Tổng quan về tro trấu và khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước của vật liệu chế tạo từ tro trấu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Tổng quan về tro trấu và khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước của vật liệu chế tạo từ tro trấu" trình bày tổng quan các công trình nghiên cứu tro trấu trong hấp phụ xử lý nước và nước thải. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết tại đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tổng quan về tro trấu và khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước của vật liệu chế tạo từ tro trấu

AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 TỔNG QUAN VỀ TRO TRẤU VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ TRONG NƯỚC CỦA VẬT LIỆU CHẾ TẠO TỪ TRO TRẤU Phan Phước Toàn1, Nguyễn Nhật Huy2, Nguyễn Trung Thành1 1 Trường Đại học An Giang, ĐHQG-HCM 2 Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG-HCM Thông tin chung: ABSTRACT Ngày nhận bài: 30/11/2019 Ngày nhận kết quả bình duyệt: In Vietnam, rice husk ash has not only been exploited as a resource but also 07/04/2020 has not been managed by an effectively environmental solution. Meanwhile, Ngày chấp nhận đăng: there are many publications on the utilization of rice husk ash for various 03/2022 applications. This study reviews the literature about the use of rice husk ash Title: as adsorbents for treatment of pollutants in water and wastewater. Review A review of rice husk ash and results showed that rice husk ash with the main content of carbon and as-synthesized adsorbents silicone which are useful for adsorption applications of various aqueous from rice husk ash for contaminants such as organic compounds (i.e., dyes, phenols, and humic applications of water and acids), inorganic compounds (i.e., phosphate, fluoride, and chloride), and wastewater treatments many heavy metal ions (i.e., As, Pb, Zn, Cd, and Hg), indicating that rice Keywords: husk ash is a potential material for applications in water and wastewater Adsorbent, rice husk ash, treatments. modified material, water treatment TÓM TẮT Từ khóa: Ở Việt Nam, tro trấu không những chưa được khai thác như một nguồn tài Chất hấp phụ, tro trấu, vật nguyên mà còn chưa có giải pháp quản lý môi trường hiệu quả. Trong khi liệu biến tính, xử lý nước đó, đã có nhiều nghiên cứu tận dụng tro trấu cho các ứng dụng khác nhau. Bài viết này trình bày tổng quan các công trình nghiên cứu tro trấu trong hấp phụ xử lý nước và nước thải. Kết quả cho thấy tro trấu với thành phần cơ bản là cacbon và silic rất hữu ích cho các ứng dụng hấp phụ đối với nhiều chất ô nhiễm như các hợp chất hữu cơ (thuốc nhuộm, phenol, axit humic), các thành phần vô cơ (phosphate, fluoride, chloride) và nhiều ion kim loại nặng (As, Pb, Zn, Cd, Hg), cho thấy nhiều tiềm năng ứng dụng tro trấu trong xử lý nước và nước thải. 1. GIỚI THIỆU chứa chúng. Đối với các cơ sở xay xát gạo tập Trấu là phần vỏ ngoài bao quanh hạt lúa và được trung, có công suất lớn thì việc quản lý và xử lý tách ra dưới dạng phụ phẩm khi xay xát thành lượng trấu thải ra hàng ngày là một vấn đề khó gạo. Vỏ trấu có kích thước trung bình dài 8-10 khăn thường xuyên phải đối mặt. Theo nghiên cứu mm, rộng 2-3 mm và dày 0,2 mm với khối lượng tổng quan của Chandrasekhar, Satyanarayana, riêng khi nén khoảng 122 kg/m3 (Fang và cs., Pramada, Raghavan và Gupta (2003), hầu hết các 2004). Vì vậy, cần phải tốn khá nhiều diện tích để loại vỏ trấu có thành phần hữu cơ chiếm trên 90% 71
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 khối lượng. Các hợp chất chính ở dạng cellulose nước về sản xuất lúa gạo với sản lượng lúa hàng và lignin có cấu trúc xốp. Những hợp chất này khi năm khoảng 3,8 triệu tấn, chiếm 9% tổng sản cháy chứa chủ yếu là SiO2 và các khí CO2, CO lượng lúa cả nước và đã góp phần đáng kể cùng thải vào môi trường. Ngoài ra, trấu có giá trị dinh các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) dưỡng rất thấp và mất rất nhiều thời gian để phân đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và xuất hủy nên cũng không thích hợp để sản xuất phân khẩu. Năm 2017, sản lượng lúa của tỉnh An Giang compost. là 3,879 triệu tấn. Cùng với đó, ngành công Một trong các phương pháp xử lý phổ biến nhất nghiệp chế biến lúa gạo trên địa bàn tỉnh cũng hiện nay là đốt trấu để giảm khối lượng và thể tích phát