trong 2 giờ dưới dòng khí N₂ liên tục (lưu lượng 0,05 L·phút⁻¹). Sau khi nung, than được rửa bằng nước DI, sấy khô ở 80°C (24 giờ) và rây qua cỡ hạt 75 µm.
• Quy trình biến tính tạo BC-Phosphate: Hòa tan 1,110 g CaCl₂ vào 100 mL nước để tạo dung dịch 0,1 M, thêm 2,000 g BC-ĐT vào tạo huyền phù (hỗn hợp X). Hòa tan 2,149 g Na₂HPO₄·12H₂O vào 100 mL nước (dung dịch Y). Cả hai dung dịch được chỉnh về pH = 10 bằng đệm NH₃/NH₄Cl. Nhỏ từ từ dung dịch Y vào hỗn hợp X qua buret trong 6 giờ dưới điều kiện khuấy từ, ngâm tĩnh 12 giờ, lọc rửa và sấy khô ở 80°C trong 24 giờ.
• Xây dựng đường chuẩn AAS: Đường chuẩn xác định Cu(II) trong nền HNO₃ 0,5% đạt hệ số tương quan tuyến tính R² = 0,9999 (phương trình: y = 0,0245x + 0,0041); đường chuẩn Pb(II) được chuẩn hóa trước mỗi chuỗi đo.
• Bố trí thí nghiệm khảo sát đơn biến: Khảo sát ảnh hưởng của pH (từ môi trường acid đến kiềm nhẹ), thời gian tiếp xúc (từ 5 đến 180 phút), nồng độ ban đầu của Cu(II) và Pb(II), và khối lượng vật liệu (từ 0,02 g đến 0,15 g) trong thể tích dung dịch cố định 50 mL ở tốc độ lắc 350 vòng·phút⁻¹.

Chương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 4 trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm và thảo luận cơ chế:

• Đặc trưng hóa lý của vật liệu:
  • Phổ EDX: Xác nhận sự xuất hiện của các nguyên tố C, O, Ca và P trên cấu trúc BC-Phosphate trước hấp phụ, và sự xuất hiện tín hiệu của Cu và Pb sau khi hấp phụ.
  • Ảnh FESEM: Cho thấy bề mặt BC-Phosphate phát triển nhiều lỗ xốp, các tinh thể muối phosphate/calci phân bố đều trên bề mặt carbon xốp của đũa tre.
  • Phổ FT-IR: Thể hiện các dao động liên kết đặc trưng của nhóm O-H, C=O, C-O và đặc biệt là dải hấp thụ của nhóm phosphate (P-O / P-OH). Sau khi hấp phụ, có sự dịch chuyển và thay đổi cường độ của các píc liên quan đến P-OH và O-H, chứng minh sự tham gia tạo phức của các nhóm này với Cu(II) và Pb(II).
  • Phân tích BET/BJH: Xác định diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp trung bình của mẫu vật liệu.
  • Điểm điện tích không (pHpzc): Đồ thị ΔpHi theo pH ban đầu xác định giá trị đẳng điện của BC-Phosphate, làm cơ sở giải thích ảnh hưởng của pH dung dịch đến lực tương tác tĩnh điện giữa bề mặt vật liệu và các cation kim loại.
• Khảo sát quá trình hấp phụ:
  • Ảnh hưởng của pH: Hiệu suất và dung lượng hấp phụ cả hai ion tăng nhanh khi tăng pH từ 2 đến khoảng 5–6, do giảm lực đẩy tĩnh điện từ ion H⁺ cạnh tranh và tăng khả năng phân ly của các nhóm chức acid/phosphate.
  • Động học hấp phụ: Dung lượng hấp phụ tăng nhanh trong giai đoạn đầu và đạt trạng thái cân bằng. Dữ liệu thực nghiệm tương thích cao với mô hình động học bậc hai giả định (Pseudo-second-order), chứng minh quá trình hấp phụ bị chi phối chủ yếu bởi cơ chế hấp phụ hóa học (chemisorption).
  • Đẳng nhiệt hấp phụ: Khảo sát ở các nồng độ ban đầu khác nhau cho thấy quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir, thể hiện quá trình hấp phụ đơn lớp trên các tâm hấp phụ đồng nhất.
  • Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ: Hiệu suất loại bỏ kim loại tăng khi tăng khối lượng than, trong khi dung lượng hấp phụ trên một đơn vị khối lượng (q) có xu hướng giảm do dư thừa tâm hấp phụ.
• So sánh hiệu quả: Đề tài so sánh dung lượng hấp phụ cực đại giữa BC-Phosphate và BC-ĐT nguyên bản, đồng thời đối chiếu với các loại than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp khác trong y văn.

