Tiềm năng chế tạo vật liệu geopolymer để xử lý amoni trong môi trường nước tại Việt Nam

Bài viết Tiềm năng chế tạo vật liệu geopolymer để xử lý amoni trong môi trường nước tại Việt Nam được thực hiện nhằm tổng quan (1) khả năng xử lý các chất ô nhiễm và amoni của các vật liệu geopolymer, (2) các nguồn nguyên vật liệu chế tạo geopolymer và ứng dụng của geopolymer tại Việt Nam. Từ đó, nghiên cứu, đánh giá và so sánh khả năng xử lý amoni của vật liệu geopolymer được tạo thành từ tro than bay Phả Lại với các biến tính khác được thực hiện qua thí nghiệm hấp phụ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiềm năng chế tạo vật liệu geopolymer để xử lý amoni trong môi trường nước tại Việt NamKỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ VDoi: 10.15625/vap.2022.0175 TIỀM NĂNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU GEOPOLYMER ĐỂ XỬ LÝ AMONI TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TẠI VIỆT NAM Tạ Thị Hoài 1*, Mai Trọng Nhuận1, Nguyễn Thị Hải1, Nguyễn Thị Hoàng Hà2 0F 1 PTN Trọng điểm Địa môi trường và Ứng phó Biến đổi khí hậu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội 2 Trường Đại học Việt Nhật, Đại học Quốc gia Hà Nội, Lưu Hữu Phước, Nam Từ Liêm, Hà Nội TÓM TẮT Ô nhiễm môi trường là một trong những thách thức trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Chế tạo vậtliệu xử lý chất ô nhiễm được xem là phương pháp thực hiện đơn giản, tiết kiệm, mang lại hiệu quả cao.Geopolymer là vật liệu tạo thành từ các hợp chất aluminosilicat khi phản ứng với các dung dịch hoạt hoákiềm. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tổng quan đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm nói chung,amoni nói riêng bằng các vật liệu geopolymer, tổng quan các hợp chất aluminosilicat cho chế tạo geopolymertại Việt Nam và bước đầu đánh giá, so sánh khả năng loại bỏ amoni của vật liệu geopolymer được tạo thànhtừ tro than bay Phả Lại so với các biến tính khác. Kết quả cho thấy geopolymer có khả năng xử lý hiệu quảcác chất ô nhiễm, đặc biệt dung lượng hấp phụ cực đại amoni sử dụng vật liệu geopolymer tạo thành từmêtacaolanh đạt 74 mg/g. Việt Nam có nguồn nguyên liệu aluminosilicat dồi dào trong chế tạo vật liệugeopolymer, tuy nhiên geopolymer mới được ứng dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng, còn hạn chế trongxử lý ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này cho thấy hiệu suất loại bỏ amoni của geopolymer tạo thành từ trothan bay tăng lên 26 lần so với tro than bay thô và cao hơn 15,5 lần so với tro than bay biến tính HCl. Kếtquả nghiên cứu này khẳng định tiềm năng chế tạo geopolymer tại Việt Nam trong xử lý amoni trong môitrường nước. Từ khóa: Aluminosilicat, amoni, geopolymer, hấp phụ, tro than bay. 1. MỞ ĐẦU Vấn đề ô nhiễm amoni trong môi trường nước gia tăng ở nhiều quốc gia, trong đó có ViệtNam. Amoni (NH4+) là một trong các ion phổ biến có trong nước thải từ các hoạt động sản xuấtnhư chăn nuôi, chế biến thuỷ sản. Nồng độ amoni trong nước thải sau biogas của một cơ sở chănnuôi lợn ở tỉnh Bình Dương ghi nhận là 328-524 mg/L NH4+-N [1]. Amoni trong nước thải, khôngxử lý thải ra trực tiếp môi trường có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng và suy giảm nguồn nướcnước mặt và nước ngầm. Ở phường Hoàng Liệt, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội, nồng độamoni trong nước sinh hoạt tại 10 hộ gia đình có hàm lượng trung bình 8,49-10,96 NH4+-N mg/L,cao hơn 2,8-3,6 lần so với giới hạn cho phép trong QCVN 02: 2009/BYT [2]. Nồng độ amoni trongnước mặt ở các huyện Việt Yên và Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang đã vượt quá 1,7-22,3 lần QCVN 08-MT:2015/BTNMT [3]. Trong các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước, sử dụng các vậtliệu hấp phụ và trao đổi ion là phương pháp dễ thiết kế, thi công, vận hành đơn giản, chi phí tiếtkiệm và mang lại hiệu quả cao [4]. Công nghệ geopolymer là công nghệ chế tạo vật liệu không nung, sản xuất các loại vật liệugeopolymer tạo thành từ quá trình kiềm hóa của một số nguyên liệu có thành phần chính là cácaluminosilicat bằng các tác nhân kiềm như NaOH, KOH, Na2SiO3 tạo ra phản ứng geopolymer hoá* Tác giả liên hệ, địa chỉ email: hoaitt@hus.edu.vn 209Tạ Thị Hoài, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Thị Hải, Nguyễn Thị Hoàng Hà[5]. Vật liệu ban đầu để tạo nên các geopolymer vô cơ là các nguồn nguyên liệu khoáng tự nhiên,nhân tạo giàu thành phần aluminosilicat như tro than bay, mêtacaolanh, kaolanh, zeolite, khoángsét, xỉ lò cao, tro than bay, bùn đỏ hoặc các chất thải công nghiệp khác [6]. Trong đó Si4+ và Al3+nằm trong các cấu trúc tứ diện, có đỉnh là các nguyên tố O2-, tạo nên các thành phần có hoạt tínhhóa học mạnh trong môi trường kiềm tính [7]. Công nghệ geopolymer có ưu điểm thân thiện vớimôi trường, giảm phát thải CO2 và tận dụng các nguồn thải sẵn có. Các vật liệu geopolymer đãđược nghiên cứu ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công trình xây dựng, thay thế xi măng [8], sửdụng để cải tạo đất [9], sản xuất zeolite nhờ vào nguồn silic và nhôm [10] và vật liệu loại bỏ chất ônhiễm [11]. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm tổng quan (1) khả năng xử lý các chất ô nhiễm và amonicủa các vật liệu geopolymer, (2) các nguồn nguyên vật liệu chế tạo geopolymer và ứng dụng củageopolymer tại Việt Nam. Từ đó, nghiên cứu, đánh giá và so sánh khả năng xử lý amoni của vậtliệu geopolymer được tạo thành từ tro than bay Phả Lại với các biến tính khác được thực hiện quathí nghiệm hấp phụ. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU2.1. Chế tạo các vật liệu 4 vật liệu được thực hiện thí nghiệm hấp phụ bao gồm: (1) tro than bay (TB), (2) tro than baybiến tính HCl (TB-HCl), (3) tro than bay biến tính NaOH 2 M (TB-NaOH) và (4) vật liệugeopolymer sử dụng NaOH 10 M (TB-geopolymer). Vật liệu TB-HCl được biến tính bằng axit HCl2 M theo tỉ lệ 9 % (khối lượng/thể tích) khuấy trong vòng 1h ở nhiệt độ 80 oC. Vật liệu TB-NaOHđược hoạt hoá NaOH 2 M, khuấy trong 2 giờ ở nhiệt độ 70 oC và nung ở nhiệt độ 400 oC trong 3giờ. Vật liệu TB-geopolymer được chế tạo từ tro than bay thô trộn lẫn với dung dịch NaOH 10 Mtheo tỉ lệ 40 g chất rắn và 20 mL dung dịch kiềm. Hỗn hợp được bảo quản ở nhiệt độ thường 24 giờsau đó chuyển sang tủ sấy ở nhiệt độ 60 oC trong vòng 24 giờ, sau đó được nghiền nhỏ kích thướcmịn. Các vật liệu sau khi biến tính được rửa bằng nước cất về pH 7 và sấy khô ở nhiệt độ 105 oC,sau đó được bảo quản trong túi zip trước khi tiến hành thí ...