NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NANO THAN MACCADAMIA HOẠT TÍNH K2CO3 KẾT HỢP NZVI XỬ LÝ METHYLENE RED

Nghiên cứu ứng dụng nano than maccadamia hoạt tính K2CO3 và nZVI để xử lý hiệu quả Methylene Red. Giải pháp xử lý nước thải, bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Trần Thị Phương Linh
• Người hướng dẫn: TS. Đào Minh Trung
• Trường học: Trường Đại học Thủ Dầu Một
• Chuyên ngành: Khoa học Quản lý
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI xử lý Methylene Red
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Dương

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: Tính cấp thiết của đề tài
• 1.1. Mục tiêu đề tài
• 1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa của đề tài
• 1.4.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Tổng quan về Mắc-ca
• 2.2. Tổng quan về than hoạt tính
• 2.2.1. Điều chế than hoạt tính
• 2.2.1.1. Nguyên liệu chế tạo
• 2.2.1.2. Phương pháp chế tạo than hoạt tính
• 2.2.1.2.1. Quá trình than hóa
• 2.2.1.2.2. Quá trình hoạt hóa
• 2.2.2. Cơ chế hấp phụ của than hoạt tính
• 2.2.3. Ứng dụng của than hoạt tính
• 2.3. Tổng quan về than biến tính
• 2.3.1. Biến tính bề mặt của than hoạt tính
• 2.4. Tổng quan than hoạt tính kích thước nano
• 2.4.1. Đặc điểm nano than
• 2.4.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano than
• 2.4.2.1. Phương pháp đồng kết tủa
• 2.4.2.2. Phương pháp hóa học
• 2.4.2.3. Phương pháp vi nhũ tương
• 2.4.2.4. Phương pháp nghiền
• 2.5. Tổng quan về nano than kết hợp sắt hóa trị 0
• 2.5.1. Đặc điểm của than hoạt tính
• 2.5.2. Tổng quan về sắt hóa trị không
• 2.5.2.1. Cấu trúc của sắt zero
• 2.6. Tổng quan về nước thải ngành công nghiệp chứa thuốc nhuộm
• 2.6.1. Tổng quan về màu Methylene Red
• 2.6.1.1. Tính chất và dạng tồn tại của màu
• 2.6.1.2. Ứng dụng và vai trò của thuốc nhuộm
• 2.6.1.3. Ảnh hưởng của thuốc nhuộm
• 2.6.2. Tổng quan về phương pháp xử lý màu
• 2.6.2.1. Phương pháp sinh học
• 2.6.2.2. Phương pháp hóa học
• 2.6.2.2.1. Phương pháp oxy hóa nâng cao
• 2.6.2.2.2. Phương pháp oxy hóa – khử
• 2.6.2.3. Phương pháp hóa lý
• 2.6.2.3.1. Phương pháp keo tụ - tạo bông
• 2.6.2.3.2. Phương pháp tuyển nổi
• 2.6.2.3.3. Phương pháp trao đổi ion
• 2.6.2.3.4. Phương pháp điện hoá
• 2.6.2.3.4.1. Oxi hoá dương cực và khử âm cực
• 2.6.2.3.4.2. Tuyển nổi bằng điện
• 2.6.2.3.4.3. Keo tụ điện hoá
• 2.6.2.3.5. Phương pháp hấp phụ
• 2.6.2.3.5.1. Hiện tượng hấp phụ
• 2.6.2.3.5.2. Giải hấp phụ
• 2.6.2.3.5.3. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ
• 2.6.2.3.5.4. Đặc tính của chất hấp phụ
• 2.7. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.7.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.7.2. Các nghiên cứu trong nước
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 3.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 3.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 3.1.2.1. Không gian thực hiện nghiên cứu
• 3.1.2.2. Thời gian thực hiện nghiên cứu
• 3.2. Vật liệu và thiết bị nghiên cứu
• 3.2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.2.2. Thiết bị và dụng cụ
• 3.3. Nội dung nghiên cứu
• 3.4. Bố trí thí nghiệm
• 3.4.1. Không gian thực hiện bố trí thí nghiệm
• 3.4.2. Thí nghiệm 1: Điều chế than từ tính kích thước lỗ rỗng nano từ than Macadamia
• 3.4.3. Thí nghiệm 2: Tổng hợp nZVI trên nền than Macadamia từ tính
• 3.4.4. Thí nghiệm 3: Khảo sát khả năng xử lý màu MR của Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không (khảo sát pH, liều lượng, thời gian)
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu
• 3.5.1. Phương pháp thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
• 3.5.2. Phương pháp đo đạc và phân tích mẫu
• 3.5.3. Phương pháp xử lý số liệu
• 3.5.4. Phương pháp thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Kết quả phân tích ảnh vật liệu
• 4.1.1. Kết quả ảnh FT-IR
• 4.1.1.1. Kết quả FT-IR than từ tính kích thước lỗ nano từ than Mắc-ca hoạt tính K2CO3 (c)
• 4.1.2. Kết quả phân tích ảnh SEM
• 4.1.3. Kết quả phân tích ảnh BET
• 4.2. Kết quả khảo sát hấp phụ màu MR bằng than sinh học AC/nZVI
• 4.2.1. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến vật liệu AC/nZVI
• 4.2.2. Kết quả khảo sát liều lượng than AC/nZVI cho quá trình hấp phụ
• 4.2.3. Kết quả khảo sát thời gian vật liệu than sinh học AC/nZVI thích hợp quá trình hấp phụ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Khảo sát khả năng xử lý màu MR của vật liệu AC/nZVI
• Hình ảnh quá trình thực hiện thí nghiệm
• Bài báo khoa học công bố

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Xử Lý Methylene Red Tầm Quan Trọng

Trong bối cảnh công nghiệp hóa ngày càng phát triển, vấn đề ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước, đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Nước thải từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm chứa nhiều hóa chất độc hại, trong đó có Methylene Red (MR), gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc tìm kiếm các giải pháp xử lý hiệu quả, thân thiện với môi trường và có chi phí hợp lý là một yêu cầu cấp bách. Nghiên cứu ứng dụng Nano Than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI hứa hẹn mang lại một phương pháp tiềm năng trong việc xử lý Methylene Red trong nước thải. Theo một nghiên cứu gần đây, có hơn 500.000 chất bẩn khác nhau tồn tại trong môi trường nước, trong đó thuốc nhuộm được sử dụng trong ngành may mặc, có ảnh hưởng đến môi trường. Đề tài này góp phần vào việc giải quyết bài toán ô nhiễm nước thải công nghiệp bằng cách sử dụng vật liệu có nguồn gốc tự nhiên và công nghệ nano tiên tiến.

1.1. Ô nhiễm Methylene Red Nguy Cơ Tiềm Ẩn Từ Nước Thải

Methylene Red là một loại thuốc nhuộm được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dệt nhuộm, sản xuất giấy và nhiều ứng dụng khác. Tuy nhiên, MR có thể gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp. Nếu thải trực tiếp vào nguồn nước, MR có thể gây ô nhiễm, làm giảm khả năng quang hợp của thực vật thủy sinh và ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật khác. Nước thải dệt nhuộm thường có màu cao, chứa các tạp chất tách ra từ xơ sợi và các hóa chất được sử dụng trong công nghệ dệt nhuộm. Khoảng 10-30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải, gây ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái và môi trường xung quanh. Độ màu cao làm cản trở ánh sáng và làm chậm quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật.

1.2. Xử Lý Nước Thải Dệt Nhuộm Thách Thức Và Giải Pháp Mới

Xử lý nước thải dệt nhuộm là một thách thức lớn do tính chất phức tạp và đa dạng của các chất ô nhiễm. Các phương pháp xử lý truyền thống như keo tụ, lọc, hấp phụ bằng than hoạt tính có những hạn chế nhất định về hiệu quả và chi phí. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp xử lý mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường là rất cần thiết. Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Macadamia. Phương pháp xử lý nước thải bằng than biến tính đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường.

II. Nano Than Macadamia Hoạt Tính Vật Liệu Xử Lý Ưu Việt

Nano Than Macadamia hoạt tính là một vật liệu đầy hứa hẹn trong lĩnh vực xử lý nước thải. Được chế tạo từ vỏ hạt Macadamia, một nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào, vật liệu này không chỉ có giá thành rẻ mà còn thân thiện với môi trường. Quá trình hoạt hóa bằng K2CO3 giúp tăng cường bề mặt riêng và khả năng hấp phụ của than, tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm. Bên cạnh đó, việc kết hợp với nZVI (Nano Zero-Valent Iron) giúp tăng cường khả năng khử các chất ô nhiễm, đặc biệt là Methylene Red. Vỏ hạt Mắc-ca có thể làm than hoạt tính khi đốt ở nhiệt độ cao. Vỏ hạt Mắc-ca có diện tích bề mặt cao hơn các loại vỏ hạt khác và hàm lượng tro của chúng rất thấp (dưới 1%)

2.1. Nguồn Gốc Macadamia Lợi Ích Kinh Tế Và Môi Trường

Cây Macadamia là một loại cây trồng có giá trị kinh tế cao, đặc biệt là ở các vùng Tây Bắc và Tây Nguyên của Việt Nam. Việc tận dụng vỏ hạt Macadamia để sản xuất nano than hoạt tính không chỉ giúp giảm thiểu chất thải nông nghiệp mà còn tạo ra một nguồn thu nhập mới cho người dân địa phương. Theo một báo cáo, vỏ hạt Macadamia có diện tích bề mặt cao hơn các loại vỏ hạt khác và hàm lượng tro rất thấp. Cây Mắc-ca là loại cây cho quả khô quý hiếm, nhân Mắc-ca có hàm lượng dầu 78% với trên 87% là axit béo không no, hàm lượng protein trong nhân tới 9.2% gồm 20 loại axit amin, ngoài ra nhân Mắc-ca có chứa nhiều chất đường bột, chất khoáng và nhiều loại vitamin.

2.2. K2CO3 Bí Quyết Hoạt Hóa Than Tăng Cường Hấp Phụ

K2CO3 (Kali cacbonat) là một chất hoạt hóa hóa học được sử dụng phổ biến trong quá trình sản xuất than hoạt tính. K2CO3 có tác dụng tạo ra các lỗ xốp trên bề mặt than, làm tăng bề mặt riêng và khả năng hấp phụ của vật liệu. Việc sử dụng K2CO3 trong quá trình hoạt hóa giúp tạo ra nano than Macadamia có hiệu quả cao trong việc xử lý Methylene Red. Hoạt hóa bằng K2CO3 giúp tăng cường bề mặt riêng và khả năng hấp phụ của than, tạo điều kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm.

2.3. nZVI Công Nghệ Nano Đột Phá Trong Xử Lý Ô Nhiễm

nZVI (Nano Zero-Valent Iron) là một vật liệu nano có khả năng khử các chất ô nhiễm một cách hiệu quả. Khi kết hợp với nano than Macadamia, nZVI giúp tăng cường khả năng loại bỏ Methylene Red và các chất ô nhiễm khác trong nước thải. Cơ chế hoạt động của nZVI dựa trên quá trình oxy hóa khử, trong đó sắt kim loại (Fe0) nhường electron cho các chất ô nhiễm, làm chúng bị phân hủy hoặc chuyển hóa thành các chất ít độc hại hơn. nZVI giúp tăng cường khả năng khử các chất ô nhiễm, đặc biệt là Methylene Red.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Xử Lý Methylene Red Hiệu Quả

Nghiên cứu này tập trung vào việc điều chế nano than Macadamia hoạt tính bằng K2CO3, sau đó kết hợp với nZVI để tạo ra một vật liệu composite có khả năng xử lý Methylene Red trong nước thải. Quá trình nghiên cứu bao gồm các bước: điều chế vật liệu, khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ (pH, liều lượng vật liệu, thời gian tiếp xúc) và đánh giá hiệu quả xử lý bằng các phương pháp phân tích hóa học. Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm: Nước thải giả định nhiễm màu MR và Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không.

3.1. Điều Chế Nano Than Macadamia Quy Trình Tối Ưu

Quá trình điều chế nano than Macadamia bao gồm các bước: thu thập vỏ hạt Macadamia, rửa sạch, sấy khô, nghiền nhỏ, tẩm K2CO3, nung ở nhiệt độ cao trong điều kiện thiếu oxy để tạo ra than hoạt tính. Sau đó, than hoạt tính được nghiền thành kích thước nano và kết hợp với nZVI để tạo ra vật liệu composite. Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trung tâm nghiên cứu - thực nghiệm Đại học Thủ Dầu Một. Phòng thí nghiệm Trường Đại học Quốc tế Thành phố Hồ Chí Minh. Phòng thí nghiệm Trường Đại học Việt Đức.

3.2. Khảo Sát Ảnh Hưởng Của pH Đến Khả Năng Hấp Phụ

pH là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng xử lý Methylene Red bằng cách điều chỉnh pH của nước thải và đo nồng độ MR sau khi tiếp xúc với vật liệu trong một khoảng thời gian nhất định. Việc xác định pH tối ưu giúp tối đa hóa hiệu quả xử lý. Kết quả khảo sát cho thấy khả năng hấp phụ nước thải chứa màu MR tại điều kiện tối ưu pH = 10 với liều lượng thích hợp 0,8 (g/L) trong 60 phút hiệu suất đạt 96,15%.

3.3. Liều Lượng Và Thời Gian Tối Ưu Hóa Hiệu Quả Xử Lý

Liều lượng vật liệu và thời gian tiếp xúc là hai yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý. Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của liều lượng vật liệu bằng cách thay đổi lượng nano than Macadamia sử dụng trong quá trình xử lý và đo nồng độ MR sau khi tiếp xúc. Tương tự, ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc được khảo sát bằng cách thay đổi thời gian tiếp xúc giữa vật liệu và nước thải và đo nồng độ MR.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Xử Lý Methylene Red Đạt Hiệu Quả Cao

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI có khả năng xử lý Methylene Red trong nước thải một cách hiệu quả. Hiệu suất xử lý có thể đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm và các ngành công nghiệp khác có sử dụng thuốc nhuộm. Kết quả nghiên cứu cho thấy Nano than mắc ca hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI hấp phụ màu MR trong nước, qua đó nghiên cứu có thể triển khai ứng dụng vào quy trình hóa lý trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải.

4.1. Hiệu Suất Hấp Phụ Đánh Giá Khả Năng Loại Bỏ MR

Hiệu suất hấp phụ là một chỉ số quan trọng để đánh giá khả năng loại bỏ Methylene Red của vật liệu. Nghiên cứu đo nồng độ MR trước và sau khi xử lý để tính toán hiệu suất hấp phụ. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ phụ thuộc vào các yếu tố như pH, liều lượng vật liệu và thời gian tiếp xúc. Kết quả khảo sát cho thấy khả năng hấp phụ nước thải chứa màu MR tại điều kiện tối ưu pH = 10 với liều lượng thích hợp 0,8 (g/L) trong 60 phút hiệu suất đạt 96,15%.

4.2. Cơ Chế Hấp Phụ Tìm Hiểu Quá Trình Loại Bỏ MR

Nghiên cứu cũng tập trung vào việc tìm hiểu cơ chế hấp phụ của nano than Macadamia đối với Methylene Red. Các phương pháp phân tích bề mặt và hóa học được sử dụng để xác định các tương tác giữa vật liệu và MR. Việc hiểu rõ cơ chế hấp phụ giúp tối ưu hóa hiệu quả xử lý. Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Macadamia.

V. Ứng Dụng Thực Tế Xử Lý Nước Thải Quy Mô Công Nghiệp

Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm và các ngành công nghiệp khác có sử dụng thuốc nhuộm. Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô công nghiệp để loại bỏ Methylene Red và các chất ô nhiễm khác. Góp phần giải quyết được các vấn đề ô nhiễm màu trong nước thải và Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Macadamia.

5.1. Triển Vọng Ứng Dụng Thay Thế Các Phương Pháp Truyền Thống

Việc sử dụng nano than Macadamia có thể thay thế các phương pháp xử lý truyền thống, vốn có nhiều hạn chế về hiệu quả và chi phí. Vật liệu này có giá thành rẻ, thân thiện với môi trường và có khả năng xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm. Vật liệu xử lý thân thiện với môi trường, Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red” được đề xuất. Mục tiêu đề tài: Chế tạo than hoạt tính từ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3; Khảo sát khả năng xử lý màu MR nước thải của vật liệu có nguồn gốc sinh học là nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp sắt hóa trị không để xử lý màu MR trong nước thải giả định.

5.2. Nghiên Cứu Mở Rộng Xử Lý Các Loại Ô Nhiễm Khác

Ngoài Methylene Red, nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI có thể được sử dụng để xử lý các loại ô nhiễm khác trong nước thải, như kim loại nặng, thuốc trừ sâu và các chất hữu cơ độc hại. Nghiên cứu mở rộng có thể tập trung vào việc đánh giá khả năng xử lý của vật liệu đối với các loại ô nhiễm này. Kết quả thực hiện đề tài đã chứng tỏ việc ứng dụng Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không trong việc xử lý nước thải giả định nhiễm màu là rất khả quan và là cơ sở khoa học để triển khai trong xử lý nước thải nhiễm màu thực tế.

VI. Kết Luận Nano Than Macadamia Mở Ra Tương Lai Sạch

Nghiên cứu ứng dụng nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI đã chứng minh tiềm năng to lớn của vật liệu này trong việc xử lý Methylene Red và các chất ô nhiễm khác trong nước thải. Với những ưu điểm về giá thành, hiệu quả và tính thân thiện với môi trường, nano than Macadamia hứa hẹn sẽ đóng góp quan trọng vào việc bảo vệ nguồn nước và xây dựng một tương lai bền vững. Việc tận dụng phụ phẩm nông nghiệp, phát triển công nghệ nano và ứng dụng vào thực tiễn xử lý nước thải là những hướng đi đúng đắn cần được khuyến khích và đầu tư. Góp phần giải quyết được các vấn đề ô nhiễm màu trong nước thải và Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Macadamia.

6.1. Phát Triển Bền Vững Hướng Đến Nền Kinh Tế Tuần Hoàn

Việc sử dụng nano than Macadamia phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững và xây dựng nền kinh tế tuần hoàn. Tận dụng phế thải nông nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao là những yếu tố quan trọng để đạt được mục tiêu này. Việc ứng dụng Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không trong việc xử lý nước thải giả định nhiễm màu là rất khả quan và là cơ sở khoa học để triển khai trong xử lý nước thải nhiễm màu thực tế.

6.2. Nghiên Cứu Tiếp Theo Tối Ưu Hóa Và Mở Rộng Ứng Dụng

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình điều chế và ứng dụng nano than Macadamia, cũng như mở rộng ứng dụng của vật liệu trong việc xử lý các loại ô nhiễm khác. Cần có sự hợp tác giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp và chính phủ để đưa công nghệ này vào thực tiễn và góp phần giải quyết các vấn đề môi trường cấp bách. Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc đánh giá khả năng xử lý của vật liệu đối với các loại ô nhiễm khác.

Nội dung chính

Dưới đây là bài viết tổng quan khoa học chuẩn SEO, phân tích chuyên sâu báo cáo nghiên cứu về vật liệu nano than sinh học xử lý chất màu hữu cơ.

---

Nghiên Cứu Ứng Dụng Nano Than Macadamia Hoạt Tính $K_2CO_3$ Kết Hợp nZVI Xử Lý Màu Methylene Red

Tóm tắt nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường do nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Thủ Dầu Một thực hiện đã giải quyết bài toán trọng tâm: Làm thế nào để chế tạo vật liệu nano composite từ tính có nguồn gốc sinh học nhằm xử lý hiệu quả phẩm màu azo độc hại trong nước thải dệt nhuộm?

Nghiên cứu sử dụng phế phẩm vỏ hạt Mắc-ca (Macadamia), tiến hành than hóa và hoạt hóa hóa học bằng tác nhân kali cacbonat ($K_2CO_3$), sau đó tích hợp các hạt nano sắt hóa trị không (nZVI - nano Zero-Valent Iron) lên khung nền than nano. Cấu trúc và đặc tính hóa lý của vật liệu (AC/nZVI) được giải trình toàn diện thông qua các phép phân tích hiện đại: hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - giải hấp nitơ (BET). Khả năng loại bỏ phẩm màu Methylene Red (MR) được đánh giá qua các thí nghiệm mẻ khảo sát sự thay đổi của pH, liều lượng chất hấp phụ và thời gian tiếp xúc.

Kết quả thực nghiệm nổi bật xác định điều kiện tối ưu đạt được tại pH = 10, liều lượng than 0,8 g/L trong thời gian phản ứng 60 phút, mang lại hiệu suất khử màu vượt trội lên đến 96,15%. Nghiên cứu chứng minh tiềm năng to lớn của việc chuyển hóa phụ phẩm nông nghiệp thành vật liệu xử lý môi trường hiệu năng cao, mở ra hướng ứng dụng quy trình hóa lý bền vững, dễ thu hồi bằng từ tính và thân thiện với hệ sinh thái.

---

Bối cảnh và tầm quan trọng

Trong bức tranh phát triển công nghiệp hiện đại, ngành dệt nhuộm và may mặc đóng vai trò chủ lực nhưng đồng thời là nguồn phát thải nước thải phức tạp bậc nhất. Nước thải dệt nhuộm đặc trưng bởi độ màu rất cao, chứa từ 10% đến 30% lượng thuốc nhuộm thất thoát trong quy trình sản xuất. Phẩm màu azo như Methylene Red (MR) chứa liên kết bền vững ($-N=N-$) kết hợp với các vòng thơm, có khả năng kháng phân hủy sinh học tự nhiên, làm suy giảm khả năng truyền sáng qua tầng nước, ức chế quang hợp của thủy sinh và tiềm ẩn nguy cơ gây đột biến gen cũng như ung thư cho con người khi tích tụ trong chuỗi thức ăn.

Các giải pháp kỹ thuật truyền thống như keo tụ - tạo bông, oxy hóa bậc cao (Fenton), lọc màng hay trao đổi ion thường đối mặt với các rào cản lớn: chi phí vận hành đắt đỏ, tiêu tốn nhiều hóa chất và phát sinh khối lượng bùn thải thứ cấp độc hại khổng lồ. Trong khi đó, phương pháp hấp phụ bằng than hoạt tính thông thường dù hiệu quả nhưng gặp khó khăn lớn trong việc phân tách pha rắn - lỏng sau xử lý đối với vật liệu dạng bột mịn.

Mặt khác, vùng Tây Nguyên và Tây Bắc Việt Nam đang mở rộng diện tích trồng Mắc-ca với sản lượng hàng nghìn tấn hạt mỗi năm. Quá trình chế biến tạo ra lượng vỏ phế phẩm chiếm tới 70–77% tổng khối lượng quả. Phần lớn lượng vỏ này hiện bị bỏ phí hoặc đốt thủ công, gây ô nhiễm không khí. Vỏ Mắc-ca có hàm lượng cellulose cao (~41,2%) và hàm lượng tro rất thấp (<1%), là nguồn tiền chất lý tưởng để tổng hợp than hoạt tính chất lượng cao. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo nano than Mắc-ca biến tính $K_2CO_3$ kết hợp hạt nano sắt từ nZVI vừa giải quyết triệt để bài toán chất thải rắn nông nghiệp theo định hướng kinh tế tuần hoàn, vừa cung cấp giải pháp công nghệ tiên tiến để xử lý nước thải ô nhiễm màu.

---

Methodology và approach

Quy trình nghiên cứu được thiết kế chặt chẽ theo phương pháp thực nghiệm khoa học định lượng kết hợp phân tích vật lý - hóa học đa tầng:

[Phế phẩm vỏ Mắc-ca] 
[Than sinh học thô] 
[Nano Than Hoạt Tính xốp cao] 
[Vật liệu Nanocomposite AC/nZVI] 
[Khảo sát xử lý màu Methylene Red (pH, liều lượng, thời gian)]

1. Tổng hợp và biến tính vật liệu

• Giai đoạn 1 (Than hóa & Hoạt hóa): Vỏ hạt Mắc-ca được tiền xử lý, nghiền mịn cơ học để đưa về kích thước nano, sau đó hoạt hóa hóa học bằng tác nhân kiềm $K_2CO_3$. Phản ứng giữa carbon và $K_2CO_3$ ở nhiệt độ kiểm soát tạo nên cấu trúc rỗng xốp phát triển mạnh mẽ mà không để lại tồn dư độc hại như các muối kim loại nặng ($ZnCl_2$).
• Giai đoạn 2 (Tích hợp nano sắt hóa trị 0): Hạt nano sắt không ($Fe^0$ / nZVI) với cấu trúc lõi - vỏ đặc trưng ($Fe^0$ ở lõi và lớp oxide mỏng ở vỏ) được neo giữ trên khung carbon xốp thông qua phương pháp kết tủa/khử hóa học trong môi trường kiểm soát khí trơ $N_2$, ngăn ngừa sự oxy hóa sớm và sự kết tụ của các hạt sắt nano.

2. Kỹ thuật phân tích đặc trưng (Characterization)

• SEM (Scanning Electron Microscopy): Đánh giá cấu trúc hình thái bề mặt, mật độ lỗ rỗng mao quản và sự phân bố đều đặn của hạt nano sắt trên chất nền.
• FT-IR (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy): Xác định sự xuất hiện và biến đổi của các nhóm chức hoạt tính trên bề mặt than (hydroxyl $-OH$, carboxyl $-COOH$, hợp chất thơm).
• BET (Brunauer-Emmett-Teller): Đo lường chính xác diện tích bề mặt riêng ($S_{BET}$), thể tích lỗ xốp mao quản nhỏ (micropore) và mao quản trung bình (mesopore).

3. Quy trình thực nghiệm hấp phụ mẻ (Batch Adsorption)

Nghiên cứu tiến hành khảo sát khả năng loại bỏ Methylene Red trong môi trường nước qua 3 biến số chính:

• Khảo sát khoảng pH: Đánh giá từ môi trường acid đến kiềm nhằm xác định trạng thái điện tích bề mặt và cơ chế tương tác tĩnh điện.
• Khảo sát liều lượng chất hấp phụ ($g/L$): Tối ưu hóa khối lượng vật liệu sử dụng để đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất.
• Khảo sát thời gian tiếp xúc (phút): Xác định động học phản ứng và thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ.

---

Phát hiện chính

Nghiên cứu đã ghi nhận các kết quả thực nghiệm mang tính đột phá về cấu trúc vật liệu và hiệu năng xử lý:

1. Cấu trúc mao quản và diện tích bề mặt vượt trội

Phân tích ảnh SEM và phép đo BET chứng minh than Mắc-ca hoạt hóa bằng $K_2CO_3$ hình thành hệ thống mao quản đa tầng đồng nhất, đan xen giữa vi mao quản (micropore $< 2 nm$) và mao quản trung bình (mesopore $2 - 50 nm$). Phổ FT-IR xác nhận sự gắn kết bền vững của các liên kết sắt - oxy cùng các nhóm chức oxy hóa phân cực trên khung carbon, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giữ chặt phân tử thuốc nhuộm.

2. Vai trò quyết định của pH môi trường

Khả năng khử màu Methylene Red của vật liệu AC/nZVI tăng rõ rệt khi chuyển từ môi trường acid sang kiềm, đạt hiệu quả tối đa tại pH = 10. Trong môi trường kiềm, bề mặt than biến tính và lớp vỏ oxit sắt tích điện phù hợp, đồng thời hạn chế sự hòa tan của hạt sắt nano, thúc đẩy mạnh mẽ cả tương tác tĩnh điện lẫn ái lực hấp phụ với phân tử thuốc nhuộm.

3. Liều lượng hấp phụ tối ưu đạt 0,8 g/L

Khi tăng liều lượng than từ mức thấp lên 0,8 g/L, diện tích tiếp xúc và số lượng tâm hoạt tính trên bề mặt tăng mạnh, kéo theo hiệu suất khử màu tăng theo cấp số nhân. Tuy nhiên, khi nâng liều lượng vượt quá 0,8 g/L, hiệu suất xử lý đạt trạng thái bão hòa (tiệm cận ngang) do hiện tượng che chắn không gian và sự kết tụ cục bộ giữa các hạt nano than, khẳng định 0,8 g/L là tỷ lệ vàng về mặt kinh tế - kỹ thuật.

