NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT HẤP PHỤ SINH HỌC (BIO-ADSORBENT) TỪ VỎ QUẢ CÀ PHÊ ĐỂ XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG TRONG NƯỚC
Kỹ thuật môi trường
Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo các chất hấp phụ sinh học (bio-adsorbent) từ vỏ quả cà phê nhằm xử lý hiệu quả ion kim loại nặng Cr(VI) và Ni(II) trong nước thải. Nhận thấy sự cấp thiết của việc loại bỏ kim loại nặng độc hại từ nước thải công nghiệp và những hạn chế của các phương pháp truyền thống, nghiên cứu hướng đến việc phát triển giải pháp chi phí thấp, thân thiện môi trường từ chất thải nông nghiệp. Mục tiêu chính là chế tạo các loại than sinh học, than hoạt tính, và vật liệu tổ hợp nano MnFe2O4/C từ vỏ quả cà phê, đồng thời làm rõ cơ chế hấp phụ và tối ưu hóa các điều kiện quá trình.
Các vật liệu được chế tạo bao gồm than sinh học từ vỏ cà phê được nhiệt phân ở 400°C, than hoạt tính biến tính bằng H3PO4 (cho khả năng hấp phụ Cr(VI) tối ưu với qmax 14,93 mg/g) và HNO3 (cho Ni(II) với qmax 21,27 mg/g), cùng với vật liệu tổ hợp MnFe2O4/BC. Kết quả cho thấy than sinh học có khả năng hấp phụ đồng thời Cr(VI) và Ni(II). Đặc biệt, vật liệu tổ hợp MnFe2O4/BC được tổng hợp thành công, thể hiện khả năng hấp phụ đồng thời Cr(VI) (qmax 20,83 mg/g) và Ni(II) (qmax 23,81 mg/g), với ưu điểm là tính từ tính dễ dàng thu hồi sau xử lý. Một vật liệu tổ hợp khác là MnFe2O4/AC-5 (chế tạo từ than hoạt tính H3PO4) đã đạt dung lượng hấp phụ Cr(VI) cực đại rất cao, lên tới 73,26 mg/g, với quy trình chế tạo đơn giản và thời gian hấp phụ ngắn.
Quá trình hấp phụ ion kim loại nặng trên các vật liệu này được mô tả phù hợp bởi mô hình đẳng nhiệt Langmuir và mô hình động học bậc 2. Cơ chế hấp phụ Cr(VI) chủ yếu thông qua lực hút tĩnh điện và các lỗ rỗng, trong khi Ni(II) diễn ra qua trao đổi ion với các nhóm chức trên bề mặt vật liệu. Luận án cũng đã xây dựng thành công phương trình hồi quy mô tả sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ Ni(II) vào các yếu tố như pH, thời gian, hàm lượng chất hấp phụ và nồng độ ban đầu, từ đó xác định được điều kiện tối ưu. Thử nghiệm trên mô hình hấp phụ động cho thấy hiệu suất hấp phụ Cr(VI) cao hơn Ni(II), với sự cạnh tranh giữa các ion và ảnh hưởng của các yếu tố động học.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc chế tạo thành công các vật liệu tổ hợp MnFe2O4/BC và MnFe2O4/AC có hiệu suất hấp phụ cao cho cả Cr(VI) và Ni(II), cùng với việc xây dựng phương trình hồi quy để tối ưu hóa quá trình xử lý Ni(II).