triển mạnh mẽ với hàng trăm doanh nghiệp của nó, đồng thời có thể tận dụng được lượng chế biến và cơ sở xay xát, thải ra lượng trấu nhiệt tỏa ra trong quá trình đốt trấu để phục vụ khoảng 775,8 nghìn tấn/năm (Tổng cục thống kê, cho các ngành công nghiệp như nung gạch, sấy 2018). Theo kết quả nghiên cứu gần đây về hiện nông sản,... Theo Mehta và Monteiro (2013), hàm trạng phát sinh, quản lý, xử lý và nhận thức của lượng trấu chiếm khoảng 20% hạt lúa và khi đốt các cơ sở sản xuất và cộng đồng đối với vấn đề trấu tạo thành một lượng tro khoảng 20% khối phát thải tro trấu tại tỉnh An Giang (Nguyen lượng trấu ban đầu. Như vậy, ước tính khi xay xát Trung Thanh, Nguyen Hong Nhat, Nguyen Thi mỗi tấn lúa sẽ thải ra 200 kg trấu và khi đốt sẽ còn Quynh Anh, Phan Phuoc Toan & Nguyen Nhat lại khoảng 40 kg tro (hay than trấu). Tuy nhiên, Huy, 2019a) đã cho thấy trung bình mỗi cơ sở đây chỉ là số liệu trung bình vì hàm lượng trấu phát sinh 862,4 tấn tro trấu/năm với khoảng phân trong lúa và hàm lượng tro trong trấu dao động nửa trong số đó được tái sử dụng, 56,3% xử lý trong một phạm vi khá lớn, phụ thuộc vào nhiều bằng cách chôn lấp; 1,6% đến 6,3% xử lý bằng yếu tố như giống lúa, chất lượng đất, phân bón, cách đổ bỏ. Hầu hết những người được phỏng vấn thời vụ, khí hậu,...(Mehta & Monteiro, 2013). biết việc phát thải tro trấu có ảnh hưởng đến chất lượng môi trường, tuy nhiên chỉ có 2% hộ nhận Những năm gần đây, ngành nông nghiệp trồng lúa thức được tro trấu có thể tái sử dụng cho các mục trên thế giới đã có những phát triển vượt bậc. Việt đích khác. Nam là một nước có thế mạnh về chuyên canh, chế biến và xuất khẩu lúa gạo với tổng sản lượng Như vậy, có thể thấy việc nghiên cứu tận dụng bình quân là 44 triệu tấn lúa trong giai đoạn 2013 hiệu quả tro trấu vẫn đang là vấn đề rất cần thiết - 2017 và đạt mức 42,7 triệu tấn lúa trong năm hiện nay. Báo cáo tổng quan này trình bày tóm 2017 (Tổng cục thống kê, 2018). Nếu sử dụng các lược (i) các ứng dụng của tro trấu từ trước đến số liệu trung bình về hàm lượng trấu và tro trấu nay, (ii) các thành phần, đặc tính của tro trấu và theo Mehta và Monteiro (2013) để tính toán thì (iii) khả năng hấp phụ của tro trấu cũng như các lượng vỏ trấu (Hình 1-a) và tro trấu (Hình 1-b) vật liệu chế tạo từ tro trấu đối với các thành phần ước tính phát sinh trong cả nước năm 2017 sẽ ô nhiễm hữu cơ và vô cơ trong xử lý nước và tương ứng là 8,54 và 1,708 triệu tấn. Cụ thể hơn, nước thải. An Giang là một trong những tỉnh đứng đầu cả 72
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 Hình 1. (a) Vỏ trấu và (b) tro trấu (Phan Phước Toàn, 2018) 2. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA TRO TRẤU thì vật liệu này có thể làm đất tơi xốp lại, xét cả về Trên thế giới việc tận dụng tro trấu đã được hiệu quả ngắn và dài hạn (Hoàng Xuân Phương, nghiên cứu từ đầu những năm 1970. Đến nay, tro 2009). Trong ngành xây dựng, tro trấu cũng được trấu được ứng dụng rất nhiều vào các lĩnh vực dùng làm phụ gia cho vữa xây dựng thay thế cho như: công nghiệp sản xuất thép để sản xuất các silicafume (một chất phụ gia của vữa tự chảy loại thép tấm chất lượng cao, hay công nghiệp sản dùng trong xây dựng, được nhập khẩu từ một số xuất các vật liệu bảo ôn (Pode, 2016). Ngoài ra, nước trên thế giới như: Thụy Điển, Australia và do có hàm lượng SiO2 khá cao (ở dạng vi hạt) nên châu Phi), vì trong tro trấu với thành phần chủ yếu tro trấu còn được dùng trong ngành sản xuất vật là silic ở dạng vô định hình có hoạt tính cao làm liệu xây dựng như làm chất phụ gia trong các loại cho cường độ của vữa tự chảy luôn cao hơn so với xi măng hỗn hợp, gạch chịu lửa, công nghệ bán vữa dùng silicafume (Nguyễn Văn Tuấn và cs., dẫn,... (Muthadhi, Anitha & Kothandaraman, 2012). Bên cạnh đó, tro trấu cũng đã được nghiên 2007; Singh, 2018). Bên cạnh đó, các nhà khoa cứu và ứng dụng vào các lĩnh vực như sản xuất xi học trên thế giới cũng đang nghiên cứu sử dụng măng, vật liệu xây dựng nhẹ,... (Nguyễn Văn tro trấu để làm chất hấp phụ hay sản xuất oxit silic Chánh, Phan Xuân Hoàng & Phùng Văn Lự, trong ngành hóa học để ứng dụng vào nhiều lĩnh 2000). Tuy nhiên, theo khảo sát thực tế lượng tro vực khác nhau (Ahmaruzzaman & Gupta, 2011; trấu được tận dụng ở ĐBSCL nói riêng và ở nước Lima và cs., 2011). ta nói chung vẫn còn rất ít. Chính vì chưa có nhiều giải pháp xử lý hay tận dụng hiệu quả nên