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối tổng kết các kết quả định lượng đạt được trong việc chế tạo vật liệu và xử lý Cu(II), Pb(II); khẳng định tính khả thi của quy trình biến tính phosphate trên nền than sinh học đũa tre. Đồng thời, tác giả đưa ra các kiến nghị về việc mở rộng thử nghiệm trên nguồn nước thải thực tế và nghiên cứu khả năng tái sinh của vật liệu.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả thực nghiệm và đóng góp cụ thể:

Thông số / Nội dung	Kết quả thực nghiệm ghi nhận trong đề tài
Quy trình chế tạo BC-ĐT	Nhiệt phân đũa tre dùng một lần ở 400°C trong 2 giờ, lưu lượng N₂ 0,05 L·phút⁻¹, nghiền rây qua 75 µm
Quy trình biến tính BC-Phosphate	Chức năng hóa bằng hệ dung dịch CaCl₂ 0,1 M và Na₂HPO₄ 0,06 M ở pH = 10, thời gian nhỏ giọt 6 giờ, ngâm tĩnh 12 giờ, sấy ở 80°C
Nhận diện đặc trưng vật liệu	Xác nhận sự có mặt của Ca và P (EDX), diện tích bề mặt riêng và hệ thống mao quản phát triển (BET/BJH, FESEM), sự tham gia của liên kết P-O/P-OH (FT-IR)
Động học và Đẳng nhiệt	Phù hợp với mô hình động học bậc hai giả định (Pseudo-second-order) và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
So sánh với nghiên cứu trước	BC-Phosphate nâng cao dung lượng hấp phụ Cu(II) và Pb(II) so với than sinh học đũa tre chưa biến tính (BC-ĐT) và cạnh tranh với các vật liệu sinh khối khác (như than từ xơ dừa, mùn cưa, vỏ chuối)

Đóng góp của khóa luận:

• Cung cấp quy trình thực nghiệm chi tiết về việc tái chế rác thải đũa tre dùng một lần thành vật liệu xử lý môi trường.
• Làm rõ vai trò của ion phosphate và calci trong việc cải thiện dung lượng hấp phụ cation kim loại nặng thông qua cơ chế trao đổi ion và tạo phức bề mặt.
• Bổ sung bộ số liệu thực nghiệm đầy đủ về đặc trưng hóa lý và cân bằng hấp phụ của hệ hấp phụ BC-Phosphate với hai ion Cu(II) và Pb(II).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số hạn chế và định hướng nghiên cứu tiếp theo dựa trên phạm vi thực nghiệm:

• Nghiên cứu mới khảo sát trên hệ dung dịch đơn chất Cu(II) và Pb(II) pha trong phòng thí nghiệm; chưa đánh giá ảnh hưởng của các ion cạnh tranh (như Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, các anion SO₄²⁻, Cl⁻) thường xuất hiện đồng thời trong nước thải công nghiệp.
• Chưa tiến hành các chu trình giải hấp và tái sinh vật liệu (desorption/regeneration) để xác định độ bền và khả năng tái sử dụng qua nhiều chu kỳ.
• Hướng nghiên cứu tiếp bao gồm: Thử nghiệm xử lý trên mẫu nước thải thực tế từ các cơ sở mạ điện hoặc làng nghề; thiết kế hệ thống hấp phụ dạng cột chảy liên tục (fixed-bed column) để đánh giá khả năng ứng dụng ở quy mô bán công nghiệp.

