Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành công nghiệp thuộc da là một trong những ngành sản xuất có lịch sử lâu đời, giữ vai trò quan trọng trong cơ cấu kinh tế và xuất khẩu tại nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, ngành sản xuất da giày duy trì tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm 16%, đạt kim ngạch xuất khẩu 3,96 tỉ USD vào năm 2007 (đứng thứ ba sau ngành dệt may và dầu khí) và ước tính đạt 6,2 tỉ USD vào năm 2010. Riêng thị trường EU, Việt Nam là nước xuất khẩu da giày lớn thứ hai sau Trung Quốc. Tuy nhiên, đặc thù công nghệ thuộc da đòi hỏi sử dụng lượng nước rất lớn (gấp hàng trăm lần so với khối lượng nguyên liệu da sống) cùng nhiều loại hóa chất độc hại qua các công đoạn ngâm, tẩy lông, làm mềm, thuộc và nhuộm.

Nước thải phát sinh từ các cơ sở thuộc da tại Việt Nam có thành phần ô nhiễm rất phức tạp, bao gồm hàm lượng cao các chất hữu cơ (BOD, COD), chất rắn lơ lửng (SS), độ kiềm, sulfua và đặc biệt là kim loại nặng Crom. Quá trình thuộc da chủ yếu sử dụng muối crom để tạo liên kết chéo với nhóm carboxyl của collagen trong da động vật. Do hệ thống xử lý tại nhiều cơ sở còn thô sơ hoặc chưa đạt chuẩn, lượng Crom xả thải ra môi trường trở thành nguồn ô nhiễm nghiêm trọng. Trong nguồn nước, Crom tồn tại chủ yếu ở hai trạng thái oxy hóa: Cr(III) và Cr(VI). Trong đó, Cr(VI) có độc tính cao gấp khoảng 100 lần so với Cr(III), có khả năng thấm qua màng tế bào, gây ức chế hoạt tính enzyme, hoại tử niêm mạc, loét sâu ở da, thủng vách ngăn mũi và là tác nhân gây ung thư phổi, ung thư gan cũng như đột biến gen.

Các phương pháp xử lý kim loại nặng truyền thống như keo tụ tạo bông bằng phèn vô cơ (phèn nhôm, phèn sắt) tuy có hiệu quả nhưng lại giải phóng các ion kim loại vào nguồn nước và phát sinh lượng bùn thải chứa kim loại khó xử lý. Trước thực trạng đó, việc tìm kiếm các vật liệu keo tụ, hấp phụ sinh học có nguồn gốc tự nhiên, an toàn, thân thiện với môi trường và có khả năng xử lý đồng thời kim loại nặng là hướng nghiên cứu cấp thiết. Tại Việt Nam, nguồn phế thải vỏ tôm từ ngành công nghiệp chế biến thủy sản đông lạnh rất dồi dào (sản lượng tôm đông lạnh tăng từ 75.000 tấn năm 1998 lên 110.000 tấn). Việc sử dụng Chitosan – polymer sinh học điều chế từ chitin của vỏ giáp xác – làm chất hấp phụ xử lý nước thải vừa giải quyết bài toán ô nhiễm kim loại nặng, vừa tận dụng hiệu quả phế phụ phẩm ngành thủy sản.

Khóa luận xác lập các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

1. Mục tiêu nghiên cứu (được đánh số theo văn bản):

  1. Khảo sát điều kiện tối ưu trong việc hấp phụ Crom (VI) có trong nước thải.
  2. So sánh với các phương pháp xử lý khác (cụ thể là phương pháp keo tụ bằng phèn nhôm PAC), từ đó đề xuất mô hình công nghệ xử lý thích hợp.

2. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu:

  • Nghiên cứu thành phần tính chất nước thải thuộc da và làm rõ cơ chế hấp phụ kim loại nặng của vật liệu Chitosan.
  • Khảo sát, tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ Cr(VI) gồm: giá trị pH môi trường và liều lượng Chitosan.
  • Thực hiện thí nghiệm Jar-test so sánh hiệu quả xử lý Cr(VI) và độ giảm COD giữa chất hấp phụ sinh học Chitosan với chất keo tụ PAC trên cả mẫu dung dịch pha nhân tạo và mẫu nước thải thuộc da thực tế.
  • Đề xuất các biện pháp công nghệ và hướng ứng dụng hỗ trợ (phương pháp siêu âm) trong xử lý nước thải.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nồng độ ion Cr(VI) và hàm lượng COD trong dung dịch $K_2Cr_2O_7$ pha nhân tạo và mẫu nước thải thực tế lấy từ cơ sở sản xuất thuộc da. Thông số đo đạc chính là độ hấp thụ quang (UV-Vis) xác định hàm lượng Cr(VI) và chỉ số COD.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thực nghiệm quá trình hấp phụ ở quy mô phòng thí nghiệm đối với dung dịch Cr(VI) có nồng độ từ 5 mg/L đến 50 mg/L và nước thải thuộc da tại khu vực TP. Hồ Chí Minh trong năm 2010.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