Trong khi đó ở Việt Nam hiện nay, tro trấu cũng phần lớn lượng tro trấu này đã được thải đổ trực đang được ứng dụng vào một số lĩnh vực nhưng tiếp vào môi trường gây ra một số vấn đề ô nhiễm vẫn còn nhiều hạn chế. Trong nông nghiệp, than nhất là cho nguồn nước và các nguồn lợi gắn liền nhiệt phân từ trấu có khả năng cải tạo đất tốt, vì với nguồn nước. có cấu trúc xốp nên đối với đất bạc màu chai cứng 3. THÀNH PHẦN, ĐẶC TÍNH CỦA TRO Al2O3, Fe2O3, K2O, Na2O, CaO và MgO (Bảng 1). TRẤU Thành phần này thường dao động khác nhau phụ Thành phần hóa học của trấu và tro trấu đã được thuộc vào nhiều yếu tố như giống lúa, điều kiện đề cập trong khá nhiều công trình nghiên cứu địa lý, tưới tiêu, phân bón, khí hậu, thỗ nhưỡng, trước đây (Ahmaruzzaman & Gupta, 2011). Tro mùa vụ,… (Ahmaruzzaman & Gupta, 2011). trấu thường bao gồm các thành phần như SiO2, 73
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 Bảng 1. Thành phần hóa học của tro trấu % khối lượng Thành phần (Bondioli, Andreola, (Rukzon, Chindaprasirt (Feng, Yamamichi, Barbieri, Manfredini & & Mahachai, 2009) Shoya & Sugita, 2004) Ferrari, 2007) SiO2 92,0 81,09 92,4 Al2O3 0,29 0,05 0,30 Fe2O3 0,10 0,14 0,40 CaO 1,28 1,07 0,70 MgO 0,37 0,75 0,30 Na2O 0,05 - 0,07 K2O 2,19 1,39 2,54 SO3 0,94 1,45 - LOI 3,43 8,73 2,31 (loss on ignition) Theo nghiên cứu của Trịnh Văn Dũng (2006), còn lại hoàn toàn trong tro trấu sau khi đốt ở 800 hiệu suất thu hoạch tro trấu khi đốt trấu ở 800 oC oC. Ví dụ khi đốt 100 g trấu thì thu được 22 g tro, là 22% (Bảng 2). Trong trấu, carbon là thành phần trong đó có 10 g là SiO2 (chiếm khoảng 42%), 11 giữ yếu tố quan trọng (chiếm đến 54,7%). Lượng g là carbon (chiếm khoảng 45%), 1 g còn lại là độ SiO2 ban đầu trong trấu chiếm khoảng 10,1% sẽ ẩm, oxy và các nguyên tố khác. Bảng 2. Thành phần hóa học của trấu và tro trấu (Trịnh Văn Dũng, 2006) Mẫu tro trấu thu được khi đốt ở 800 oC, hiệu Tên các thành phần Mẫu trấu suất thu hoạch 22% Độ ẩm, % 9,5 8,0 Hàm lượng SiO2, % 10,1 41,9 Hàm lượng C, % 54,7 45,0 Hàm lượng H, % 9,2 - Hàm lượng O, % 8,3 - Hàm lượng N, % < 0,1 - Hàm lượng S, % < 0,1 - Từ số liệu Bảng 2 cho thấy, khi nung trấu ở nhiệt Trong nghiên cứu đã công bố trước đây (Phan độ 800 oC thì tỷ lệ carbon trong tro trấu thay đổi Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành & Ngô Thụy rất ít so với ban đầu và đây chính là yếu tố quan Diễm Trang, 2016), đặc trưng thành phần hóa học trọng quyết định cấu trúc và diện tích bề mặt riêng bề mặt và cấu trúc của tro trấu thô và tro trấu sau của tro trấu. khi hoạt hóa (bằng axit HF) được xác định thông qua kỹ thuật quang phổ hồng ngoại (FTIR) và phổ nhiễu xạ tia X (XRD) được thể hiện trong Hình 3. 74
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 (b) (a) Hình 3. (a) Phổ FTIR và (b) XRD của tro trấu thô (FRHA) và tro trấu sau hoạt hóa (ARHA) (Phan Phước Toàn và cs., 2016) Kết quả FTIR (Hình 3-a) cho thấy tro trấu sau quá giống với các kết quả trước đây khi nghiên cứu về trình hoạt hóa có thành phần hóa học đơn giản than hoạt tính (Zhang, Lastra & Malhotra, 1996). gồm các peak dao động của Si-H (520-800 cm-1); Ngoài ra, kết quả nghiên cứu (Phan Phước Toàn Si-O-Si (1080 cm-1); C=C (1600 cm-1); C=O và cs., 2016) còn cho thấy bề mặt ARHA có cấu (1730 cm-1); C-H (2930cm-1) và -OH (3400 cm-1). tạo gồ ghề và tồn tại nhiều lỗ xốp có kích thước Phổ nhiễu xạ tia X (Hình 3-b) ghi nhận cấu trúc khá đồng đều như ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của tro trấu sau khi hoạt hóa ở dạng vô định hình (Hình 4). Ngoài ra, diện tích bề mặt riêng của với kích thước hạt rất nhỏ so với tro trấu ban đầu. ARHA đạt 410 m2/g tăng lên rất cao so với mẫu Thêm vào đó, phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của tro thô chỉ đạt 16 m2/g. Cấu tạo bề mặt của ARHA ARHA có đặc trưng peak ở khoảng 2 theta (2θ) - như vậy được cho là rất hữu ích trong vai trò làm 25o, đây là nhiễu xạ của carbon. Kết quả này rất chất mang hoặc chất hấp phụ. Hình 4. Ảnh SEM của tro trấu thô (A) và tro trấu sau hoạt hóa (B) (Phan Phước Toàn và cs., 2016) 4. KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CÁC CHẤT Ô loại thuốc nhuộm, hợp chất phenol, thuốc trừ sâu, NHIỄM HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ TRONG các anion vô cơ, hợp chất hữu cơ và các ion kim NƯỚC CỦA TRO TRẤU VÀ VẬT LIỆU loại nặng,… HẤP PHỤ CHẾ TẠO TỪ TRO TRẤU 4.1 Hấp phụ các thành phần hữu cơ Từ các công trình nghiên cứu đã công bố trong và Oseke, Isa, Galadima và Ameh (2018) đã chế tạo ngoài nước có thể thấy rằng tro trấu là vật liệu rất chất hấp phụ chitosan-tro trấu để loại bỏ dầu thô có tiềm năng để hấp phụ nhiều thành phần ô từ nguồn nước ô nhiễm. Kết quả nghiên cứu cho nhiễm khác nhau trong nước và nước thải như các 75
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 thấy khả năng hấp phụ của composite này đạt Đặng Thị Thanh Lê, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn 20,66 g/g ở các điều kiện tối ưu với tỷ lệ trọng Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị và Trần Hữu Bằng lượng chitosan/silica là 0,9, thời gian tiếp xúc là 5 (2015) đã điều chế vật liệu nano SiO2 cấu trúc xốp phút và tỷ lệ thể tích dầu/nước là 0,25. Các mô từ tro trấu để hấp phụ methylene blue trong nước. hình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich và Temkin Quá trình điều chế được thực hiện bằng cách sử cũng được nghiên cứu cho thấy mô hình phù hợp dụng NaOH cho phản ứng với silica trong tro trấu nhất là Temkin với R2 = 0,9999. Khả năng hấp tạo thành dung dịch sodium silicate và sau đó phụ của vật liệu từ các mô hình đẳng nhiệt thu được kết tủa bằng cách thêm dung dịch HCl cho được là 18,85 g/g. Nhiệt hấp phụ bT (kJ.mol-1) ghi đến khi đạt pH ∼ 3. Kết quả cho thấy vật liệu SiO2 nhận từ mô hình Temkin là -48,67 kJ/mol nói lên có ái lực hấp phụ vật lý mạnh đối với methylene bản chất hấp phụ lý học của vật liệu với dầu thô. blue (qmax = 20,41 mg/g và hiệu suất hấp phụ lớn Nghiên cứu động học cũng chỉ ra mô hình động hơn 90% ở nồng độ đầu vào là 40 mg/L). học bậc 2 biểu kiến là thích hợp nhất để mô tả quá Lakshmi, Srivastava, Mall và Lataye (2009) đã trình loại bỏ dầu thô bởi composite chitosan-tro nghiên cứu đặc tính hấp phụ thuốc nhuộm Indigo trấu với giá trị R2 = 0,9999. Carmine trong dung dịch nước giả thải trên tro Sundari và cs. (2018) đã nghiên cứu trích ly silica trấu. Các điều kiện tối ưu được xác định ở pH = từ tro trấu để tổng hợp zeolite L và sử dụng như là 5,4, thời gian hấp phụ cân bằng 8 giờ và liều chất hấp phụ methylene blue. Quá trình thu hồi lượng chất hấp phụ 10 g/L. Động học hấp phụ silica được thực hiện bằng cách sử dụng NaOH và tuân theo mô hình bậc 2 và quá trình hấp phụ tổng hợp zeolite L bằng phương pháp thủy nhiệt Indigo Carmine trên tro trấu có bản chất thu nhiệt. với tỷ lệ mol 10 SiO2: Al2O3: 4 K2O: 100 H2O ở Số liệu thực nghiệm phù hợp với mô hình đẳng 170 oC trong 24 giờ. Kết quả nghiên cứu quá trình nhiệt Freundlich và Redlich-Peterson. Khả năng hấp phụ methylene blue trong dung dịch nước giả hấp phụ Indigo Carmine của tro trấu đạt được thải cho thấy bản chất vật lý của vật liệu tuân theo 29,3, 33,5, 40,3 và 65,9 mg/g ở nhiệt độ 293, 303, mô hình động học bậc 2 biểu kiến với khả năng 313 và 323 K. Giá trị âm của ∆Go ngụ ý đây là hấp phụ đạt 1,66 - 1,90 mg/g. Cơ chế hấp phụ dựa dạng hấp phụ tự phát của Indigo Carmine trên tro theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich với bề mặt trấu. chất hấp phụ không đồng nhất và xảy ra hấp phụ Mahvi, Maleki và Eslami (2004) đã đánh giá tiềm thuận nghịch. năng của trấu và tro trấu để loại bỏ phenol trong Trong nghiên cứu của Phan Phước Toàn và cs. môi trường nước. Cân bằng hấp phụ của các vật (2016), tro trấu thải thu từ các lò đốt gạch thủ liệu đạt được sau 6 giờ với nồng độ phenol 150- công được xử lý bề mặt (hoạt hóa) bằng phương 500 µg/L và 3 giờ đối với nồng độ 500-1300 pháp ăn mòn hóa học với axit flohidric (HF). Kết µg/L. Các số liệu thực nghiệm trong vùng nồng quả nghiên cứu cho thấy vật liệu tro trấu sau khi độ khảo sát đều khớp với mô hình Freundlich và hoạt hóa (ARHA) có diện tích bề mặt riêng tăng tro trấu có hiệu quả loại bỏ phenol (0,886 mg/g) cao (~ 410 m2/g) so với mẫu tro trấu ban đầu (~ cao hơn so với trấu (0,0022 mg/g). Nghiên cứu 16 m2/g). Vật liệu ARHA này được sử dụng để cho rằng tro trấu có thể được xem là vật liệu hấp hấp phụ methyl da cam trong dung dịch nước giả phụ hiệu quả đối với phenol trong xử lý nước và thải cho thời gian đạt cân bằng hấp phụ khá nhanh nước thải. (~ 15 phút) và dung lượng hấp phụ đạt ~ 33,5 Chowdhury Anirban, Sarkar Anupam và mg/g, cao hơn ~ 1,7 lần so với than hoạt tính Bandyopadhyay (2009) đã nghiên cứu sử dụng tro trong cùng điều kiện thí nghiệm. trấu như là chất hấp phụ rẻ tiền trong việc loại bỏ màu từ dung dịch metyl xanh và congo đỏ. Các 76
