Nghiên cứu xử lý asen trong nước bằng vật liệu biocomposite từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt

Nghiên cứu xử lý asen trong nước bằng biocomposite từ gum hạt muồng hoàng yến và nano oxit sắt từ, mang lại giải pháp hiệu quả cho ô nhiễm.

• Tác giả: Nguyễn Trà Phương Nhung
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Võ Châu Ngân
• Trường học: Đại học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu xử lý asen trong nước bằng vật liệu biocomposite từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Dương

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu xử lý asen trong nước

Nghiên cứu xử lý asen trong nước là một vấn đề cấp bách trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng. Asen là một chất độc hại, có thể gây ra nhiều bệnh tật nghiêm trọng cho con người. Việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để xử lý asen trong nước là rất cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng vật liệu biocomposite từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt để loại bỏ asen trong nước.

1.1. Tình hình ô nhiễm asen trong nước hiện nay

Ô nhiễm asen trong nước là một vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe hàng triệu người. Theo báo cáo của WHO, hàng triệu người trên thế giới đang sống trong khu vực có nồng độ asen vượt mức cho phép. Tại Việt Nam, tình trạng này cũng đang gia tăng, đặc biệt ở các vùng nông thôn.

1.2. Tác động của asen đến sức khỏe con người

Asen có thể gây ra nhiều bệnh lý nghiêm trọng như ung thư, bệnh tim mạch và các vấn đề về da. Việc tiếp xúc lâu dài với asen có thể dẫn đến nhiễm độc cấp tính và mãn tính, ảnh hưởng đến chất lượng cuộc sống của người dân.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý asen

Xử lý asen trong nước gặp nhiều thách thức do tính chất hóa học phức tạp của nó. Các phương pháp truyền thống thường không hiệu quả hoặc tốn kém. Do đó, cần nghiên cứu các giải pháp mới, hiệu quả hơn. Vật liệu biocomposite từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt được xem là một giải pháp tiềm năng.

2.1. Các phương pháp xử lý asen hiện có

Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý asen như hấp phụ, keo tụ, và kết tủa. Tuy nhiên, mỗi phương pháp đều có những hạn chế riêng, như chi phí cao hoặc hiệu quả không ổn định.

2.2. Thách thức trong việc phát triển vật liệu mới

Việc phát triển vật liệu mới để xử lý asen cần phải đảm bảo tính hiệu quả, an toàn và thân thiện với môi trường. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình điều chế vật liệu biocomposite.

III. Phương pháp nghiên cứu hiệu quả xử lý asen

Nghiên cứu sử dụng vật liệu biocomposite được điều chế từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt để xử lý asen trong nước. Phương pháp này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Các thí nghiệm sẽ được thực hiện để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu.

3.1. Quy trình điều chế vật liệu biocomposite

Quy trình điều chế vật liệu biocomposite bao gồm các bước trích ly gum từ hạt muồng hoàng yến và tổng hợp nano oxit sắt. Vật liệu sau khi điều chế sẽ được kiểm tra tính chất và khả năng hấp phụ asen.

3.2. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý

Các thí nghiệm sẽ được thực hiện trong điều kiện khác nhau để đánh giá hiệu quả xử lý asen của vật liệu biocomposite. Kết quả sẽ được phân tích để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu biocomposite có khả năng hấp phụ asen hiệu quả. Dưới điều kiện tối ưu, hiệu suất loại bỏ asen đạt 59,33%. Điều này mở ra cơ hội ứng dụng vật liệu này trong xử lý nước ô nhiễm asen.

4.1. Hiệu quả hấp phụ asen của vật liệu

Kết quả thí nghiệm cho thấy vật liệu biocomposite có khả năng hấp phụ asen cao, với dung lượng hấp phụ đạt 0,059 mgAs/g. Điều này chứng tỏ tính khả thi của vật liệu trong xử lý nước ô nhiễm.

4.2. Ứng dụng trong thực tiễn

Vật liệu biocomposite có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới cho việc phát triển vật liệu sinh học trong xử lý ô nhiễm.

V. Kết luận và triển vọng tương lai

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu biocomposite từ gum muồng hoàng yến và nano oxit sắt có khả năng xử lý asen hiệu quả trong nước. Việc phát triển và ứng dụng vật liệu này không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm asen mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu biocomposite có hiệu quả trong việc loại bỏ asen, mở ra cơ hội cho các nghiên cứu tiếp theo về ứng dụng vật liệu này trong xử lý nước.