Khóa luận vận dụng hệ thống lý thuyết về cấu trúc polymer sinh học, hóa học phức chất và các mô hình cân bằng hấp phụ:

  • Cấu trúc Chitin và Chitosan: Chitin là polysaccharide mạch thẳng cấu tạo từ các mắt xích $\text{poly}(N\text{-acetyl-2-amino-2-deoxy-}\beta\text{-D-glucopyranose})$ liên kết với nhau qua cầu nối $\beta$-(1,4)-glycoside. Khi khử nhóm acetyl của Chitin trong dung dịch NaOH đậm đặc (>40%) ở nhiệt độ 90–120°C (yêu cầu loại bỏ tối thiểu 65% nhóm acetyl), sản phẩm thu được là Chitosan ($\text{poly}[\beta\text{-(1,4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose}]$). Chitosan là chất rắn xốp, nhẹ, màu trắng hoặc vàng nhạt, tan trong acid loãng tạo dung dịch keo. Trong cấu trúc phân tử Chitosan chứa mật độ lớn các nhóm amin ($-NH_2$) và hydroxyl ($-OH$) có các cặp electron tự do chưa liên kết của nguyên tử Nitơ và Oxy, cho phép hình thành liên kết phối trí, tạo phức bền với các ion kim loại chuyển tiếp.
  • Cơ chế hấp phụ kim loại nặng: Diễn ra qua 4 giai đoạn nối tiếp: (1) Khuếch tán đối lưu ion từ lòng dung dịch đến lớp màng lỏng bao quanh hạt; (2) Khuếch tán phân tử qua màng; (3) Khuếch tán bề mặt và mao quản vào bên trong hạt chất hấp phụ; (4) Hấp phụ tạo phức hóa học và liên kết tĩnh điện. Trong môi trường acid yếu/trung tính, nhóm $-NH_2$ nhận proton hóa thành $-NH_3^+$, tạo lực hút tĩnh điện và phối trí với anion $Cr_2O_7^{2-}$ tạo thành phức chất không tan bám trên bề mặt hạt Chitosan.
  • Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt:
    • Mô hình Langmuir: Mô tả hấp phụ đơn lớp đồng nhất trên bề mặt không tương tác: $$q_e = \frac{a_m \cdot K_L \cdot C_e}{1 + K_L \cdot C_e}$$
    • Mô hình Freundlich: Mô hình thực nghiệm áp dụng cho bề mặt dị tính: $$q_e = K \cdot C_e^{1/n} \quad \Leftrightarrow \quad \lg q_e = \lg K + \frac{1}{n}\lg C_e$$ (Trong đó: $q_e$ là lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng Chitosan (mg/g); $C_e$ là nồng độ cân bằng (mg/L); $K, n$ là các hằng số thực nghiệm).