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 thông số ảnh hưởng như nồng độ phẩm nhuộm trung tính cho thấy 02 vật liệu này có khả năng đầu vào, liều lượng chất hấp phụ, thời gian tiếp hấp phụ metylen xanh tốt hơn so với các chất hấp xúc đã được khảo sát. Kết quả cho thấy khả năng phụ khác bao gồm một số phế phẩm nông nghiệp xử lý màu của tro trấu là rất tốt, đạt 99,9% đối với và công nghiệp, các vật liệu vô cơ và chất hấp phụ metylen xanh và 98,8% đối với congo đỏ. sinh học. Sharma, Kaur, Baskar và Chung (2010) đã nghiên Khả năng hấp phụ một số thành phần hữu cơ của cứu khả năng sử dụng vỏ trấu và tro trấu để loại tro trấu và vật liệu hấp phụ chế tạo từ tro trấu bỏ metylen xanh từ nước thải trong điều kiện pH được tóm lược trong Bảng 3. Bảng 3. Khả năng hấp phụ các chất hữu cơ của tro trấu và vật liệu chế tạo từ tro trấu Chất bị hấp Khả năng hấp TT Chất hấp phụ Tham khảo phụ phụ (mg/g) 1 Chitosan-RHA composite Crude oil 20.660 (Oseke và cs., 2018) 2 Zeolite L using RHA silica Methylene blue 1,66 - 1,90 (Sundari và cs., 2018) 3 Mesoporous silica Methylene blue 20,41 (Đặng Thị Thanh Lê và cs., nanoparticles from RHA 2015) 4 ARHA Metyl Orange 33,5 (Phan Phước Toàn và cs., 2016) 5 RHA Indigo Carmine 33,5 (Lakshmi và cs., 2009) 6 RHA Brilliant Green 26,2 (Mane, Deo Mall & Chandra Srivastava, 2007) 7 RHA Congo Red 171,0 (Chou, Tsai & Lo, 2001) 8 RHA Phenol 0,886 (Mahvi và cs., 2004) 9 ARHA Phenol 27,58 (Kalderis và cs., 2008) 10 ARHA Humic acid 21,0 - 45,0 (Daifullah, Girgis & Gad, 2004) 11 RHA-NH2 Humic acid 8,2 (Imyim & Prapalimrungsi, 2010) 12 RHA Pyridine 11,72 (D. H. Lataye, Mishra & Mall, 2008) 13 RHA α-picoline 15,46 (Dilip Hiradram Lataye, Mishra & Mall, 2009) 4.2 Hấp phụ các thành phần vô cơ Rất nhiều báo cáo nghiên cứu cho rằng tro trấu có Ngoài khả năng hấp phụ các thành phần hữu cơ, những đặc tính hấp phụ rất tốt và có thể được sử tro trấu và vật liệu chế tạo từ tro trấu cũng đã dụng để hấp phụ nhiều ion kim loại nặng khác được nghiên cứu loại bỏ các thành phần vô cơ nhau từ nước thải. Chẳng hạn như, Naiya, trong môi trường nước như phosphate, fluoride, Bhattacharya, Mandal và Das (2009) đã báo cáo chloride và nhiều ion kim loại nặng khác nhau,… khả năng hấp phụ ion Pb (II) trên tro trấu. Các Khả năng hấp phụ các thành phần này được tóm điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ được ghi tắt trong Bảng 4. nhận ở pH 5, liều lượng chất hấp phụ 5 g/L và thời gian đạt cân bằng là 1 giờ. Khả năng hấp phụ 77
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 của tro trấu đối với ion Pb (II) là 91,74 mg/g. nhiệt Langmuir và mô hình động học bậc 2 được Trong khi đó, kết quả nghiên cứu của El-Said, cho là phù hợp nhất để mô tả quá trình hấp phụ Badawy, Abdel-Aal và Garamon (2011) cho thấy phosphate trên vật liệu này. Khả năng hấp phụ tối khả năng và tốc độ hấp phụ của tro trấu đối với đa tính theo Langmuir là 0,736 mg/g. Các thông ion Zn (II) cao và nhanh hơn so với khi hấp phụ số nhiệt động học (∆G, ∆H và ∆S) cho thấy quá Se (IV). Khả năng hấp phụ của tro trấu đối với Zn trình hấp phụ phosphate trên vật liệu này mang (II) và Se (IV) lần lượt đạt 9,588 và 2,007 mg/g. bản chất tỏa nhiệt và tự diễn ra. Gần đây, một nhóm nghiên cứu cũng đã điều chế Ganvir và Das (2011) đã phát triển một vật liệu thành công các vật liệu nano oxit sắt và mangan khử flouride mới, hiệu quả với chi phí thấp khi trên chất mang tro trấu hoạt hóa cho thấy khả biến tính bề mặt tro trấu bằng cách phủ nhôm năng hấp phụ tốt đối với asen, đạt từ 0,35 - 0,47 hydroxide. Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu mg/g (Nguyễn Trung Thành, 2015; 2017). Ngoài có hiệu quả loại bỏ flouride tốt, khả năng hấp phụ ra, Youssef, Hagag và Ali (2018) đã chế tạo một flouride đạt 15,08 mg/g, trong khi nghiên cứu hấp composite có nguồn gốc từ tro trấu kết hợp với phụ dạng cột đạt 9,5 mg/g. Số liệu thực nghiệm oxit nhôm để hấp phụ chọn lọc đối với uranium tuân theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich chứng tỏ đạt 85 mg/g ở pH 5 và cân bằng hấp phụ sau 1 đây là quá trình hấp phụ đa lớp. giờ. Trong một công bố mới đây của Nguyen Trung Bên cạnh các ion kim loại nặng trong nước thải, Thanh, Surapol Padungthon và Nguyen Nhat Huy một số anion vô cơ (như phosphate, flouride, (2019b), vật liệu