PHẦN MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp dệt nhuộm ngày càng phát triển, các nhà máy dệt nhuộm sử dụng lượng lớn nước, thuốc nhuộm, phụ trợ, hóa chất khác và xả nước thải có màu gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường (Vandevivere et al. Các thành phần chính trong nước thải có thuốc nhuộm được phản ứng hòa tan hoàn toàn trong nước và có cấu trúc hóa học phức tạp chứa các nhóm không phân hủy sinh học (Perng et al. Thêm vào đó, nước thải từ ngành công nghiệp dệt nhuộm thường không cố định và thay đổi liên tục theo thời gian tùy thuộc vào thuốc nhuộm, loại vải nhuộm và nồng độ các chất cố định được thêm vào (Kim et al. Việc xử lý màu từ nước thải ngành công nghiệp dệt nhuộm đã thu hút sự chú ý của các nhà môi trường.
Nước thải màu không chỉ gây ảnh hưởng đến sự thẩm mỹ và độ trong suốt của nước mà còn đó những lo ngại về độc tính và khả năng gây ung thư của một số thuốc nhuộm hữu cơ (Lu et al. Có nhiều phương pháp khác nhau để loại bỏ màu khỏi nước thải đã được nghiên cứu, phát triển và áp dụng như keo tụ tạo bông (Golob et al., 2005) oxy hóa hóa học (Pérez et al., 2002), điên hóa – điện đông tụ (Collivignarelli et al., 2019), màng lọc (Collivignarelli et al., 2019), hấp phụ (Bhatnagar et al. Đây là các phương pháp có khả năng loại bỏ màu trong nước thải dệt nhuộm, tuy nhiên mức độ phổ biến của chúng trong ứng dụng bị giới hạn bởi các nhược điểm như tạo ra nhiều bùn, tái tạo hấp phụ, màng bẩn và chi phí cao (Lu et al. Gần đây, việc phát triển các chất hấp phụ có tính kinh tế để xử lý nước thải đã thu hút sự quan tâm rất lớn (M.
Reddy et al. Các chất hấp phụ có nguồn gốc từ sinh học có chi phí thấp được ứng dụng trong việc loại bỏ màu và các ion kim loại nặng trong nước như bột lá cây Azadirachta indica (Bhattacharyya et al., 2004), vỏ trái me (M. Reddy, 2006), vỏ cam (Namasivayam et al., 1996), cám lúa mì và cám gạo (Wang et al., 2009), lõi ngô (Sonawane et al., 2009), vỏ đậu phộng (Hameed et al., 2008) và những vật liệu khác đã được nghiên cứu. Ở các nước đang phát triển, chi phí sử dụng các phương pháp truyền thống như keo 1 tụ tạo bông, oxy hóa hóa học hay màng lọc thẩm thấu vẫn còn khá cao để được ứng dụng rộng rãi.
Do đó, các chất hấp phụ từ vật liệu sinh học được nghiên cứu nhiều hơn nhằm thay thế các phương pháp truyền thống vì có chi phí thấp (M. Reddy et al., 2012) và hạn chế được các nhược điểm của phương pháp truyền thống (Lu et al. Cây Mai dương (Mimosa pigra L.) là một loài cây cỏ dại nhiệt đới ngoại lai với khả năng xâm lấn mạnh, gây tổn hại cho các cây cỏ xung quanh và sự đa dạng sinh thái nông nghiệp (Heard et al. Việt Nam có điều kiện thuận lợi về địa hình và khí hậu cho sự phát triển của trái Mai dương trên đất nông nghiệp và đất tự nhiên.