5.2. Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình điều chế và mở rộng ứng dụng của vật liệu biocomposite trong các lĩnh vực khác nhau, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

PHẦN MỞ ĐẦU .1 Tính chất và c c dạng tồn tại của Asen trong nƣớc .2 T nh h nh ô nhiễm As .1 Ô nhiễm Asen trên thế giới. Ô nhiễm Asen ở Việt Nam .3 Ứng dụng của Asen .4 Tính độc của Asen .5 Cơ chế gây độc của Asen .1 Nhiễm độc cấp tính .2 Nhiễm độc m n tính .1 Phƣơng ph p vật l - màng lọc .2 Phƣơng ph p hóa học - Oxy hóa với ozone .3 Phƣơng ph p hóa l .1 Keo tụ - tạo bông.2 Kết tủa phèn .3 Kết tủa sắt .4 Hấp phụ và trao đổi ion .1 Tổng quan vật liệu Gum hạt Muồng Hoàng Yến .2 Tổng quan vật liệu Nano Coban ferrit (CoFe2O4) .3 Tổng quan vật liệu Biocomposite .1 T nh h nh nghiên cứu trong nƣớc.2 T nh h nh nghiên cứu ngoài nƣớc. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .2 Dụng cụ và thiết bị .1 Nội dung 1: điều chế vật liệu xử l Asen trong nƣớc (gum Muồng Hoàng yến Nano oxit sắt từ Biocomposite) .1 Thí nghiệm 1: điều chế Gum Muồng Hoàng Yến .2 Thí nghiệm 2: điều chế Nano oxit Sắt từ (CoFe2O4) .3 Thí nghiệm 3: điều chế Biocomposite .2 Nội dung 2: Đ nh gi sơ bộ hiệu quả xử l của c c loại vật liệu ở những điều iện h c nhau .1 Thí nghiệm 4: x c định thời gian cân bằng ion đồng nhất mẫu .2 Thí nghiệm 5: hảo s t hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .3 Thí nghiệm 6: hảo s t ảnh hƣởng của liều lƣợng vật liệu đến hả năng xử l Asen .3 Nội dung 3: x c định c c thông số động học xử l Asen .1 Thí nghiệm 7: Khảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .2 Thí nghiệm 8: hảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .3 Thí nghiệm 9: hảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của c c vật liệu.4 Nội dung 4: đ nh gi hiệu suất xử l Asen bằng mô h nh lọc hấp phụ .1 Thí nghiệm 10: hảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .2 Thí nghiệm 11: hảo s t độ b o h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l. KẾT QUẢ THẢO LUẬN .1 Kết quả điều chế vật liệu Biogum (Gum MHY) Nano oxit sắt và Biocomposite (Biogum cải tiến) .2 Kết quả hảo s t qua phổ hồng ngoại (FT-IR) .3 Kết quả (SEM) phân tích ích thƣớc hạt và quan s t bề mặt vật .4 Kết quả phân tích diện tích bề mặt (BET) .1 Kết quả đ nh gi sơ bộ hiệu quả xử l của c c loại vật liệu ở những điều iện h c nhau .1 Kết quả x c định thời gian cân bằng ion .2 Kết quả hảo s t hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit, bazo và trung tính.3 Kết quả hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen .2 X c định c c thông số động học xử l Asen .1 Khảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .2 Khảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .3 Khảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của 2 loại vật liệu Nano oxit sắt từ và Biocomposite .3 Đ nh gi hiệu suất xử l Asen bằng mô h nh lọc hấp phụ .1 Mô h nh lọc hấp phụ .2 Khảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .3 Khảo s t độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .94 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MHY Muồng hoàng yến WHO Tổ chức Y tế thế giới As Nguyên tố Asen ATP Adenosine Triphosphate (nguồn nắng lƣợng cho cơ thể ngƣời hoạt động) Hg Nguyên tố thủy ngân Pb Nguyên tố chì Se Nguyên tố Selen Cd Nguyên tố Cadimi MF Vi lọc UF Siêu lọc MF Lọc nano RO Lọc thẩm thấu ngƣợc SDS Sodium dodecyl sulfate iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 C c thông số vật l của nguyên tố Asen .2 So s nh ƣu nhƣợc điểm của một số công nghệ xử l As trong nƣớc .1 C c hóa chất dùng trong nghiên cứu .2 C c dụng cụ dùng trong nghiên cứu.3 C c thiết bị dùng trong nghiên cứu .4 C c thông số của nƣớc thải ô nhiễm As giả định .5 C c phƣơng ph p phân tích .1 C c thông số của nƣớc thải ô nhiễm As giả định .2 C c thông số ỹ thuật của mô h nh lọc hấp phụ. 60 v DANH MỤC HÌNH H nh 2.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm .2 Quy tr nh điều chế bột Muồng Hoàng Yến .3 Sơ đồ điều chế Biogum (gum MHY) .4 Sơ đồ điều chế nano oxit sắt từ .5 Sơ đồ điều chế Biocomposite .6 Sơ đồ x c định thời gian cân bằng ion đồng nhất mẫu .7 Sơ đồ x c định hả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .8 X c định ảnh hƣởng của liều lƣợng vật liệu đến hả năng xử l Asen .9 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .10 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .11 Sơ đồ x c định ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của c c vật liệu .12 Sơ đồ x c định liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .13 X c định độ b o h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu suất xử l .1 Vật liệu Gum MHY Nano oxit sắt và Biocomposite .2 H nh Biocomposite bị h t bởi từ tính nam châm .3 Giản đồ phổ FT-IR của vật liệu .4 Ảnh SEM của 3 loại vật liệu liệu .5 Kết quả phân tích diện tích bề mặt của vật liệu .6 Thời gian cân bằng ion trong dung dịch .7 Khả năng xử l của vật liệu trong môi trƣờng axit bazơ trung tính 49 H nh 3.8 Hiệu suất xử l của 3 loại vật liệu trong môi trƣờng axit bazo và trung tính .9 Đồ thị hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen .10 Phƣơng tr nh tuyến tính giữa c c gi trị liều lƣợng (mg) và hiệu quả xử l của 3 loại vật liệu .11 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng của vật liệu đến hả năng xử l Asen .12 Đồ thị hảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .13 Hiệu suất hảo s t ảnh hƣởng gi trị pH ban đầu đến hiệu quả hấp phụ As của vật liệu .14 Đồ thị khảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .15 Hiệu suất hảo s t ảnh hƣởng thời gian tiếp x c đến hiệu quả xử l của vật liệu .16 Đồ thị khảo s t ảnh hƣởng nồng độ ban đầu đến hả năng hấp phụ của vật liệu .17 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng hấp phụ của vật liệu .18 Dung lƣợng hấp phụ Asen của vật liệu .19 Mô h nh lọc hấp phụ lƣu lƣợng 1 L/giờ .20 Khảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .21 Hiệu suất hảo s t liều lƣợng vật liệu tối ƣu trên mô h nh lọc hấp phụ .22 Đồ thị độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu quả xử l .23 Hiệu suất độ bảo h a của vật liệu ảnh hƣởng đến hiệu quả xử l .65 vii PHẦN MỞ ẦU Lí do chọn đề tài Môi trƣờng sống - cái nôi của toàn nhân loại đang ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng cùng với sự phát triển của nền kinh tế cũng nhƣ x hội hiện nay. Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của nền nông nghiệp từ bao đời nay thì quá trình công nghiệp hóa đất nƣớc ngày càng đƣợc nâng cao đi đôi với sự phát triển là các chất thải trong nông nghiệp và công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khối lƣợng đa dạng về chủng loại gây ô nhiễm đến môi trƣờng đất hông hí nƣớc sông, kênh rạch… đặc biệt là nƣớc ngầm bị ô nhiễm do các hoạt động của con ngƣời gây ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng đ i hỏi con ngƣời phải có nhận thức đ ng đắn và đầu tƣ thích đ ng cho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trƣờng sống.

