I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào tổng hợp vật liệu giá trị gia tăng từ vỏ sầu riêng và ứng dụng của chúng trong xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm. Vỏ sầu riêng, một nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào ở Đông Nam Á, được chọn làm nguyên liệu chính do tính chất bền vững và khả năng tái chế. Nghiên cứu nhằm giải quyết hai vấn đề môi trường lớn: quản lý chất thải nông nghiệp và xử lý nước thải công nghiệp. Vật liệu than sinh học pha tạp coban (CoC) được tổng hợp từ vỏ sầu riêng thông qua quá trình thủy nhiệt và nhiệt phân, sau đó được sử dụng để kích hoạt peroxymonosulfate (PMS) nhằm phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước.
1.1. Vấn đề quản lý chất thải nông nghiệp
Sản xuất sầu riêng ở Đông Nam Á đạt gần 3 triệu tấn vào năm 2023, tạo ra lượng lớn vỏ sầu riêng bị thải bỏ. Mỗi 10 tấn sầu riêng thu hoạch, hơn 7 tấn vỏ bị loại bỏ, gây áp lực lên hệ thống quản lý chất thải và môi trường. Việc đốt hoặc chôn lấp vỏ sầu riêng không chỉ gây ô nhiễm mà còn lãng phí tiềm năng tái chế của nguyên liệu này.
1.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải
Nước thải chứa thuốc nhuộm từ ngành dệt may là một vấn đề nghiêm trọng do tính bền vững và độc tính của các hợp chất hữu cơ. Vật liệu CoC được nghiên cứu như một chất xúc tác dị thể để kích hoạt PMS, tạo ra các gốc tự do có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm phức tạp thành các sản phẩm ít độc hại hơn.
II. Phương pháp tổng hợp và đặc tính vật liệu
Quá trình tổng hợp vật liệu CoC bao gồm các bước xử lý thủy nhiệt và nhiệt phân vỏ sầu riêng. Vật liệu được phân tích bằng các phương pháp hiện đại như SEM, XRD, và FT-IR để xác định cấu trúc tinh thể và hình thái xốp. Kết quả cho thấy, nhiệt độ nhiệt phân và nồng độ coban ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất xúc tác của vật liệu.
2.1. Quy trình tổng hợp
Vỏ sầu riêng được xử lý thủy nhiệt ở nhiệt độ cao, sau đó trải qua quá trình nhiệt phân ở các nhiệt độ khác nhau (250°C - 450°C) để tạo ra than sinh học. Coban được pha tạp vào than sinh học thông qua quá trình ngâm tẩm và nung nóng.
2.2. Đặc tính vật liệu
Phân tích SEM cho thấy cấu trúc xốp và đồng nhất của vật liệu. XRD xác nhận sự hiện diện của các pha tinh thể Co3O4, trong khi FT-IR chỉ ra các nhóm chức hóa học trên bề mặt vật liệu, hỗ trợ quá trình kích hoạt PMS.
III. Ứng dụng và hiệu quả xử lý
Vật liệu CoC được thử nghiệm trong việc xử lý Rhodamine B (RhB), một loại thuốc nhuộm phổ biến trong nước thải dệt may. Kết quả cho thấy, vật liệu đạt hiệu suất loại bỏ RhB lên đến 90% trong vòng 30 phút ở điều kiện pH trung tính. Vật liệu cũng thể hiện tính ổn định cao và khả năng tái sử dụng qua nhiều chu kỳ.
3.1. Hiệu quả xử lý RhB
Các thí nghiệm được tiến hành với các điều kiện khác nhau như nồng độ PMS, liều lượng xúc tác, pH, và nhiệt độ. Kết quả cho thấy, hiệu suất loại bỏ RhB cao nhất đạt được ở nhiệt độ 350°C và nồng độ coban 2 mmol/g.
3.2. Cơ chế phản ứng
Các gốc tự do như SO4●–, •OH, và 1O2 được xác định là các tác nhân chính trong quá trình phân hủy RhB. Cơ chế này được hỗ trợ bởi sự hiện diện của coban và cấu trúc xốp của than sinh học.
IV. Kết luận và khuyến nghị
Nghiên cứu đã chứng minh tiềm năng của vật liệu CoC trong việc xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm. Vật liệu không chỉ hiệu quả mà còn bền vững, tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình và mở rộng ứng dụng trong thực tế.
4.1. Kết luận
Vật liệu CoC tổng hợp từ vỏ sầu riêng là một giải pháp tiềm năng cho xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy.
4.2. Khuyến nghị
Cần nghiên cứu thêm về khả năng ứng dụng trên quy mô lớn và tác động môi trường của vật liệu trong các điều kiện thực tế.
