NGHIÊN CỨU BIẾN TÍNH QUẶNG LATERIT BẰNG La2O3 VÀ CeO2 ĐỂ XỬ LÝ ASEN VÀ PHOTPHAT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Kỹ thuật môi trường
Luận án tập trung nghiên cứu giải pháp xử lý ô nhiễm asen và photphat trong môi trường nước, đặc biệt là nước ngầm, đang ngày càng trở thành vấn đề cấp thiết ảnh hưởng đến sức khỏe con người và chất lượng nguồn nước tại Việt Nam. Trong bối cảnh nguồn nước ngầm ở nhiều tỉnh thành bị ô nhiễm asen vượt tiêu chuẩn và nồng độ photphat có xu hướng gia tăng do các hoạt động nhân sinh, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là vô cùng cần thiết.
Nghiên cứu này lựa chọn phương pháp hấp phụ, vốn được đánh giá cao về hiệu quả, tính thân thiện môi trường và sự đa dạng của vật liệu. Đặc biệt, luận án khai thác tiềm năng của các oxit kim loại đất hiếm như lantan (La) và xeri (Ce) ở dạng nano do khả năng xử lý tốt asen và photphat. Để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế và ứng dụng thực tiễn, các vật liệu nano oxit lantan và xeri được biến tính trên nền chất mang laterit, một vật liệu tự nhiên có trữ lượng phong phú và dễ khai thác.
Luận án đã tổng hợp thành công bốn loại vật liệu nano là La2O3, CeO2, La2O3-CeO2 và vật liệu nano La2O3-CeO2 biến tính trên laterit bằng phương pháp sol-gel sử dụng gelatin tiền chất. Các vật liệu này được đặc trưng về cấu trúc, hình thái, kích thước hạt (< 50 nm) và diện tích bề mặt (La2O3: 37,8 m²/g; CeO2: 56,1 m²/g; La2O3-CeO2: 78 m²/g; La2O3-CeO2/laterit: 13,8 m²/g). Khả năng hấp phụ photphat và asen của từng loại vật liệu được khảo sát chi tiết. Vật liệu nano La2O3 đạt dung lượng hấp phụ photphat 210 mg/g và asen 81,47 mg/g. Vật liệu nano CeO2 đạt 152,66 mg/g photphat và 45,07 mg/g asen. Vật liệu nano La2O3-CeO2 đạt 123,74 mg/g photphat và 90,06 mg/g asen. Thời gian cân bằng hấp phụ phổ biến là 90 phút cho photphat và 120 phút cho asen. pH có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng hấp phụ, với dung lượng hấp phụ tăng trong khoảng pH nhất định và giảm khi pH tăng cao hơn.
Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của các ion cạnh tranh như Fe(III), Mn(II), SO42- và Cl-. Kết quả cho thấy Fe(III) và Mn(II) có xu hướng làm tăng dung lượng hấp phụ asen và photphat, trong khi SO42- và Cl- làm giảm dung lượng hấp phụ nhưng không đáng kể hoặc chỉ ở nồng độ cao. Vật liệu nano La2O3-CeO2/laterit được chế tạo với tỉ lệ 3% cho thấy khả năng hấp phụ photphat tối đa 86 mg/g và asen tối đa 39,6 mg/g. Đặc biệt, vật liệu này có khả năng tái sử dụng hiệu quả, với hiệu suất giải hấp asen đạt 97,6% và photphat đạt 80% bằng dung dịch NaCl bão hòa, và có thể sử dụng trên cột lọc từ 6-7 lần. Thử nghiệm trên hệ thống cột với mẫu nước giếng khoan thực tế tại Phủ Lý, Hà Nam đã chứng minh vật liệu có khả năng xử lý tốt, đảm bảo nồng độ asen và photphat đầu ra dưới ngưỡng tiêu chuẩn.