Theo Báo cáo hiện trạng môi trƣờng quốc gia 2016, trong các vấn đề ô nhiễm môi trƣờng hiện nay thì vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc rất đƣợc quan tâm, nhất là vấn đề ô nhiễm Asen trong nƣớc ngầm. Ô nhiễm asen trong nƣớc uống đe dọa hơn 150 triệu ngƣời trên khắp thế giới. Khoảng 110 triệu dân này sống ở 10 quốc gia ở Nam và Đông Nam Á: Bangladesh, Campuchia, Trung Quốc, Ấn Độ, Lào Myanmar Nepal Pa istan Đài Loan và Việt Nam. Nhiễm Asen có thể gây những căn bệnh nguy hiểm nhƣ ung thƣ da bàng quang thận, phổi, và nhiều căn bệnh khác (Rachana Singh, 2015).

Do đó việc xử l nƣớc ô nhiễm As có thể là lựa chọn hiệu quả duy nhất để giảm thiểu nguy cơ sức khỏe. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu xử lý Asen trong nƣớc bằng vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế từ gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ” hết sức cần thiết. Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu chung Nghiên cứu xử l Asen trong nƣớc bằng vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế bằng Biogum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và Nano oxit sắt từ. 1 + Mục tiêu cụ thể Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến đối với Asen trong nƣớc.

Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu nano oxit sắt từ đối với Asen trong nƣớc. Khảo sát hiệu quả xử lý của vật liệu Biocomposite đƣợc điều chế bằng gum trích ly hạt Muồng Hoàng Yến và nano oxit sắt từ đối với Asen trong nƣớc. Đ nh gi hiệu quả xử lý Asen của các vật liệu trên mô hình lọc hấp phụ. So sánh hiệu quả xử l Asen trong nƣớc của các vật liệu vật liệu gum Muồng Hoàng Yến, Nano oxit sắt từ và Biocomposite.