tro trấu sau khi hoạt hóa với axit chloride, boron,…) cũng thường tồn tại trong HF tiếp tục được sử dụng làm chất mang để gắn nước và có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe con các hạt nano bạc (Ag) lên bề mặt bằng phương người. Mor, Chhoden và Ravindra (2016) đã chế pháp kết tủa với tiền chất là AgNO3 và NaBH4 tạo tro trấu hoạt hóa bằng cách đốt vỏ trấu ở nhiệt làm chất khử. Vật liệu Ag/ARHA này được sử độ 500 oC trong 2 giờ sau đó ngâm trong dung dụng làm chất hấp phụ ion chloride và đạt dung dịch HCl (1N) khoảng 24 giờ, vật liệu được rửa lượng hấp phụ khá ấn tượng ∼ 7,9 mgCl-/gAg với sạch bằng nước cất đến pH trung tính trước khi độ bền tốt (có thể tái sinh ít nhất 10 lần). Khả sấy khô ở 110 oC trong 24 giờ tiếp theo. Kết quả năng hấp phụ ion chloride cao của vật liệu này thử nghiệm đối với phosphate cho thấy, vật liệu được cho là do tương tác mạnh của chất mang đã loại bỏ được 89% phosphate ở pH 6 với liều ARHA và Ag cũng như quá trình hấp phụ hóa học lượng 2 g/L sau thời gian tiếp xúc 120 phút, nồng của chloride lên bề mặt các hạt nano bạc trên nền độ phosphate ban đầu là 10 ppm. Mô hình đẳng chất mang ARHA với bề mặt riêng cao. Bảng 4. Khả năng hấp phụ các chất vô cơ của tro trấu và vật liệu chế tạo từ tro trấu Chất bị hấp Khả năng hấp TT Chất hấp phụ Tham khảo phụ phụ (mg/g) 1 RHA Pb (II) 91,74 (Naiya và cs., 2009) 2 RHA Zn (II) 9,588 (El-Said và cs., 2011) 3 RHA Se (IV) 2,007 (El-Said và cs., 2011) 4 RHA Ni (II) 25,33 (Srivastava, Mall & Mishra, 2007) 5 RHA Cd (II) 25,27 (Srivastava và cs., 2007) 78
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 Chất bị hấp Khả năng hấp TT Chất hấp phụ Tham khảo phụ phụ (mg/g) 6 RHA Hg (II) 46,14 (Tiwari, Singh & Saksena, 1995) 7 FexOy/ARHA Asen 0,42 (Nguyễn Trung Thành & Phan Phước Toàn, 2017) 8 MnOx/ARHA Asen 0,35 (Nguyễn Trung Thành, 2015) 9 Fe7Mn3Oy/ARHA Asen 0,47 (Nguyễn Trung Thành, 2015) 10 ARHA (HF 10%) Asen 0,16 (Nguyễn Trung Thành, 2015) 11 RHA-aluminium composite Uranium 85,0 (Youssef và cs., 2018) 12 Aluminum hydroxide coated Flouride 15,08 (Ganvir & Das, 2011) RHA 13 Ag/ARHA Chloride 7,9 (Nguyen Trung Thanh và cs., 2019b) 14 ARHA (HCl 1N) Phosphate 0,736 (Mor và cs., 2016) 15 ARHA (HF 10%) Phosphate 0,3 (Nguyễn Trung Thành, Phan Phước Toàn, Lê Trí Thích & Lê Ngọc Hăng, 2017) 16 FexOy/ARHA Phosphate 3,105 (Nguyễn Trung Thành và cs., 2017) 5. KẾT LUẬN hoạt tính trong lĩnh vực xử lý nước. Do đó, việc Việc tận dụng tro trấu làm nguyên liệu để chế tạo tiếp tục nghiên cứu mở rộng, triển khai sản xuất các vật liệu có khả năng hấp phụ đa dạng các và ứng dụng thực tế các vật liệu chế tạo từ tro trấu thành phần ô nhiễm trong môi trường nước đã là điều cần thiết./. được nghiên cứu khá nhiều và đạt được các kết LỜI CẢM ƠN quả rất đáng mong đợi. Tro trấu sau khi xử lý bề Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia mặt có những đặc trưng rất phù hợp để làm chất Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong hấp phụ hữu cơ như các loại thuốc nhuộm, khuôn khổ Đề tài mã số A2020-16-01. phenol, axit humic,… đồng thời có thể làm chất TÀI LIỆU THAM KHẢO mang cho các kim loại/oxit kim loại để tăng cường khả năng hấp phụ các thành phần vô cơ Ahmaruzzaman, M., & V. K. Gupta. (2011). Rice trong nước như ion phosphate, fluoride, chloride husk and its ash as low-cost adsorbents in và nhiều ion kim loại nặng khác nhau,… Tóm lại, water and wastewater treatment. Industrial & các vật liệu chế tạo từ tro trấu có thể được đánh Engineering Chemistry Research, 50(24), giá là một dạng vật liệu mới, rất có tiềm năng để 13589-13613. cạnh tranh với các vật liệu thương mại như than 79
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 Bondioli, F., F. Andreola, L. Barbieri, T. combustion in a circulating fluidized bed. Fuel Manfredini, & A. M. Ferrari. (2007). Effect of processing technology, 85(11), 1273-1282. rice husk ash (RHA) in the synthesis of Feng, Q., H. Yamamichi, M. Shoya, & S. Sugita. (Pr,Zr)SiO4 ceramic pigment. Journal of the (2004). Study on the pozzolanic properties of European Ceramic Society, 27(12), 3483- rice husk ash by hydrochloric acid 3488. pretreatment. Cement and Concrete Research, Chandrasekhar, S., K. Satyanarayana, P. Pramada, 34(3), 521-526. P. Raghavan, & T. Gupta. (2003). Review Ganvir, V., & K. Das. (2011). Removal of processing, properties and applications of fluoride from drinking water using aluminum reactive silica from rice husk—an overview. hydroxide coated rice husk ash. Journal of Journal of materials science, 38(15), 3159- Hazardous Materials, 185(2), 1287-1294. 