4. Động học phản ứng nhanh và hiệu suất loại bỏ đạt 96,15%

Quá trình hấp phụ diễn ra rất nhanh trong 30 phút đầu nhờ sự khuếch tán nhanh của các phân tử màu vào các lỗ xốp bề mặt và đạt trạng thái cân bằng hoàn toàn ở phút thứ 60 với hiệu suất khử ấn tượng đạt 96,15%. Sự kết hợp giữa diện tích bề mặt lớn của than nano và tính khử mạnh mẽ của lõi sắt $Fe^0$ giúp vừa hấp phụ, vừa bẻ gãy một phần các liên kết màu phức tạp, mang lại nước sau xử lý có độ trong cao.

---

Đóng góp khoa học

Nghiên cứu mang lại những giá trị đóng góp toàn diện trên cả phương diện học thuật lẫn ứng dụng thực tiễn:

• Đóng góp lý thuyết: Làm sáng tỏ cơ chế tương tác đồng vận (synergistic effect) giữa nền than sinh học kích thước nano hoạt hóa kiềm với các tâm phản ứng nano sắt hóa trị không ($Fe^0$). Cung cấp dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về cân bằng hấp phụ phẩm màu azo trên bề mặt composite từ tính.
• Đổi mới phương pháp luận: Khẳng định tính ưu việt của việc sử dụng muối kiềm $K_2CO_3$ làm tác nhân hoạt hóa sinh thái, thay thế hoàn toàn các hóa chất độc hại truyền thống ($ZnCl_2$, acid vô cơ đậm đặc), đồng thời kết hợp phương pháp nghiền cơ năng để thu nhận vật liệu cấu trúc nano đồng đều.
• Ứng dụng thực tiễn: Tạo ra dòng vật liệu composite có từ tính mạnh, cho phép dễ dàng thu hồi than ra khỏi nguồn nước sau xử lý chỉ bằng lực hút nam châm ngoại vi, loại bỏ nhược điểm tắc nghẽn màng lọc hoặc phát sinh bùn thải khó lắng của than bột thông thường.
• Hàm ý chính sách & Môi trường: Đề xuất mô hình kinh tế xanh cho ngành nông - công nghiệp tại Việt Nam: biến phế phẩm vỏ hạt Mắc-ca thành nguyên liệu đầu vào giá trị gia tăng cao, hỗ trợ các khu công nghiệp dệt may đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN với chi phí cạnh tranh.

---

Đối tượng quan tâm

Báo cáo nghiên cứu khoa học này mang lại giá trị tham khảo và ứng dụng thiết thực cho các nhóm đối tượng:

• Các nhà nghiên cứu & Học giả: Chuyên gia trong lĩnh vực Hóa học môi trường, Kỹ thuật vật liệu nano, Khoa học vật liệu hấp phụ sinh học (Biochar/Nanocomposites).
• Kỹ sư công nghệ & Doanh nghiệp môi trường: Các đơn vị thiết kế, thi công và vận hành trạm xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm, may mặc, thuộc da và hóa chất phẩm màu.
• Doanh nghiệp chế biến nông sản: Các nhà máy sản xuất hạt Mắc-ca tại Đắk Lắk, Lâm Đồng, Tây Bắc muốn tìm kiếm giải pháp thương mại hóa nguồn sinh khối vỏ phế phẩm quy mô lớn.
• Cơ quan quản lý tài nguyên môi trường: Cơ sở dữ liệu khoa học tin cậy phục vụ công tác xây dựng định mức xả thải và khuyến khích công nghệ sạch, kinh tế tuần hoàn.

---

FAQ (Câu hỏi thường gặp)

1. Phát hiện quan trọng nhất của đề tài này là gì?

Vật liệu nano than Mắc-ca hoạt tính $K_2CO_3$ kết hợp sắt nano ($AC/nZVI$) đạt hiệu suất xử lý phẩm màu Methylene Red lên tới 96,15% ở điều kiện vận hành tối ưu (pH 10, liều lượng 0,8 g/L, thời gian 60 phút).

2. Phương pháp chế tạo vật liệu có điểm gì đặc biệt so với than hoạt tính thông thường?

Điểm đột phá là việc kết hợp hoạt hóa hóa học bằng $K_2CO_3$ (thân thiện môi trường) với kỹ thuật nghiền nano và đưa trực tiếp hạt sắt không hóa trị ($Fe^0$) lên cấu trúc xốp. Điều này vừa tạo ra dung lượng hấp phụ vượt trội, vừa cung cấp tính từ để thu hồi vật liệu dễ dàng bằng nam châm.

3. Kết quả nghiên cứu có thể khái quát hóa (generalize) cho các chất ô nhiễm khác không?

Có. Nhờ sự tích hợp giữa diện tích bề mặt lớn và hoạt tính oxy hóa - khử mạnh mẽ của lõi $Fe^0$, vật liệu này hoàn toàn có thể mở rộng để xử lý các ion kim loại nặng ($Zn^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Cr^{6+}$, $Cd^{2+}$) và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy khác (thuốc trừ sâu, dung môi clo hóa).

4. Hướng đi tiếp theo (Next steps) của hướng nghiên cứu này là gì?

Nhóm nghiên cứu hướng tới việc: (1) Thử nghiệm trên mẫu nước thải dệt nhuộm thực tế với thành phần đa cấu tử phức tạp; (2) Tối ưu hóa quy trình giải hấp và tái sinh vật liệu từ tính qua nhiều chu kỳ; (3) Nâng quy mô chế tạo từ phòng thí nghiệm lên hệ thống cột lọc liên tục (continuous fixed-bed column).

5. Ứng dụng thực tế khả thi nhất của nghiên cứu là gì?

Tích hợp vật liệu AC/nZVI vào các modul xử lý bậc 3 (hóa lý nâng cao) tại các nhà máy dệt nhuộm hoặc sử dụng làm vật liệu nhồi cho các rào phản ứng thẩm thấu (Permeable Reactive Barriers - PRBs) để xử lý ô nhiễm nước ngầm tại chỗ.

---

Kết luận

Báo cáo nghiên cứu khoa học của Trường Đại học Thủ Dầu Một đã chứng minh tính khả thi vượt trội của việc tổng hợp nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca hoạt hóa bằng $K_2CO_3$ kết hợp hạt nano sắt hóa trị không ($Fe^0$) trong xử lý phẩm màu Methylene Red, đạt hiệu suất ấn tượng 96,15%. Công trình mở ra hướng đi bền vững kết hợp giữa xử lý môi trường và tận dụng phụ phẩm nông nghiệp tại Việt Nam.

Để đưa nghiên cứu từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn sản xuất, các kỹ sư và doanh nghiệp quan tâm có thể liên hệ hợp tác hoặc áp dụng quy trình thực nghiệm để tiến hành chuyển giao công nghệ, tối ưu hóa các module xử lý nước thải công nghiệp hướng tới tiêu chuẩn xả thải xanh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường gia tăng đến mức báo động. Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhân khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn hoặc do chí phí xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Hiện nay có khoảng hơn 500.000 chất bẩn khác nhau tồn tại trong môi trường nước, trong đó thuốc nhuộm sử dụng trong các ngành may mặc,…ảnh hưởng đến môi trường [1].

Do đặc thù của nghề dệt nhuộm là sử dụng rất nhiều hóa chất và thuốc nhuộm, nên nước thải dệt nhuộm thường có màu cao, chứa các tạp chất tách ra từ xơ sợi (dầu mỡ, các hợp chất chứa nitơ, các chất bẩn dính vào sợi), các hóa chất dùng trong công nghệ dệt nhuộm (hồ tinh bột, tinh bột biến tính, dextrin, alginat. Khoảng 10 – 30% lượng thuốc nhuộm và hóa chất sử dụng bị thải ra ngoài cùng với nước thải. Nếu những chất này được xả trực tiếp vào nước sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng tới hệ sinh thái và môi trường sống xung quanh. Độ màu cao do lượng thuốc nhuộm dư trong nước thải sẽ gây màu cho nguồn tiếp nhận, độ màu có khả năng làm cản trở ánh sáng và làm chậm các quá trình quang hợp, ức chế sự phát triển và sinh sản của sinh vật.

Khi pH > 9 sẽ gây độc hại đối với thủy sinh, gây ăn mòn các công trình thoát nước và hệ thống xử lý nước thải. Do những ảnh hưởng trên, nhiều phương pháp đã được áp dụng để xử lý các thành phần ô nhiễm kim loại trong nước thải như xử lý bằng Chitosan [4], xử lý bằng nấm men Saccharomyces cerevisiae [5], xử lý bằng vật liệu nano kết hợp với biogum [6]. Ngoài những phương pháp trên, phương pháp xử lý nước thải bằng than biến tính đang được áp dụng rộng rãi do hiệu suất xử lý cao, vật liệu xử lý thân thiện với môi trường. Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red” được đề xuất.

Mục tiêu đề tài - Chế tạo than hoạt tính từ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3. - Khảo sát khả năng xử lý màu MR nước thải của vật liệu có nguồn gốc sinh học là nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp sắt hóa trị không để xử lý màu MR trong nước thải giả định GVHD: TS. Đào Minh Trung Trang 1 Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red 1. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Điều chế nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3.

Nội dung 2:Điều chế Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không. Nội dung 3: Khảo sát khả năng xử lý màu MR của Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không (khảo sát pH, liều lượng, thời gian). Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Nước thải giả định nhiễm màu MR.

- Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trung tâm nghiên cứu - thực nghiệm Đại học Thủ Dầu Một. Phòng thí nghiệm Trường Đại học Quốc tế Thành phố Hồ Chí Minh. Phòng thí nghiệm Trường Đại học Việt Đức.

Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học Kết quả thực hiện đề tài đã chứng tỏ việc ứng dụng Nano than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc-ca bằng tác nhân hóa học K2CO3 kết hợp với sắt hóa trị không trong việc xử lý nước thải giả định nhiễm màu là rất khả quan và là cơ sở khoa học để triển khai trong xử lý nước thải nhiễm màu thực tế. Ý nghĩa thực tiễn - Góp phần giải quyết được các vấn đề ô nhiễm màu trong nước thải. - Việc thay thế các công nghệ xử lý bằng vật liệu than biến tính sinh học có ý nghĩa bảo vệ môi trường và góp phần giải quyết tình trạng phát sinh chất thải rắn trong sản xuất nhân hạt Mắc-ca.

Đào Minh Trung Trang 2 Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Tổng quan về Mắc-ca Mắc ca (tên đầy đủ là macadamia) là loài cây gỗ lớn, có nguồn gốc ở vùng rừng mưa ven biển thuộc miền Nam Queensland và miền Bắc New South Wales ở Australia, giữa vĩ độ 250 và 330 Nam. Năm 1881 mắc ca được đưa tới trồng ở Hawaii, vào thời gian đó chúng được sử dụng như một cây trồng rừng.

Năm 1948, Trạm nghiên cứu nông nghiệp Hawaii đã đầu tư nghiên cứu về lĩnh vực giống và đã tạo ra các dòng có nhiều triển vọng làm tiền đề cho công nghiệp mắc ca hiện đại ở Hawaii như ngày nay. Ở California hai cây mắc ca đầu tiên được trồng vào đầu thập niên 1880 trong sân Berkeley thuộc đại học tổng hợp California. Năm 1950 California mới bắt đầu nhập khẩu một số giống đã được cải tiến từ Hawaii. Tại Trung Quốc, cây mắc ca đã có mặt ở vườn thực vật Đài Loan từ đầu thế kỷ 20, nhưng việc trồng đại trà mới thực hiện trong khoảng 20 năm gần đây [146].

