CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước Nghiên cứu của Nguyễn Trần Thảo Uyên, 2022 [2] Trong nghiên cứu này, họ đã điều chế vật liệu hấp phụ Biochar từ xơ dừa bằng phương pháp cacbon hóa, biến tính bằng tác nhân acid HCl và tổng hợp composite của nó với hạt vi sắt (ZVI) ứng dụng hấp phụ các ion Au(III) ra khỏi dung dịch ly trích từ PCBs. Kết quả sau khi khảo sát họ đưa ra thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ với pH = 3, thời gian hấp phụ đạt trạng thái cân bằng là 30 phút, nồng độ Au là 50 ppm. Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình động học bậc 2. Trong điều kiện tối ưu, dung lượng hấp phụ vàng cực đại của BC, HBC, BCF41 lần lượt là 172,414 mg/g, 98,039 mg/g và 434,783 mg/g.
Nghiên cứu của Tạ Thị Thanh Thúy, 2022 [3] Trong nghiên cứu này, vật liệu chitosan biến tính với glutaraldehyde dạng hạt được tổng hợp và sau đó kết hợp với bột sắt ứng dụng thu hồi Au từ rác thải điện tử. Kết quả sau khi hấp phụ cho thấy pH tối ưu của quá trình hấp phụ là pH = 1, thời gian hấp phụ đạt trạng thái cân bằng là 8 giờ, quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình động học hấp phụ bậc 2 (R2 > 0,97), kết quả từ mô hình hấp phụ đẳng nhiệt theo Langmuir và Freundlich cho thấy vật liệu CS-GA tuân theo mô hình Freundlich, khảo sát ảnh hưởng của các ion đại diện có trong mẫu PCBs bao gồm ion Cl-, NO3-, Cu2+ và Al3+, cho thấy rằng vật liệu có khả năng hấp phụ chọn lọc tốt khi có mặt ion cạnh trạnh.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu của Bimala Pengeni và cộng sự [4] Pangeni và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ của vải cotton cellulose được xử lý với axit sulfuric đậm đặc để khảo sát khả năng thu hồi Au từ chất thải điện tử, kết quả sau khi họ đã khảo sát với 30 giờ thì quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng, sự hấp phụ phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir (R2 > 0,99), quá trình hấp phụ diễn ra trên các vị trí hấp phụ là giống nhau trên bề mặt hấp phụ đồng nhất và không có tương tác giữa các vị trí hấp phụ. Họ cũng đã phân tích mẫu gel sau khi hấp phụ bằng phương 1 pháp XRD, kết quả xuất hiện các peak đặc trưng cho nguyên tố Au, thêm vào đó, việc sử dụng phương pháp kính hiển vi quang học và phương pháp FT-IR chứng minh ion Au đã bị khử thành các hạt Au kim loại. Nghiên cứu của Wanying Zhou và cộng sự [5] Nghiên cứu này họ đã khảo sát khả năng hấp phụ Au từ rác thải điện tử của vật liệu than hoạt tính và than sinh học (được sản xuất từ rơm ngô, rơm lúa mì và gỗ vụn bằng phương pháp nhiệt phân), từ đó đưa ra các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ.
Kết quả của nghiên cứu, về than hoạt tính: nhiệt độ phản ứng 25 ℃, kích thước hạt 40 – 60 Mesh, liều lượng 0,05 g/10 mL (1 : 200), pH = 7, thời gian phản ứng là 2 giờ, tốc độ khuấy 200 vòng/phút. Với than sinh học: nhiệt độ phản ứng 40 ℃, rơm ngô (SC700) làm nguyên liệu thô, liều lượng 0,15 g/10 mL (3 : 200), pH = 3, thời gian phản ứng là 5 giờ, tốc độ khuấy 250 vòng/phút. Nghiên cứu của Monier và cộng sự [6] Trong nghiên cứu này, Monier đã sử dụng sợi bông cellulose biến tính thông qua quá trình đồng trùng hợp của poly acrylonitrile (PAN) và sau đó chèn các gốc phenyl thiosemicarbazide nhằm tạo ra sợi chelate C-PTS để khảo sát khả năng hấp phụ các kim loại quý (Au3+, Pt2+, Ag+), họ đã khảo sát các điều kiện như pH, nhiệt độ, động học hấp phụ và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt để đưa ra thông số tối ưu. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ các kim loại tăng khi pH tăng.
Họ cũng đưa ra kết quả động học hấp phụ, quá trình hấp phụ diễn ra nhanh trong 20 phút đầu tiên với 85% Au được hấp phụ (5,5 mg/(g.min)) và sự hấp phụ phù hợp với mô hình bậc 2, kết quả hấp phụ cũng cho thấy phù hợp với mô hình hấp phụ Langmuir, chất hấp phụ tạo đơn lớp trên bề mặt hấp phụ, đồng nhất giữa các vị trí hấp phụ tương đương về mặt năng lượng và không có tương tác giữa các chất hấp phụ, khả năng hấp phụ tối đa đối với Au3+ là 198,31 mg/g, cao hơn so với Pt và Ag. Bên cạnh đó, họ còn tiến hành thí nghiệm giải hấp và tái tạo vật liệu với HNO3 0,1 N làm chất rửa giải, kết quả cho thấy hiệu suất giảm không đáng kể qua 5 lần rửa giải (lần 5 hiệu suất còn 94,9%). 2 Nghiên cứu của Biwas và cộng sự [7] Trong nghiên cứu này, họ đã sử dụng vật liệu cellulose biến tính dithiocarbamate (DMC) để khảo sát khả năng hấp phụ Au3+ và Pt4+. Kết quả cho thấy vật liệu thể hiện khả năng hấp phụ với hiệu suất 99% trên phạm vi pH từ 1 – 6, quá trình hấp phụ Au đạt trạng thái cân bằng trong 20 phút.
Sự hấp phụ phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir với hệ số tương quan R2 > 0,99 và giá trị dung lượng hấp phụ cực đại (tính toán từ mô hình Langmuir) phù hợp với giá trị thực nghiệm (5,07 mmol/g và 2,41 mmol/g đối với Au3+ và Pt4+) Nghiên cứu của Mohmed và cộng sự [8] Trong nghiên cứu này, họ đã sử dụng cellulose bằng cách oxy bởi periodate (KIO4) và biến tính với gốc hydrazono - imidazoline. Quá trình hấp phụ bắt đầu ngay ở pH = 1 và đạt cực đại ở pH 4 – 5, do trong dung dịch clo hóa có tính axit, các nguyên tử nito của imidaxoline được proton hóa và phần lớn các imino mang điện tích dương, ngoài ra các ion Au3+, Pt2+ và Pd2+ là phức hợp clorua [AuCl4]- , [PtCl6]2- và [PdCl4]2- do đó, việc hấp phụ các ion kim loại của vật liệu ở pH thấp có thể là do lực hút tĩnh điện (liên kết ion) giữa các nhóm imino được proton hóa của chất hấp phụ và phức chất mang điện tích âm của kim loại. Hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng theo thời gian và đạt trạng thái cân bằng ở 120 phút, tốc độ hấp phụ ở thời điểm ban đầu cao là do các vị trí hấp phụ còn trống và dễ dàng liên kết với các ion kim loại và giảm dần về sau, quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình bậc 2 (R2 > 0,99) và liên quan đến quá trình hấp phụ hóa học. Về mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ nghiên cứu để xác định bản chất của tương tác giữa vật liệu và các ion kim loại, kết quả quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình hấp phụ Langmuir (dung lượng hấp phụ cực đại 105 mg/g đối với Au3+) rằng sự hấp phụ diễn ra tại các vị trí hấp phụ đơn lớp đồng nhất trên bề mặt chất hấp phụ.2 Giới thiệu rác thải điện tử (E – waste) Rác thải điện tử (hình 1.1) được định nghĩa là các thiết bị điện - điện tử trở thành rác thải sau khi chủ sở hữu loại bỏ nó như rác thải mà không có ý định tái sử dụng [9], [10], [11].