Chính vì thế, khả năng lây lan và xâm chiếm mạnh của cây sẽ là một mối đe dọa lớn đến đất nông nghiệp và hệ sinh thái (Nguyen Hong Son et al. Nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam đang kiểm soát sự phát triển của loài cây này bằng nhiều cách khác nhau như thu hẹp khu vực sinh trưởng bằng cách phun thuốc trừ sâu, chặt bỏ thân cây, đốt thân cây (Nguyen Thi Thi Lan et al., 2001; Tran Triet, Le Cong Kiet, et al., 2004; Tran Triet, Le Cong Man, et al. Vì khả năng tạo sinh khối lớn cũng như gây hại và xâm lấn mạnh mẽ của cây Mai dương, định hướng sử dụng trái Mai dương làm nguyên liệu điều chế vật liệu để xử lý nước thải không chỉ giúp nâng cao hiệu quả diệt trừ cây Mai dương, bảo tồn đa dạng sinh thái môi trường mà còn thu được sản phẩm là vật liệu sinh học để xử lý môi trường bị ô nhiễm. Điều này không những đem lại nhiều lợi ích mà còn thực sự có ý nghĩa trong việc bảo vệ môi trường, đảm bảo sự phát triển bền vững.
Vì vậy đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý phẩm màu trong nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu sinh học điều chế từ trái của cây Mai dương (Mimosa pigra L. Mục tiêu nghiên cứu ❖ Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu khả năng xử lý màu trong nước thải dệt nhuộm của vật liệu có nguồn gốc sinh học từ trái của cây Mai dương (Mimosa pigra L.) 2 ❖ Mục tiêu cụ thể - Điều chế vật liệu sinh học từ hạt Trái Mai dương và phân tích đặc điểm hình thái của vật liệu; - Ứng dụng vật liệu sinh học xử lý ô nhiễm màu methylene blue (MB) trong nước; - Khảo sát, xác định các điều kiện tối ưu của vật liệu: thời gian, pH, hàm lượng, nồng độ; - Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu; - Tổng hợp kết quả rút ra nhận xét, đánh giá, kiến nghị và kết luận. Đối tượng nghiên cứu - Vật liệu sinh học được điều chế từ toàn bộ hạt Mai dương; - Dung dịch thuốc nhuộm xanh methylen (MB). Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng vật liệu điều chế từ trái và toàn bộ hạt cây Mai dương để xử lý dung dịch thuốc nhuộm xanh methylen ở quy mô phòng thí nghiệm.
Thời gian thực hiện đề tài khoảng 06 tháng. - Địa điểm thực hiện: Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học Thủ Dầu Một. - Thời gian dự kiến: từ tháng 01/2022 – 06/2022; - Giới hạn đề tài: + Vật liệu trái Mai dương được lấy tại TP. Thủ Đức + Dung dịch thuốc nhuộm màu xanh methylen được pha trong phòng thí nghiệm từ hóa chất màu MB và nước cất với nồng độ giới hạn (từ 2 – 70 ppm).
+ Thí nghiệm xác định đặc điểm hình thái của vật liệu như SEM, FTIR, BET: gởi mẫu đo ở Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam. Ý nghĩa thực tiễn - Điều chế vật liệu sinh học có khả năng xử lý môi trường đặc biệt là nước thải dệt nhuộm; 3 - Xác định được các thông số tối ưu của vật liệu sinh học điều chế từ trái Mai dương để xử lý nước thải; - Ứng dụng xử lý phẩm màu trong nước thải dệt nhuộm ở quy mô phòng thí nghiệm. Ý nghĩa khoa học Xác định được quy trình điều chế vật liệu sinh học từ hạt trái Mai dương và các thông số hấp phụ tối ưu, xử lý được màu trong nước thải dệt nhuộm từ đó tạo tiền đề cho các nghiên cứu xử lý nước thải tương tự sử dụng các vật liệu sinh học thân thiện với môi trường. Tổng quan về cây Mai dương (Mimosa pigra L.
Đặc điểm sinh học Cây Mai dương còn có tên thường dùng khác là cây Ngưu ma vương, cây Trinh nữ nhọn, Trinh nữ đầm lầy hay cây Mắc cỡ Mỹ, có tên khoa học là Mimosa pigra L., thuộc chi Mimosa, họ Mimosaceae, có 400 – 500 loài hầu hết có nguồn gốc từ châu Mỹ (Nguyễn Chí Cương et al. Cây Mai dương được mô tả là phát hiện đầu tiên vào năm 1759 (K. Harley, 1992) và được tìm thấy lần đầu tiên ở Việt Nam vào năm 1970 (Nguyen Hong Son et al. Mai dương (Mimosa pigra L.) là loại cây bụi mọc nơi đất trống, ẩm ướt của vùng nhiệt đới.
