I. Loại bỏ kim loại nặng và vật liệu hấp phụ từ phế thải thủy sản
Nghiên cứu tập trung vào loại bỏ kim loại nặng, cụ thể là Zn(II), trong dung dịch lỏng. Vật liệu hấp phụ được sử dụng là chitosan biến tính (CTSK-CT), một vật liệu hấp phụ được chế tạo từ phế thải thủy sản. Đây là một giải pháp thân thiện môi trường, tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có và giảm thiểu tài chính phế thải thủy sản. Nghiên cứu đánh giá hiệu quả hấp phụ của CTSK-CT đối với Zn(II) thông qua các thí nghiệm hấp phụ gián đoạn và sử dụng quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken (BBD) để tối ưu hóa điều kiện. Mục tiêu chính là xác định khả năng hấp phụ kim loại nặng của CTSK-CT và ứng dụng trong xử lý nước thải chứa kim loại nặng. Nghiên cứu cũng bao gồm phân tích SEM, FTIR và XRD để đặc trưng vật liệu và cơ chế hấp phụ.
1.1. Đặc trưng vật liệu hấp phụ
Chitosan (vật liệu hấp phụ) được lựa chọn vì tính khả dụng, chi phí thấp và khả năng hấp phụ kim loại tốt. CTSK-CT là chitosan khâu mạch gắn axit citric, một dạng biến tính tăng cường khả năng hấp phụ. Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc vật liệu bằng các phương pháp phân tích SEM, phân tích FTIR, và phân tích XRD. Phân tích SEM giúp quan sát hình thái bề mặt, ảnh hưởng đến diện tích bề mặt và khả năng hấp phụ. Phân tích FTIR xác định các nhóm chức năng trên bề mặt, liên quan đến cơ chế hấp phụ kim loại nặng. Phân tích XRD nghiên cứu cấu trúc tinh thể, ảnh hưởng đến tính chất hấp phụ. Kết quả cho thấy CTSK-CT có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn và các nhóm chức năng phù hợp cho hấp phụ Zn(II).
1.2. Nghiên cứu hấp phụ gián đoạn
Thí nghiệm hấp phụ gián đoạn được tiến hành để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả hấp phụ. Các yếu tố được nghiên cứu bao gồm: pH, thời gian tiếp xúc, liều lượng chất hấp phụ, nồng độ ban đầu của Zn(II) và nhiệt độ. Mỗi yếu tố được thay đổi trong khi giữ các yếu tố khác không đổi. Kết quả thí nghiệm được sử dụng để xây dựng đẳng nhiệt hấp phụ và động học hấp phụ. Các mô hình Langmuir, Freundlich, Temkin và Redlich-Peterson được sử dụng để mô tả cân bằng hấp phụ. Động học hấp phụ được phân tích dựa trên mô hình giả bậc nhất và giả bậc hai. Kết quả cho thấy hiệu quả hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố trên, và mô hình Langmuir phù hợp nhất để mô tả cân bằng hấp phụ.
1.3. Tối ưu hóa điều kiện hấp phụ bằng phương pháp BBD
Quy hoạch thực nghiệm Box-Behnken (BBD) được sử dụng để tối ưu hóa các điều kiện hấp phụ. Ba yếu tố chính: pH, nồng độ ban đầu của Zn(II) và nhiệt độ được lựa chọn. BBD giúp xác định ảnh hưởng riêng lẻ và tương tác giữa các yếu tố đến hiệu quả hấp phụ. Kết quả cho thấy sự kết hợp tối ưu của các yếu tố dẫn đến hiệu suất hấp phụ cao nhất. Mô hình đáp ứng bề mặt (RSM) được xây dựng để dự đoán hiệu suất hấp phụ ở các điều kiện khác nhau. Phân tích phương sai (ANOVA) được sử dụng để đánh giá ý nghĩa thống kê của mô hình. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả hấp phụ Zn(II) của CTSK-CT rất tốt, đạt trên 99% trong một số mẫu nước thải công nghiệp.
II. Ứng dụng và triển vọng
Nghiên cứu chứng minh khả năng loại bỏ kim loại nặng hiệu quả của vật liệu hấp phụ từ phế thải thủy sản. Đây là giải pháp xử lý nước thải chứa kim loại nặng thân thiện với môi trường, có chi phí xử lý nước thải thấp và khả năng tái chế phế thải thủy sản. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp liên quan đến kim loại. Triển vọng nghiên cứu mở rộng sang loại bỏ các kim loại nặng khác và phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn từ các nguồn phế thải khác. Nghiên cứu cũng góp phần vào giải pháp thân thiện môi trường, giảm thiểu ô nhiễm và kinh tế tuần hoàn.
2.1. Ứng dụng thực tiễn
Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trực tiếp vào xử lý nước thải công nghiệp chứa Zn(II). Công nghệ xử lý nước thải sử dụng CTSK-CT là một giải pháp bền vững, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và chi phí. Vật liệu hấp phụ có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô nhỏ hoặc lớn. Khả năng tái sử dụng vật liệu hấp phụ sau khi giải hấp cần được nghiên cứu thêm để tối ưu hóa quá trình. Việc ứng dụng rộng rãi đòi hỏi nghiên cứu thêm về độ bền và khả năng vận hành của hệ thống trong điều kiện thực tế.
2.2. Triển vọng nghiên cứu
Nghiên cứu có thể được mở rộng để nghiên cứu hấp phụ các loại kim loại nặng khác như cadium hấp phụ, thủy ngân hấp phụ, arsen hấp phụ. Việc phát triển các vật liệu hấp phụ mới từ các nguồn phế thải khác nhau, như phế thải nông nghiệp, cũng là một hướng nghiên cứu tiềm năng. Nghiên cứu về cơ chế hấp phụ chi tiết hơn, cũng như tối ưu hóa quá trình giải hấp, sẽ giúp nâng cao hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải. Áp dụng các kỹ thuật tiên tiến như mô phỏng máy tính để dự đoán và tối ưu hóa quá trình hấp phụ cũng là một hướng nghiên cứu đáng quan tâm.