3168. Hoàng Xuân Phương. (Ngày 01 tháng 6, 2009). Chou, K. S., J. C. Tsai, & C. T. Lo. (2001). The Biochar vỏ trấu cải tạo đất. Nông nghiệp Việt adsorption of Congo red and vacuum pump oil Nam. https://nongnghiep.vn/biochar-vo-trau- by rice hull ash. Bioresource Technology, cai-tao-dat-d34016. 78(2), 217-219. Imyim, A., & E. Prapalimrungsi. (2010). Humic Chowdhury Anirban, K., D. Sarkar Anupam, & A. acids removal from water by aminopropyl Bandyopadhyay. (2009). Rice husk ash as a functionalized rice husk ash. Journal of low cost adsorbent for the removal of Hazardous Materials, 184(1), 775-781. methylene blue and congo red in aqueous Kalderis, D., D. Koutoulakis, P. Paraskeva, E. phases. CLEAN – Soil, Air, Water, 37(7), 581- Diamadopoulos, E. Otal, J. O. d. Valle, & C. 591. Fernández-Pereira. (2008). Adsorption of Daifullah, A. A. M., B. S. Girgis, & H. M. H. polluting substances on activated carbons Gad. (2004). A study of the factors affecting prepared from rice husk and sugarcane the removal of humic acid by activated carbon bagasse. Chemical Engineering Journal, prepared from biomass material. Colloids and 144(1), 42-50. Surfaces A: Physicochemical and Engineering Lakshmi, U. R., V. C. Srivastava, I. D. Mall, & D. Aspects, 235(1), 1-10. H. Lataye. (2009). Rice husk ash as an Đặng Thị Thanh Lê, Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn effective adsorbent: Evaluation of adsorptive Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, & Trần Hữu characteristics for Indigo Carmine dye. Bằng. (2015). Điều chế vật liệu nano SiO2 cấu Journal of Environmental Management, 90(2), trúc xốp từ tro trấu để hấp phụ xanh metylen 710-720. trong nước. Vietnam Journal of Chemistry, Lataye, D. H., I. M. Mishra, & I. D. Mall. (2008). 53(4), 491-496. Pyridine sorption from aqueous solution by El-Said, A. G., N. A. Badawy, A. Y. Abdel-Aal, rice husk ash (RHA) and granular activated & S. E. J. I. Garamon. (2011). Optimization carbon (GAC): Parametric, kinetic, parameters for adsorption and desorption of Zn equilibrium and thermodynamic aspects. (II) and Se (IV) using rice husk ash: kinetics Journal of Hazardous Materials, 154(1), 858- and equilibrium. Ionics, 17(3), 263-270. 870. Fang, M., L. Yang, G. Chen, Z. Shi, Z. Luo, & K. Lataye, D. H., I. M. Mishra, & I. D. Mall. (2009). Cen. (2004). Experimental study on rice husk Adsorption of α-picoline onto rice husk ash and granular activated carbon from aqueous 80
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 solution: Equilibrium and thermodynamic in South-East Asia, The institutional repository study. Chemical Engineering Journal, 147(2), of the Technical Universität Berlin, Ho Chi 139-149. Minh City. Lima, S. P. B. d., R. P. d. Vasconcelos, O. A. Nguyen Trung Thanh., Surapol Padungthon., & Paiva, G. C. Cordeiro, M. R. d. M. Chaves, R. Nguyen Nhat Huy. (2019b). Activated rice D. Toledo Filho, & E. d. M. R. Fairbairn. husk ash-supported silver nanoparticles as a (2011). Production of silica gel from residual novel adsorbent toward chloride removal. rice husk ash. Química Nova, 34(1), 71-75. Desalination and Water Treatment, 160, 308- Mahvi, A., A. Maleki, & A. Eslami. (2004). 315. Potential of rice husk and rice husk ash for Nguyễn Trung Thành. (2015). Tổng hợp vật liệu phenol removal in aqueous systems. American FexMnyOz/tro trấu với hàm lượng sắt tẩm cao Journal of Applied Sciences, 4(1), 321-326. hấp phụ asen trong nước ngầm. Tạp chí khoa Mane, V. S., I. Deo Mall, & V. Chandra học Trường Đại học Cần Thơ, 37, 16-24. Srivastava. (2007). Kinetic and equilibrium Nguyễn Trung Thành., & Phan Phước Toàn. isotherm studies for the adsorptive removal of (2017). Tổng hợp vật liệu FexOy/tro trấu và vai Brilliant Green dye from aqueous solution by trò của chất mang trong hấp phụ asen từ nước rice husk ash. Journal of environmental ngầm. Tạp chí khoa học Đại học Sài Gòn, management, 84(4), 390-400. 24(49), 121-128. Mehta, P., & P. Monteiro. (2013). Concrete: Nguyễn Trung Thành., Phan Phước Toàn., Lê Trí Structure, Properties, and Materials (4th ed.). Thích., & Lê Ngọc Hăng. (2017). Tổng hợp và New York, NY: McGraw-Hill Education. khả năng hấp phụ phốt phát của vật liệu Mor, S., K. Chhoden., & K. Ravindra. (2016). FexOy/tro trấu. Tạp chí khoa học Đại học An Application of agro-waste rice husk ash for the Giang, 15(3), 61-69. removal of phosphate from the wastewater. Nguyễn Văn Chánh., Phan Xuân Hoàng., & Journal of Cleaner Production, 129, 673-680. Phùng Văn Lự. (2000). Bê tông nhẹ trên cơ sở Muthadhi, A., R. Anitha, & S. Kothandaraman. chất kết dính xi măng tro trấu-cốt sợi-xơ dừa. (2007). Rice husk ash - Properties and its uses: Bài viết được trình bày tại Hội nghị Khoa học A review. Journal of the Institution of và Công nghệ lần thứ 7, Trường Đại học Bách Engineers. India. Civil Engineering Division, Khoa - ĐHQG TP.HCM, TP.HCM, Việt Nam. 88(5), 50-56. Nguyễn Văn Tuấn., Bùi Danh Đại., Phạm Hữu Naiya, T. K., A. K. Bhattacharya, S. Mandal., & Hanh., Lê Trung Thành., Nguyễn Công S. K. Das. (2009). The sorption of lead (II) Thắng., & Ye Guang. (2012). Nghiên cứu sử ions on rice husk ash. Journal of hazardous dụng tro trấu làm phụ gia khoáng cho bê tông materials, 163(2-3), 1254-1264. chất lượng siêu cao. Tạp chí Kết cấu và Công nghệ xây dựng, 08, 42-48. Nguyen Trung Thanh., Nguyen Hong Nhat., Nguyen Thi Quynh Anh., Phan Phuoc Toan., Oseke, G. G, M. T. Isa, M. S. Galadima, & A. O. & Nguyen Nhat Huy. (2019a). Rice husk ash Ameh. (2018). Kinetic study, modelling and generation and management in An Giang optimization of adsorption processes for province, paper presented at Third removal of crude oil from contaminated water International Conference and DAAD Alumni using chitosan-rice husk ash composite. Workshop "Valorization of Agricultural Journal of Engineering Research and Reports, Residues" Towards Climate-Smart Agriculture 1-10. 81
AGU International Journal of Sciences – 2022, Vol. 30 (1), 71 – 82 Phan Phước Toàn, Nguyễn Trung Thành, & Ngô Sundari, C. D. D., S. Setiadji, Y. Rohmatullah, S. Thụy Diễm Trang. (2016). Đặc trưng và khả Sanusi, D. F. Nurbaeti, I. Novianti, I. Farida, năng hấp phụ metyl da cam của tro trấu hoạt A. Nurohmah, & A. L. Ivansyah. (2018). hóa. Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ, Synthesis of zeolite L using rice husk ash silica 42(A), 50-57. for adsorption of methylene blue: kinetic and Pode, R. (2016). Potential applications of rice adsorption isotherm, paper presented at husk ash waste from rice husk biomass power MATEC Web of Conferences, EDP Sciences. plant. Renewable Sustainable Energy Reviews, Tiwari, D. P., D. K. Singh, & D. N. Saksena. 53, 1468-1485. (1995). Hg(II) adsorption from aqueous Quang Vinh. (Ngày 23 tháng 5, 2013). Đổ tro trấu solutions using rice-husk ash. Journal of xuống... sông. Tuổi trẻ. Truy cập từ: Environmental Engineering, 121(6), 479-481. https://tuoitre.vn/do-tro-trau-xuong-song- Tổng cục thống kê. (2018). Niên giám thống kê 549781. Việt Nam 2017. Hà Nội: Nhà xuất bản Thống Rukzon, S., P. Chindaprasirt, & R. Mahachai. kê. (2009). Effect of grinding on chemical and Trịnh Văn Dũng. (2006). Nghiên cứu ứng dụng physical properties of rice husk ash. trấu để sản xuất than hoạt tính dùng trong xử International Journal of Minerals, Metallurgy lý khí thải và nước thải. Truy cập từ cơ sở dữ and Materials, 16(2), 242-247. liệu Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG Sharma, P., R. Kaur, C. Baskar, & W. J. Chung. TP.HCM, TP.HCM, Việt Nam. (2010). Removal of methylene blue from Youssef, W., M. Hagag, & A. Ali. (2018). aqueous waste using rice husk and rice husk Synthesis, characterization and application of ash. Desalination, 259(1), 249-257. composite derived from rice husk ash with Singh, B. (2018). Rice husk ash. In R. Siddique & aluminium oxide for sorption of uranium. P. Cachim (Ed.), Waste and Supplementary Adsorption Science & Technology, 36(5-6), Cementitious Materials in Concrete (pp. 417- 1274-1293. 460). Cambridge: Woodhead Publishing. Zhang, M. H., R. Lastra, & V. M. Malhotra. Srivastava, V. C., I. D. Mall, & I. M. Mishra. (1996). Rice-husk ash paste and concrete: (2007). Adsorption thermodynamics and Some aspects of hydration and the isosteric heat of adsorption of toxic metal ions microstructure of the interfacial zone between onto bagasse fly ash (BFA) and rice husk ash the aggregate and paste. Cement and Concrete (RHA). Chemical Engineering Journal, Research, 26(6), 963-977. 132(1), 267-278. 82