Thân cành có gai dài 7 mm, màu xanh lúc còn nhỏ và dần trở nên thân gỗ với độ dài đến 3 m và phân bố ngẫu nhiên. Lá màu xanh sáng, có dạng kép lông chim hai lần dài 20 – 25 cm gồm 15 cặp lá đơn mọc đối xứng, dài khoảng 3 – 8 mm, với phiến lá không cuống, dạng thon hẹp, lá bị xếp lại khi bị tác động nhưng thường chậm hơn so với các cây mắc cỡ khác hoặc vào ban đêm. Hoa có màu tím hoặc hồng, dạng tia và chụm lại từng nhóm thành một đầu tròn có đường kính 1 – 2 cm. Phát hoa mọc trên một trục dài 2 – 3 cm với hai trong mỗi nách lá, mỗi phát hoa có khoảng 100 hoa, mỗi nách lá có 1 – 2 phát hoa.
Trái có lông rất dày đặc chia thành 14 – 26 đốt, có từ 20 – 25 hạt, trái mọc thành từng chùm trên nách lá, dài 6,5 – 7,5 cm, rộng 0,7 – 1 cm. Trái chuyển sang màu nâu khi chín, hạt có màu nâu hoặc xanh ô liu, dẹp, bầu tròn, dài 4 – 6 mm và rộng 2 mm (Nguyễn Thị Minh Châu, 2006; Beilfuss, 2007; K. Harley, 1992; Walden et al. Hình ảnh cây Mai dương.
Phân bố và sinh thái Cây Mai dương có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới châu Mỹ từ Mexico qua Trung Mỹ đến Bắc Argentina và nay đã lan rộng khắp vùng nhiệt đới trên thế giới (K. Hiện nay, cây Mai dương là cây cỏ dại ngoại lai ở Mỹ, Úc, Malaysia, Myanmar, Lào, Thái Lan, Campuchia và Việt Nam (Nguyễn Chí Cương et al. Khí hậu nhiệt đới với hai mùa khô và mưa rất thích hợp cho cây Mai dương tăng trưởng và phát triển. Mai dương bành trướng rất nhanh ở những khu vực đất trống, sống được ở những nơi có lượng mưa thấp hơn 750 mm hoặc cao hơn 2250 mm và chịu được ngập nước trong thời gian dài.
Cây Mai dương không kén đất, nhưng thường mọc tốt ở những nơi ẩm ướt như đồng bằng ven sông, ven biển tạo nên thảm bụi cây dày đặc rậm rạp che bóng không cho hạt của loài cây bản địa nảy mầm. Nó có rất ít loài thiên địch và ít bị ảnh hưởng bởi sự cạnh tranh của loài khác (K. Harley, 1992; Nguyen Hong Son et al. Chu kỳ sống và khả năng xâm lấn Cây Mai dương sinh sản bằng hạt và sinh trưởng phát triển nhanh chóng.
Cây đầu ra hoa khoảng 6 – 8 tháng sau khi nảy mầm. Lượng hạt sinh ra từ cây Mai dương trong một năm rất lớn, trung bình từ 9000 - 12000 hạt/cây (Walden et al. Hạt được bọc bởi lớp vỏ nhiều lông, rất nhẹ giúp chúng dễ dàng di chuyển theo gió, ham bám trên người, động vật, xe cộ cơ giới và cả trong đất và cát nhưng chủ yếu phát tán theo dòng nước, nước lũ, hệ thống kênh rạch… Hạt rất cứng và có thể duy trì miên trạng trong vòng 15 năm tùy thuộc vào môi trường, và tồn tại ít nhất 23 năm trong đất cát, sống hơn 5 năm trong phòng thí nghiệm. Vì luôn có một lượng lớn hạt nằm sâu trong đất nên phải kiểm soát cây mầm trong nhiều năm sau khi loại trừ cây trưởng thành.
Hạt của cây không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao.