Nghiên cứu xử lý amoni (NH4+ -N) trong nước bằng than sinh học biến tính HNO3

Nội dung của bài viết là đánh giá khả năng xử lý amoni bằng than sinh học sản xuất từ lõi ngô (TSH) và biến tính bằng HNO3. Sử dụng phương pháp hấp phụ theo mẻ và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ HNO3: 2-10M, tỉ lệ (g/ml) của TSH và dung dịch HNO3, pH: 4-10, nồng độ amoni đầu vào C0= 10-60 mg/l, thời gian hấp phụ t=30-210 phút đến khả năng hấp phụ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xử lý amoni (NH4+ -N) trong nước bằng than sinh học biến tính HNO3Nguyễn Thị Tuyết và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ188(12/2): 67 - 71NGHIÊN CỨU XỬ LÝ AMONI ( NH4+ -N) TRONG NƯỚCBẰNG THAN SINH HỌC BIẾN TÍNH HNO3Nguyễn Thị Tuyết1*, Văn Hữu Tập1, Nguyễn Duy Thành21Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái nguyên2Cục Quản lý môi trường y tế - Bộ Y tếTÓM TẮTNội dung của bài báo là đánh giá khả năng xử lý amoni bằng than sinh học sản xuất từ lõi ngô(TSH) và biến tính bằng HNO3. Sử dụng phương pháp hấp phụ theo mẻ và đánh giá ảnh hưởngcủa các yếu tố: nồng độ HNO3: 2-10M, tỉ lệ (g/ml) của TSH và dung dịch HNO3, pH: 4-10, nồngđộ amoni đầu vào C0= 10-60 mg/l, thời gian hấp phụ t=30-210 phút đến khả năng hấp phụ. Cácthí nghiệm được thực hiện ở điều kiện hàm lượng TSH biến tính là 300 mg/25 ml. Kết quả chothấy, HNO3 8M và tỉ lệ 1:5 (g TSH/ml dung dịch HNO3 8M) tạo ra TSH biến tính tốt nhất. Các điềukiện tối ưu xác định được từ thực nghiệm là pH 8, thời gian hấp phụ 150 phút. Với điều kiện này vànồng độ amoni ban đầu 60 mg/l thì dung lượng hấp phụ đạt 18,75 mg/g.Từ khóa: Amoni, Biến tính, HNO3, Lõi ngô, Than sinh họcĐẶT VẤN ĐỀ*Nạn ô nhiễm môi trường nước đang là tháchthức lớn của nhiều nước trên thế giới trong đócó Việt Nam. Trong đó đáng báo động là ônhiệm amoni trong nước ngầm. Nồng độamoni trong nước ngầm ở Hà Nội và các tỉnhHà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hải Dương,Hưng Yên, Thái Bình đều cao hơn nồng độtiêu chuẩn nước sinh hoạt (3 mg/l) khoảng70% đến 80% [1]. Các phương pháp thườngđược sử dụng để xử lý amoni là sinh học, traođổi ion [2], hấp phụ [3], vi sóng [4]...Trong đó, phương pháp hấp phụ thường đượcsử dụng vì phương pháp đơn giản, chi phíthấp [5]. Nhược điểm lớn nhất của phươngpháp là vật liệu hấp phụ thương mại có chiphí cao. Vì thế, xu hướng việc sử dụng vậtliệu hấp phụ được sản xuất từ phế phụ phẩmnông nghiệp đang được tập trung nghiên cứutrong những năm gần đây.Lõi ngô là một trong những nguồn biomassthải lớn ở Việt Nam. Để tăng cường giá trịkinh tế, lõi ngô được tận dụng để tạo ra thansinh học để loại bỏ các chất ô nhiễm trongmôi trường nước [5]. Trong nghiên cứu nàyxử lý amoni trong nguồn nước được thực hiệnbằng than sinh học sản xuất từ lõi ngô và*Tel: 0972 926508, Email: tuyetdhkh@gmail.comđược biến tính bằng HNO3. Mục tiêu củanghiên cứu là đánh giá hiệu quả của vật liệunày đối với hấp phụ amoni thông qua phântích dung lượng hấp phụ.THỰC NGHIỆM VÀ VẬT LIỆU- Đối tượng nghiên cứu: Dung dịch amoni đượcpha từ NH4Cl với nồng độ gốc 100 mg/l.- Vật liệu: Than sinh học được sản xuất từ lõingô theo phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ400oC và được biến tính bằng HNO3 theophương pháp ướt [5]. Than sinh học từ ngôđược ngâm với HNO3 (TSH biến tính) ở các tỉlệ khối lượng than/thể tích HNO3 : 1/1 – 1/7và nồng độ HNO3 thay đổi từ 2M đến 10M.Các thí nghiệm nhằm đánh giá và tìm giá trịbiến tính thích hợp. Các tính chất lý hóa củaTSH ban đầu và TSH biến tính được xác địnhbằng các hệ thống quang phổ tia X phân tánnăng lượng (Hitachi S-4800). Diện tích bềmặt (BET) của TSH ban đầu và TSH biếntính được đo bằng kích thước lỗ và phân tíchdiện tích bề mặt cụ thể (BET, Builder, SSA4300). Số lượng nhóm chức axit bề mặt củathan được đánh giá bằng phương pháp chuẩnđộ Boehm.- Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệmhấp phụ được thực hiện trên máy lắc với tốcđộ 120 vòng/phút. Các thí nghiệm được thựchiện để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của các67Nguyễn Thị Tuyết và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆyếu tố pH: 4-10, nồng độ amoni đầu vào C0=10-60 mg/l, thời gian hấp phụ t=30-210 phútvới tỷ lệ TSH/thể tích dung dịch amoni =300mg/25ml. Kết quả sẽ tìm điều kiện thích hợpcho quá trình hấp phụ đạt tối ưu nhất và đượcđánh giá thông qua dung lượng hâp phụ amoni.- Phương pháp phân tích: Xác định amoni(NH4+) bằng phương pháp lên màu trực tiếpvới thuốc thử Nessler và được so màu ở bướcsóng640nmvớimáyUV-Visspectrophotometer (DR5000, Hach).Hiệu quả hấp phụ amoni được đánh giá thôngqua dung lượng hấp phụ (q, mg/g) được tínhtoán bằng cân bằng chuyển khối q Co Ce)V/W Trong đó, C0 và Ce (mg/l) là nồng độamoni đầu vào và đầu ra, V (l) là thể tíchdung dịch hấp phụ và W (g) là khối lượngthan hấp phụ.KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNTính chất của than sinh học biến tínhẢnh SEM của TSH ban đầu và TSH biến tính(Hình 1) chỉ ra rằng cấu trúc của chúng làkhông đồng nhất. Cấu trúc của TSH biến tínhkhông khác nhiều so với TSH ban đầu. Kếtquả diện tích bề mặt cho thấy sự thay đổi dẫnđến sự gia tăng khối lượng lỗ rỗng trung bình,từ 0,39m3/g đối với TSH ban đầu đến 0,51m3/g đối với TSH biến tính.Dữ liệu trong Bảng 1 cho thấy số lượng nhómchức cacboxylic và lactonic trong TSH biếntính bằng HNO3 gần gấp đôi so với TSH banđầu. Nhóm chức axit trong TSH biến tínhcũng tăng lên đáng kể. Những kết quả này chỉra rằng các nhóm chức hoạt động nhiều hơnđể hấp thụ NH4+-N đã được thể hiện trong188(12/2): 67 - 71TSH biến ...