Phương pháp nghiên cứu và hóa chất, thiết bị

  • Hóa chất thí nghiệm: Kali dicromat ($K_2Cr_2O_7$, độ tinh khiết 99,8%, Trung Quốc); Chitosan dạng vảy (Công ty Hóa Nước, 27 Phan Đăng Lưu, Q. Phú Nhuận, TP.HCM); 1,5-Diphenylcarbazide (Trung Quốc); Phèn nhôm Poly Aluminium Chloride (PAC 10%, màu vàng, Trung Quốc); Acid $H_2SO_4$, $HCl$, dung dịch $NaOH$ 0,1N; Nước cất hai lần.
  • Thiết bị và dụng cụ:
    • Máy quang phổ so màu UV-Vis DR5000 (Hãng HACH - Hoa Kỳ), dải bước sóng quét 190–1100 nm.
    • Hệ thống Jar-test 6 cánh khuấy điều chỉnh tốc độ (Việt Nam chế tạo).
    • Máy đo pH để bàn (Hãng METTLER TOLEDO - Thụy Sĩ).
    • Thiết bị phá mẫu COD Model ET108 (Hãng Aqualytic - Đức).
  • Phương pháp phân tích và đo đạc:
    • Phương pháp so màu xác định Cr(VI): Dựa trên phản ứng tạo phức màu đỏ-tím giữa $Cr^{6+}$ và 1,5-diphenylcarbazit trong môi trường acid ($H_2SO_4$ 0,2N, $\text{pH} = 1 \pm 0,3$). Dung dịch được đo mật độ quang tại bước sóng hấp thụ cực đại $\lambda = 542\text{ nm}$. Nồng độ được ngoại suy từ đường chuẩn xây dựng từ dãy dung dịch chuẩn nồng độ 10–100 $\mu\text{g Cr}/100\text{ mL}$.
    • Phương pháp kiểm tra Jar-test: Vận hành theo chu trình tiêu chuẩn: khuấy nhanh 180 vòng/phút trong 3 phút (phân tán hóa chất), khuấy chậm 60 vòng/phút trong 40 phút (tạo điều kiện tiếp xúc hấp phụ/tạo bông keo tụ), lắng tĩnh 30 phút, sau đó lấy mẫu nước trong ở bề mặt đem phân tích.
    • Phương pháp xử lý số liệu: Phân tích thống kê tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn qua 3 lần đo lặp lại; hồi quy tuyến tính xây dựng đường chuẩn trên phần mềm Microsoft Excel 2003.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I - Phần mở đầu

Chương này nêu rõ bối cảnh phát triển của ngành công nghiệp thuộc da và da giày tại Việt Nam, phân tích thực trạng phát sinh chất thải nguy hại chưa qua xử lý triệt để. Tác giả nhấn mạnh tính cấp thiết của việc tìm kiếm chất hấp phụ sinh học thân thiện với môi trường thay thế cho các hóa chất keo tụ vô cơ truyền thống. Chương xác lập mục tiêu khảo sát điều kiện tối ưu để hấp phụ Cr(VI) bằng Chitosan, so sánh với phèn PAC, xác định đối tượng (Cr(VI), COD), phạm vi nghiên cứu và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài.

Chương II - Tổng quan

Chương II tổng thuật toàn diện cơ sở lý luận và các tài liệu chuyên ngành liên quan:

  • Công nghiệp thuộc da và đặc trưng chất thải: Cấu trúc da sống động vật gồm 3 lớp (biểu bì Epidermis, mô liên kết Corium chứa collagen/protein, và lớp mỡ dưới da Subcutis). Nước thải thuộc da có độ kiềm cao, giàu sulfide, chất hữu cơ, dầu mỡ và acid chromic. Nêu bảng giới hạn cho phép xả thải theo tiêu chuẩn môi trường.
  • Độc học của Crom: Phân tích sự chuyển hóa và độc tính của Cr(VI) so với Cr(III). Trình bày các con đường xâm nhập vào cơ thể người (hô hấp, tiêu hóa, tiếp xúc da), khả năng gắn kết với nhóm $-SH$ làm mất hoạt tính của enzyme và các bệnh lý nghiêm trọng phát sinh (viêm loét da, thủng sụn vách mũi, ung thư gan, phổi).
  • Các phương pháp xử lý kim loại nặng hiện nay: Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp kết tủa hydroxide/sulfide, phương pháp sinh học (hấp thụ sinh học bằng bèo lục bình, rong đuôi chó; chuyển hóa sinh học nhờ vi khuẩn Pseudomonas, Citrobacter), phương pháp điện hóa (anot/catot) và phương pháp hấp phụ.
  • Chất hấp phụ Chitosan và cơ sở lý thuyết: Trình bày nguồn gốc Chitin từ vỏ tôm cua, phản ứng khử acetyl điều chế Chitosan, cấu trúc hóa học poly-D-glucosamine. Điểm lại các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước (công trình của Nguyễn Thị Như Mai và cộng sự năm 2003 về hấp thu Hg, Cd, Cu, Zn; công trình của Mohd Ariffin tại Malaysia về xử lý COD nước thải dệt nhuộm). Trình bày chi tiết cơ chế hấp phụ 4 giai đoạn, phản ứng tạo phức và các phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich.

Chương III - Thực nghiệm

Chương III mô tả chi tiết hóa chất, trang thiết bị, trình tự thí nghiệm và các công thức tính toán:

  • Quy trình pha chế dung dịch gốc $K_2Cr_2O_7$ ($1\text{ mL} = 500\text{ }\mu\text{g Cr}$) và dung dịch chuẩn ($1\text{ mL} = 5\text{ }\mu\text{g Cr}$).
  • Phương pháp xây dựng đường chuẩn trắc quang xác định nồng độ Cr(VI) với thuốc thử 1,5-diphenylcarbazit ở bước sóng 542 nm trong môi trường acid $H_2SO_4$ ($\text{pH} = 1 \pm 0,3$).
  • Thiết kế thí nghiệm Jar-test trên mẫu dung dịch nồng độ Cr(VI) 50 mg/L (dung tích 500 mL):
    • Khảo sát ảnh hưởng của pH (từ pH = 4 đến pH = 8, mở rộng đến pH = 9, 10) khi cố định liều lượng phèn PAC (500 mg/L) và Chitosan (500 mg/L).
    • Khảo sát ảnh hưởng của liều lượng phèn PAC (300, 400, 500, 600, 700, 800 mg/L) và Chitosan (200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 mg/L) tại giá trị pH tối ưu.
  • Công thức tính toán hiệu suất xử lý Cr(VI) và hiệu quả khử COD: $$\text{Hiệu suất hấp phụ Cr(VI) (%)} = \frac{C_0 - C}{C_0} \times 100%$$ $$\text{Hiệu suất xử lý COD (%)} = \frac{B_0 - B}{B_0} \times 100%$$ (Trong đó: $C_0, C$ là nồng độ Cr ban đầu và sau xử lý; $B_0, B$ là giá trị COD ban đầu và sau xử lý).

Chương IV - Kết quả và thảo luận

Chương IV trình bày các kết quả thực nghiệm, đồ thị và phân tích khoa học:

  • Xây dựng đường chuẩn: Thiết lập mối quan hệ tuyến tính giữa độ hấp thụ quang ($A$) và hàm lượng Crom ($\mu\text{g Cr}/100\text{ mL}$) qua phương trình hồi quy $A = 0,0063 C$ với hệ số tương quan $R^2 = 0,9996$.
  • Khảo sát khả năng hấp phụ của Chitosan: Số liệu thực nghiệm với các nồng độ ban đầu từ 5 mg/L đến 50 mg/L được mô tả phù hợp với phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich.
  • Tối ưu hóa quá trình xử lý bằng phèn PAC: Xác định điểm pH tối ưu là $\text{pH} = 6$ và hàm lượng phèn PAC tối ưu là 500 mg/L.
  • Tối ưu hóa quá trình xử lý bằng Chitosan: Xác định điểm pH tối ưu là $\text{pH} = 6$ và liều lượng Chitosan tối ưu là 500 mg/L.
  • Thử nghiệm trên mẫu nước thải thuộc da thực tế và so sánh: Đánh giá song song khả năng khử Cr(VI) và giảm COD giữa Chitosan và phèn PAC ở điều kiện tối ưu.
  • Đề xuất sơ đồ công nghệ: Xây dựng quy trình xử lý kết hợp Chitosan cho các cơ sở thuộc da quy mô nhỏ và vừa.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính trong văn bản

Khóa luận đã xác định được các thông số kỹ thuật tối ưu và số liệu hiệu quả xử lý thực nghiệm trên cả hai hệ mẫu:

Thông số / Chỉ tiêu khảo sát Xử lý bằng Chitosan Xử lý bằng phèn PAC
Giá trị pH tối ưu $\text{pH} = 6$ $\text{pH} = 6$
Hàm lượng / Liều lượng tối ưu $500\text{ mg/L}$ $500\text{ mg/L}$
Hiệu suất xử lý dung dịch Cr(VI) tự pha $99,7%$ —
Nồng độ Cr còn lại (dung dịch pha) $0,12\text{ mg/L}$ (tiệm cận chuẩn B) —
Hiệu suất xử lý Cr(VI) nước thải thuộc da $99,4%$ $99,7%$
Nồng độ Cr còn lại (nước thải thuộc da) $0,11\text{ mg/L}$ $0,05\text{ mg/L}$ (đạt chuẩn A)
Hiệu quả phân hủy / giảm COD Cao hơn phèn PAC Thấp hơn Chitosan

Giải pháp và kiến nghị công nghệ của tác giả

  • Đề xuất mô hình dây chuyền công nghệ xử lý nước thải thuộc da ứng dụng Chitosan làm chất hấp phụ chính cho các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ và vừa.
  • Đề xuất các giải pháp kết hợp phương pháp hỗ trợ (như ứng dụng sóng siêu âm) nhằm tăng cường khả năng tiếp xúc bề mặt và nâng cao tốc độ, hiệu suất của quá trình hấp phụ ion kim loại.

Đóng góp của đề tài so với các nghiên cứu trước

  • Là công trình thực nghiệm khảo sát có tính hệ thống việc ứng dụng Chitosan để xử lý trực tiếp ion kim loại nặng Cr(VI) trên nền nước thải công nghiệp thuộc da thực tế tại Việt Nam.
  • Chứng minh tính ưu việt của polymer sinh học Chitosan: dù hiệu suất khử Cr(VI) trên nước thải thực tế ($99,4%$) thấp hơn không đáng kể so với phèn PAC ($99,7%$), Chitosan lại có khả năng giảm chỉ số ô nhiễm hữu cơ (COD) vượt trội hơn và không giải phóng ion kim loại thứ cấp vào nguồn nước sau xử lý.
  • Đặt nền móng cho giải pháp kinh tế tuần hoàn: tận dụng nguồn phế thải rắn dồi dào của ngành chế biến vỏ tôm thủy sản để tạo ra vật liệu xử lý nước thải công nghiệp thân thiện với môi trường.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô thực nghiệm phòng thí nghiệm (mô hình mẻ trên thiết bị Jar-test với thể tích mẫu 500 mL), chưa tiến hành thử nghiệm trên hệ thống dòng chảy liên tục (cột hấp phụ) hoặc mô hình pilot bán công nghiệp.
  • Khóa luận chưa thực hiện các khảo sát về khả năng giải hấp phụ, tái sinh và hoàn nguyên vật liệu Chitosan sau khi đã hấp phụ bão hòa Cr(VI).
  • Phạm vi đánh giá chất lượng nước tập trung chủ yếu vào hai chỉ tiêu Cr(VI) và COD; chưa mở rộng định lượng chi tiết các ion kim loại nặng đồng hành khác cũng như sự biến đổi nồng độ các hợp chất sulfua trong mẫu nước thải thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Nghiên cứu ứng dụng công nghệ hỗ trợ bằng sóng siêu âm để nâng cao hiệu quả và rút ngắn thời gian hấp phụ của Chitosan theo như đề xuất của tác giả.
  • Tiến hành thực nghiệm quá trình giải hấp phụ để thu hồi kim loại Crom và tái sử dụng chất hấp phụ Chitosan nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành.
  • Mở rộng phạm vi nghiên cứu áp dụng Chitosan để xử lý độ màu và kim loại nặng cho nước thải các ngành công nghiệp khác như dệt nhuộm, sản xuất cao su.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này cung cấp giá trị tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Hóa học (Hóa Hữu cơ, Hóa Môi trường), Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường và Công nghệ Sinh học.
  • Kỹ sư vận hành và cán bộ quản lý môi trường tại các cơ sở, nhà máy thuộc da, dệt nhuộm đang tìm kiếm giải pháp keo tụ/hấp phụ sinh học thay thế hóa chất vô cơ để cải thiện chất lượng nước thải và giảm tải lượng bùn thải kim loại.

Các nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu trong văn bản:

  • Phương pháp phân tích trắc quang: Quy trình chi tiết tạo phức giữa Cr(VI) và 1,5-diphenylcarbazit trong môi trường acid, cách dựng đường chuẩn đạt độ tin cậy cao ($R^2 = 0,9996$) trên máy UV-Vis DR5000.
  • Thiết kế quy trình Jar-test: Các thông số vận hành chuẩn mực (tốc độ khuấy nhanh 180 vòng/phút, khuấy chậm 60 vòng/phút, thời gian lắng) và phương pháp xác định đồng thời pH tối ưu, liều lượng tối ưu của chất hấp phụ sinh học và phèn nhôm PAC.
  • Tổng quan lý thuyết về Chitin/Chitosan: Tài liệu hệ thống hóa toàn diện cơ chế liên kết phối trí giữa các nhóm chức amin/hydroxyl với ion kim loại chuyển tiếp và cách áp dụng mô hình đẳng nhiệt Freundlich trong xử lý nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Chất hấp phụ Chitosan được sử dụng trong khóa luận có nguồn gốc, đặc tính và cấu trúc hóa học như thế nào?
Chitosan sử dụng trong nghiên cứu ở dạng vảy, màu trắng hoặc vàng nhạt, được cung cấp bởi Công ty Hóa Nước (27 Phan Đăng Lưu, Q. Phú Nhuận, TP.HCM). Chitosan là polymer sinh học $\text{poly}[\beta\text{-(1,4)-2-amino-2-deoxy-D-glucose}]$ thu được từ quá trình khử acetyl của Chitin (có trong vỏ tôm, phế thải thủy sản) bằng dung dịch NaOH đậm đặc (>40%) ở 90–120°C. Phân tử Chitosan giàu nhóm $-NH_2$ và $-OH$, có khả năng tạo phức phối trí với các ion kim loại chuyển tiếp.

2. Điều kiện tối ưu để xử lý Cr(VI) bằng Chitosan được xác định qua thực nghiệm Jar-test là gì?
Qua các bước khảo sát thực nghiệm trên thiết bị Jar-test (khuấy 180 vòng/phút trong 3 phút, khuấy 60 vòng/phút trong 40 phút, lắng 30 phút), điều kiện tối ưu để Chitosan xử lý Cr(VI) đạt hiệu suất cao nhất là tại giá trị $\text{pH} = 6$ và liều lượng Chitosan đưa vào là $500\text{ mg/L}$.

3. Hiệu quả xử lý Cr(VI) và COD của Chitosan khác biệt như thế nào so với phèn PAC trên mẫu nước thải thuộc da thực tế?
Trên mẫu nước thải thuộc da thực tế ở điều kiện tối ưu ($\text{pH} = 6$, liều lượng $500\text{ mg/L}$):

  • Phèn PAC cho hiệu suất khử Cr(VI) đạt $99,7%$, nồng độ Cr còn lại là $0,05\text{ mg/L}$ (đạt chuẩn A).
  • Chitosan cho hiệu suất khử Cr(VI) đạt $99,4%$, nồng độ Cr còn lại là $0,11\text{ mg/L}$.
  • Mặc dù hiệu suất tách Cr(VI) của Chitosan thấp hơn PAC một lượng rất nhỏ, Chitosan lại có khả năng phân hủy, làm giảm chỉ số COD cao hơn hẳn so với phèn PAC, đồng thời là vật liệu sinh học thân thiện với môi trường, không đưa thêm ion kim loại vào nước thải.

4. Khóa luận định lượng nồng độ Cr(VI) trước và sau xử lý bằng phương pháp phân tích nào?
Tác giả sử dụng phương pháp đo độ hấp thụ quang (UV-Vis) trên máy quang phổ so màu DR5000 (hãng HACH) tại bước sóng cực đại $\lambda = 542\text{ nm}$. Phương pháp dựa trên phản ứng tạo phức màu đỏ-tím giữa $Cr^{6+}$ và thuốc thử 1,5-diphenylcarbazit trong môi trường acid $H_2SO_4$ ($\text{pH} = 1 \pm 0,3$). Nồng độ được tính toán dựa trên đường chuẩn hồi quy tuyến tính $A = 0,0063 C$ với hệ số tương quan $R^2 = 0,9996$.

5. Cơ chế hấp phụ ion dicromat ($Cr_2O_7^{2-}$) của Chitosan trong môi trường acid diễn ra như thế nào?
Trong môi trường acid, nhóm amin ($-NH_2$) của Chitosan kết hợp với ion $H^+$ để tích điện dương thành nhóm $-NH_3^+$. Dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện, các anion oxy kim loại $Cr_2O_7^{2-}$ di chuyển đến sát tâm hấp phụ và tạo liên kết phối trí bằng cách đóng góp điện tử, hình thành phức chất không tan liên kết chặt chẽ trên bề mặt hạt Chitosan.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Trần Minh Thạnh (Trường Đại học Sư phạm TP.HCM) đã nghiên cứu thực nghiệm thành công quá trình xử lý ion kim loại nặng Cr(VI) trong nước thải thuộc da bằng chất hấp phụ sinh học Chitosan. Nghiên cứu đã xác định chính xác các thông số vận hành tối ưu ($\text{pH} = 6$, liều lượng Chitosan $500\text{ mg/L}$), đạt hiệu suất loại bỏ Cr(VI) $99,7%$ trên dung dịch pha và $99,4%$ trên nước thải thuộc da thực tế ($C_{\text{dư}} = 0,11\text{ mg/L}$). Kết quả so sánh chứng minh Chitosan vượt trội hơn phèn nhôm PAC về khả năng xử lý COD và mức độ an toàn sinh thái, khẳng định tiềm năng ứng dụng to lớn của nguồn phế thải vỏ thủy sản trong công nghệ xử lý môi trường tại Việt Nam.