Với những tiến bộ công nghệ, các ngành công nghiệp đã chuyển sang tự động hóa nhiều hơn, điều này đã làm tăng việc sử dụng thiết bị điện và điện tử. Các sản phẩm điện và điện tử đã trở nên phổ biến trong đời sống hàng ngày của người tiêu dùng, nó được 3 sử dụng thường xuyên trong sản xuất và các ngành công nghiệp khác. Đồng thời, sự phát triển của các công nghệ xử lý và máy tính tiên tiến, nhanh hơn và độ tin cậy cao hơn đã dẫn đến vòng đời sản phẩm giảm đi, thúc đẩy người tiêu dùng mua các sản phẩm công nghệ mới hơn và hiện đại hơn trong khi các sản phẩm cũ sẽ dần được thải bỏ. 1 Rác thải điện tử Năm 2019, thế giới đã tạo ra 53,6 triệu tấn rác thải điện tử - trung bình 7,3 kg/đầu người và chỉ 17,4% trong số này được ghi nhận chính thức là được thu gom và tái chế đúng cách [9].
Điều đó có nghĩa là các vật liệu có giá trị cao, có thể thu hồi như Au, bạc, đồng và bạch kim bị đổ hoặc đốt bỏ. Theo báo cáo của Liên Hợp Quốc, năm 2021 rác thải điện tử được loại bỏ trung bình là 7,6 kg/người [12]. Theo báo cáo của E – Waste Monitor 2022 [13], tình trạng thải bỏ rác thải điện tử diễn ra ở khắp nơi trên thế giới. Tại Châu Á, khoảng 24,9 triệu tấn rác thải điện tử được loại bỏ hàng năm, có 2,9 triệu rác thải được ghi nhận là xử lý tại các cơ sở chuyên môn cao, với khoảng 22 triệu tấn rác thải còn lại đã không có sự quản lý đảm bảo về mặt môi trường.
Điều này là do thiếu cơ sở hạ tầng và sự quản lý chưa tốt. Tại Châu Âu, năm 2019 họ đã tạo ra 12 triệu tấn rác thải điện tử đứng thứ 3 sau Châu Á và Châu Mỹ, trong đó có 42% được ghi nhận là thu gom và xử lý tại các cơ sở đảm bảo về mặt môi trường và sức khỏe. Châu Âu có lượng rác thải điện tử tính trên đầu người cao nhất với 16,2 kg/đầu người [9] nhưng khu vực này đứng đầu trong việc quản lý và xử lý rác thải, con số cao nhất với 61% bảng mạch in đã được xử lý theo tiêu chuẩn. Bên cạnh đó tình trạng xuất khẩu thiết bị điện - điện tử đã qua sử dụng mà chưa được kiểm soát vẫn còn tồn tại, điều này tạo nên gánh nặng cho các quốc gia mà khả năng quản lý và xử lý E – waste chưa cao.
Tại Việt Nam, tình hình rác thải điện tử cũng đang gia tăng nhanh chóng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, các sản phẩm mới ra đời ngày càng nhiều và càng làm 4 cho các sản phẩm cũ thải bỏ nhiều hơn.S Nguyễn Văn Phước, Phó Giám đốc Sở Tài Nguyên và Môi trường TP. HCM cho biết, chỉ tính riêng TP. HCM, đây là địa phương có khối lượng rác thải rắn bao gồm rác thải điện tử hằng năm rất lớn (6800 – 7000 tấn/ngày, trên 1,7 triệu tấn/năm), tỷ lệ gia tăng chất thải rắn tăng từ 8 – 10%/năm [14].