Cây mắc ca có tên gọi chung là Macadamia hoặc Australia nut hoặc Queenland nut, gồm hai loài là: loài vỏ hạt trơn (Macadamia integrifolia Maiden & Betche) và loài vỏ hạt sần (Macadamia tetraphylla L. Jhonson) và giống lai giữa hai loài này. Cũng có thể phân biệt giữa 2 loài mắc ca này dựa vào số lá trên một đốt thân. Với loài vỏ láng (Macadamia integrifolia), trên mỗi đốt thân thường có 3 lá; loài vỏ nhăn (Macadamia tetraphylla) thường có 4 lá trên mỗi đốt thân [146].

Năm 1994, cây Mắc-ca được trồng thử nghiệm ở Ba Vì (Hà Nội). Đến nay chúng được trồng rộng rãi ở nhiều nơi đặc biệt là vùng Tây Nguyên. Cây Mắc-ca là loại cây cho quả khô quý hiếm, nhân Mắc-ca có hàm lượng dầu 78% với trên 87% là axit béo không no, hàm lượng protein trong nhân tới 9.2% gồm 20 loại axit amin, ngoài ra nhân Mắc-ca có chứa nhiều chất đường bột, chất khoáng và nhiều loại vitamin [7]. Vỏ hạt Mắc-ca có thể làm than hoạt tính khi đốt ở nhiệt độ cao.

Vỏ hạt Mắc-ca có diện tích bề mặt cao hơn các loại vỏ hạt khác và hàm lượng tro của chúng rất thấp (dưới 1%) [8]. Ở Việt Nam, Cây mắc ca bắt đầu được trồng tại Tây Bắc từ năm 2002. Sau 10 năm nghiên cứu, thử nghiệm trên hàng loạt các vùng địa lý và khí hậu của Việt Nam, các nhà nghiên cứu đã xác định được hai vùng có thể trồng được mắc ca, đó là Tây Bắc và Tây Nguyên. Đây là hai vùng khí hậu đặc biệt thuận lợi cho cây mắc ca sinh trưởng và cho năng suất cao.

Hai vùng khí hậu này có thời tiết lạnh về mùa xuân (14 - 17°C) điều kiện cần để cây ra hoa và không có mưa phùn là điều kiện để hoa thụ phấn và kết quả [146]. Đào Minh Trung Trang 3 Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red Hiện nay, diện tích mắc ca trồng thử và dự án khuyến lâm theo chương trình của Bộ Nông nghiệp và Phát Triển Nông Thôn ở Tây Bắc và Tây Nguyên là khoảng 520 ha. Ngoài ra, diện tích do các tổ chức, cá nhân tại các địa phương khác trồng khoảng 1.920 ha (trong đó ở Tây Bắc gần 280 ha, Tây Nguyên khoảng 1. Như vậy, tổng diện tích cây mắc ca cả nước đến nay khoảng 2.

Tại Lâm Đồng có khoảng 15 giống mắc ca được trồng. Sau 9 năm trồng, một số giống có năng suất đạt từ 7 - 9 kg hạt/cây, cá biệt có những cây cho năng suất trên 10 kg hạt/cây; dự báo khả năng từ năm thứ 12 trở lên - giai đoạn kinh doanh chính thức, năng suất có thể đạt đến 12 - 15 kg hạt/cây, tương đương với năng suất của mắc ca ở vùng nguyên sản Úc. Tuy nhiên, quy mô trồng mắc ca hiện tại của bà con nông dân còn nhỏ lẻ, phân tán nên sản lượng không nhiều [146]. Như vậy, tổng diện tích cây mắc ca cả nước đến nay khoảng 2.

Không triển khai trồng cây này trên quy mô lớn trong các khu vực chưa được trồng khảo nghiệm khẳng định hiệu quả; tổng diện tích trồng cây mắc ca cả nước đến năm 2020 khoảng 10. Theo Penoni et al., (2011) [9] cho thấy đối với mỗi tấn hạt Mắc-ca tạo ra 70 – 77% vỏ. Hằng năm các công ty chế biến hạt ở Việt Nam sản xuất ra hàng nghìn tấn hạt và thải ra hàng chục nghìn tấn vỏ. Vỏ có thể được một số công ty mỹ nghệ mua về làm đồ thủ công nhưng chiếm tỉ lệ rất nhỏ.

Phần lớn chúng được đem bỏ hoặc làm nhiên liệu đốt. Trong bài nghiên cứu của Rakesh Kumar et al., (2013) [10], hàm lượng cellulose trong vỏ là khá cao chiếm khoảng 41.2%, điều này cho thấy vỏ Mắc-ca rất thích hợp để làm vật liệu sản xuất than hoạt tính. Vào năm 2015, nhóm nghiên cứu của Martins, A., đã điều chế thành công than hoạt tính từ vỏ Mắc-ca đạt được hiệu suất xử lí khá cao [11]. Thành phần vỏ hạt Mắc – ca Phân tích nguyên tố Độ ẩm Tỷ trọng Tro (%) C (%) H (%) N (%) O (%) (%) (g.

Đào Minh Trung Trang 4 Nghiên cứu ứng dụng Nano than Macadamia hoạt tính K2CO3 kết hợp nZVI để xử lý màu Methylene Red 2. Tổng quan về than hoạt tính Than hoạt tính có thành phần chủ yếu là cacbon chiếm 85% đến 95%, thành phần còn lại là các hợp chất vô cơ. Chúng được điều chế khi đốt các nguyên liệu cho ra cacbon. Do vậy nguồn nguyên liệu để sản xuất than hoạt tính khá phong phú.

Than hoạt tính được chế tạo từ những nguyên liệu giàu cacbon như các loại quả, các loại thực vật (gỗ, mùn cưa,…), sọ dừa, gỗ, mạt cưa, các loại có nguồn gốc từ than mỏ như than antraxit, than bùn, than nâu, than bán cốc, hoặc từ các hợp chất hữu cơ như polime, lignin, dầu mỏ,… Than hoạt tính có diện tích bề mặt rất lớn từ 500 – 2500 m2/g. Vì thế chúng là một chất lý tưởng dùng để hấp phụ nhiều loại chất ô nhiễm [12].