Giá trị tham khảo

Khóa luận có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng và chuyên đề nghiên cứu sau:

• Sinh viên và học viên cao học ngành Hóa học, Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Hóa Môi trường và Khoa học Vật liệu: Cung cấp tài liệu tham khảo về quy trình nhiệt phân sinh khối và kỹ thuật kết tủa hóa học để biến tính than sinh học.
• Các nghiên cứu về xử lý kim loại nặng: Phương pháp luận bố trí thí nghiệm khảo sát đơn biến, kỹ thuật phân tích F-AAS, và phương pháp xử lý dữ liệu động học (bậc một, bậc hai) cùng mô hình đẳng nhiệt (Langmuir, Freundlich) được trình bày rõ ràng, dễ áp dụng.
• Cơ sở dữ liệu vật liệu: Bảng tổng hợp số liệu đặc trưng FESEM, EDX, FT-IR và BET của vật liệu than sinh học gắn nhóm phosphate là nguồn dữ liệu đối sánh hữu ích cho các đề tài cùng hướng.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện nhiệt phân để chế tạo than sinh học đũa tre (BC-ĐT) trong khóa luận là gì?
Mẫu đũa tre dùng một lần sau khi dát mỏng và sấy khô ở 80°C trong 24 giờ được nhiệt phân trong lò nung ở nhiệt độ 400°C trong thời gian 2 giờ, dưới môi trường khí Nitrogen (N₂) liên tục với lưu lượng 0,05 L·phút⁻¹. Sau đó than được rửa sạch bằng nước khử ion (DI), sấy khô và nghiền rây qua cỡ hạt 75 µm.

2. Hóa chất và tỷ lệ nào được sử dụng để biến tính than sinh học với phosphate (BC-Phosphate)?
Tác giả sử dụng 2,000 g BC-ĐT phân tán trong 100 mL dung dịch CaCl₂ 0,1 M (chứa 1,110 g CaCl₂), sau đó nhỏ từ từ 100 mL dung dịch Na₂HPO₄ (chứa 2,149 g Na₂HPO₄·12H₂O) qua buret trong vòng 6 giờ. Quá trình thực hiện ở pH = 10 duy trì bằng hệ đệm NH₃/NH₄Cl, tiếp tục ngâm 12 giờ trước khi rửa và sấy khô ở 80°C trong 24 giờ.

3. Khóa luận sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại nào để xác định đặc trưng của vật liệu?
Đề tài sử dụng 5 phương pháp chính: Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (F-AAS Thermo Scientific ICE 3000), kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM Hitachi S4800), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX Horiba H-7593), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR Jasco FT-IR-6X), và phương pháp đo hấp phụ đẳng nhiệt N₂ (BET/BJH).

4. Quá trình hấp phụ Cu(II) và Pb(II) lên BC-Phosphate tuân theo mô hình động học và đẳng nhiệt nào?
Dữ liệu thực nghiệm của quá trình hấp phụ Cu(II) và Pb(II) trên BC-Phosphate tương thích tốt nhất với mô hình động học bậc hai giả định (Pseudo-second-order) và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, cho thấy quá trình xảy ra theo cơ chế hấp phụ hóa học đơn lớp trên các vị trí liên kết đồng nhất.

5. Giá trị điểm điện tích không (pHpzc) của BC-Phosphate được xác định bằng cách nào và có ý nghĩa gì?
Giá trị pHpzc được xác định bằng phương pháp dịch chuyển pH: lắc 0,05 g BC-Phosphate trong 40 mL dung dịch NaNO₃ 0,1 M với dải pH ban đầu từ 3 đến 11 ở tốc độ 350 vòng·phút⁻¹ trong 24 giờ. Giá trị này giúp xác định ngưỡng pH mà tại đó bề mặt vật liệu tích điện âm (khi pH dung dịch > pHpzc), tạo điều kiện thuận lợi cho lực hút tĩnh điện với các cation Cu²⁺ và Pb²⁺.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Phan Chí Bảo đã tổng hợp thành công vật liệu than sinh học biến tính phosphate (BC-Phosphate) từ nguồn phế thải đũa tre dùng một lần và chứng minh hiệu quả ứng dụng trong việc loại bỏ ion Cu(II) và Pb(II) khỏi môi trường nước. Các kết quả phân tích hóa lý (FESEM, EDX, FT-IR, BET/BJH) và khảo sát thực nghiệm đã xác lập rõ ràng cơ chế hấp phụ hóa học, tuân theo động học bậc hai và mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Công trình mang tính thực tiễn cao, đóng góp một giải pháp xử lý kết hợp giữa quản lý chất thải rắn sinh hoạt và bảo vệ chất lượng tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC DAIHOC em BSP TP. HO CHi MINH TU DUA TRE VA BIEN TINH VOI PHOSPHATE Giảng viên hướng dân: TS. Nguyễn Kim Diễm Mai Sinh viên thực hiện: Phan Chí Bảo Mã số sinh viên: 46.HCM, tháng 05 năm 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP KHAO SÁT KHẢ NĂNG HAP PHU ION Cu(II) VÀ Pb(ID BANG THAN SINH HOC CO NGUÒN GÓC TU DUA TRE VA BIEN TINH VOI PHOSPHATE Giảng viên hướng dân: TS. Nguyễn Kim Diễm Mai Sinh viên thực hiện: Phan Chí Bao Mã số sinh viên: 46.013 Xác nhận của cán bộ hướng dẫn (Kí và ghi rõ họ tên) TP.

HCM, tháng 05 năm 2024 LỜI CAM ĐOAN Trong khóa luận này, tôi cam kết đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dan của TS. Nguyễn Kim Diễm Mai và tôi đã thực hiện dé tài của mình với tinh thần trách nhiệm cao nhất, đảm bảo sự chính xác và đầy đủ về các thông tin được trình bày trong khóa luận. Tôi đã tập trung nghiên cứu và phân tích kỹ càng dé đưa ra những kết luận mang tính xây dựng. Bên cạnh đó, tôi cũng cam kết tuân thủ các quy định và hướng dẫn của trường đại học và khoa vẻ việc viết khóa luận, dam báo tính chính xác.

logic và thuyết phục của bài viết. Tôi dành thời gian và công sức dé hoàn thiện khóa luận của mình. Với tinh thần trách nhiệm và nỗ lực hết mình, tôi hy vọng khóa luận của minh sẽ đạt được những kết quả tốt nhất và có ý nghĩa góp phan mang tinh xây dựng cộng đồng khoa học và xã hội. Người cam đoan PHAN CHÍ BẢO LỜI CẢM ƠN Trong khóa luận của tôi, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thay cô giáo, giảng viên va cán bộ của trưởng Đại học Sư phạm TP.HCM đã danh thời gian vả công sức hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và viết khóa luận.

Những kiến thức quý báu va những kinh nghiệm quý giá mà các thay cô đã chia sẻ giúp tôi hoàn thiện được khóa luận của mình. Tôi muốn gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS. Nguyễn Kim Diễm Mai đã tận tình hướng dẫn va giúp đỡ trong suốt quá trình làm khoá luận. Tôi cũng muốn cảm ơn các thay cô trong tô bộ môn Hoá Công nghệ - Môi trường đã chia sẻ những góp ý, kinh nghiệm và kiến thức quý giá đẻ tôi hoàn thành khoá luận một cách chính xác và hoàn chỉnh.

Xin chân thành cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Anh Tiến đã tạo điều kiện tốt nhất đẻ tôi có thé sử đụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm Hoá V6 cơ như tủ sấy, tủ nung va dụng cụ thí nghiệm. Tôi cũng muốn cảm ơn đến PGS. Nguyễn Thị Ánh Tuyết và TS. Nguyễn Văn My đã tạo điều kiện tốt nhất đề tôi có thé sử dung phòng thí nghiệm và thiết bị do AAS.

Tất cả những sự giúp đỡ và hỗ trợ này đã góp phần quan trọng vào việc hoàn thành khoá luận của tôi. Những lời động viên từ gia đình và bạn bè góp phan truyền động lực cho tôi hoàn thành khóa luận một cách tốt nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày.năm 2024 Sinh Viên PHAN CHÍ BẢO ii XÁC NHAN CHINH SỬA SAU BẢO VỆ "1.

XÁC NHAN CUA GVHD XAC NHAN CUA CHU TICH HOI DONG (Ki va ghi ro ho tén) (Kí và ghi rõ ho tên) ili MỤC LỤC BGT CAM BOAN bu ggỹggaggỹ-ỹ.-dgotioiootoiiioiioig8t00303880096080003800100000880 ai i LỐI CẢ MION scccessscesscsczssscosssicssssccsssicoasscessstccssscusssssssssctssescussstosssicusssccossscussstessstavsssscsssssusisecsl ii DANH MỤC CHỮ VIET TAT VA.