Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải xem xét vai trò của lignin/hemixenlulozơ trong việc hình thành vật liệu than sinh học từ trấu.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0170 VAI TRÒ CỦA LIGNIN VÀ HEMIXENLULOZƠ ĐỐI VỚI VẬT LIỆU THAN SINH HỌC TỪ VỎ TRẤU TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Phạm Hoàng Giang*, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội TÓM TẮT Việc sử dụng nguyên liệu than sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp để xử lý nước thải đang trở nên phổ 1 0F biến hơn trong nghiên cứu. Than sinh học từ trấu đang là một trong những hướng nghiên cứu được lựa chọn vì hiệu quả và thân thiện với môi trường. Mục tiêu của nghiên cứu này là xem xét vai trò của lignin/hemixenlulozơ trong việc hình thành vật liệu than sinh học từ trấu. Trấu được xử lý để loại bỏ lignin và hemixenlulozơ, trước khi nung ở 400 oC trong 4 giờ để sản xuất nguyên liệu than sinh học. Hình ảnh SEM của vật liệu cho thấy sau khi loại bỏ lignin/hemixenlulozơ, vật liệu biến tính trở nên xốp hơn. Kết quả FTIR cũng cho thấy rằng các đỉnh đặc trưng của lignin và hemixenlulozơ đã bị loại bỏ khỏi các vật liệu biến đổi. Thời gian phản ứng và thí nghiệm nồng độ ban đầu được sử dụng để đánh giá khả năng loại bỏ chất hữu cơ xanh methylen của than sinh học. Dựa trên điều này, các vật liệu không chứa lignin/hemixenlulozơ, mặc dù có độ xốp cao hơn, nhưng khả năng loại bỏ hữu cơ kém hiệu quả hơn, đặc biệt là các vật liệu không chứa lignin. Điều này cho thấy rằng các thành phần lignin/hemixenlulozơ đóng một vai trò trong vật liệu than sinh học. Từ khóa: Than sinh học, trấu, phụ phẩm nông nghiệp, xử lý nước thải. 1. MỞ ĐẦU Trong một vài thập kỷ gần đây, sự phát triển mạnh của kinh tế cũng như bùng nổ dân số đã tạo ra nhiều sức ép lên môi trường sống, một trong số đó là vấn đề ô nhiễm môi trường và ô nhiễm các chất hữu cơ độc hại. Các hoạt động công nghiệp hay sinh hoạt của con người đã phát thải một số lượng lớn các chất độc hại này vào môi trường đất và nước, cuối cùng tác động ngược lại tới con người. Hấp phụ đã được chứng minh là một phương pháp hiệu quả và khả thi về mặt kinh tế để loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ. Vì than sinh học có nhiều ưu điểm như nhiều loại nguyên liệu thô khác nhau, chi phí thấp và có thể tái chế, nó có thể đạt được hiệu quả biến chất thải thành kho báu khi được sử dụng để xử lý môi trường [1]. Than sinh học được đặc trưng bởi diện tích bề mặt đặc biệt lớn, cấu trúc xốp, các nhóm chức bề mặt và thành phần khoáng chất phong phú, khiến nó phù hợp để sử dụng làm chất hấp phụ nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi dung dịch nước [2]. Than sinh học là một chất hấp phụ có cấu trúc xốp tương tự như than hoạt tính. Tuy nhiên, khác với than hoạt tính, than sinh học có chi phí thấp hơn nhưng vẫn bảo đảm hiệu suất hấp phụ cao. Quá trình sản xuất than hoạt tính đòi hỏi về năng lượng cũng như các quá trình hoạt hóa cao hơn khiến giá thành sản xuất lớn hơn than sinh học. Than sinh học là một nguồn tài nguyên tái tạo và là một nguồn tài nguyên lý tưởng cho các công nghệ môi trường để xử lý chất ô nhiễm nước do những lợi ích kinh tế và môi trường của nó [3]. * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: phamhoanggiang@hus.edu.vn 163
Phạm Hoàng Giang, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải Là một chất hấp phụ, than sinh học có thể hấp phụ tốt các chất ô nhiễm hữu cơ. Đã có nhiều nghiên cứu đánh giá sự hấp phụ của than sinh học trên các chất hữu cơ trong đất như hydrocacbon thơm đa vòng [4] và các este axit phthalate [5]. Một số nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải có chứa than sinh học đối với các chất ô nhiễm hữu cơ được cải thiện đáng kể so với hệ thống không sử dụng than sinh học [6]. Mohanty và cộng sự cũng đã sử dụng than sinh học để cải thiện hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước mưa [7]. Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng của than sinh học được tiến hành, tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu đánh giá về bản chất và thành phần trong nguyên liệu ảnh hưởng tới chất lượng của than sinh học được tạo thành. Thành phần hóa học của phụ phẩm nông nghiệp thông thường bao gồm cellulose (30 - 91 %), hemixenlulozơ (4 - 16 %), lignin (0,6 - 26 %), pectin, sáp và các chất phụ hòa tan trong nước [8][9]. Một số nghiên cứu đã cho thấy hemixenlulozơ hoặc lignin vốn có trong than sinh học có khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm tốt [10-12]. Jiang Wan và cộng sự [13] dựa vào chuẩn độ axit-bazơ đã chỉ ra rằng hàm lượng các nhóm chức trong biochar thay đổi khi thành phần của lignin, hemixenlulozơ và xenlulozơ thay đổi. Jianfa Li và cộng sự [14] cũng đã có những nghiên cứu bước đầu so sánh khả năng hấp phụ các hợp chất ô nhiễm vòng thơm của than sinh học từ lignin và xenlulozơ. Do đó, nghiên cứu này tập trung đánh giá vai trò của lignin và hemixenlulozơ tới hiệu quả của than sinh học trong loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ khỏi môi trường nước. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng Nghiên cứu này tiến hành loại bỏ hemixenlulozơ và lignin ra khỏi vật liệu là vỏ trấu, sau đó tiến hành chế tạo than sinh học từ vỏ trấu và vỏ trấu biến tính, từ đó đánh giá vai trò của các thành phần này tới sản phẩm than sinh học phục vụ cho xử lý chất hữu cơ trong nước. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Vật liệu vỏ trấu phụ phẩm nông nghiệp được thu thập từ các khu vực quanh Hà Nội. Vật liệu được sơ chế bằng cách rửa sạch mẫu bằng nước máy và ngâm trong NaOH 1M trong 60 phút (theo tỉ lệ 500 g vật liệu ngâm với 3L dung dịch NaOH 1M) để loại bỏ các tạp chất trong mẫu. Vật liệu sau đó được rửa sạch lại bằng nước máy cho tới khi đạt pH bằng 7, tiếp theo sấy khô ở 60 oC. Các mẫu được nghiền thành các mảnh và sàng qua rây có kích thước 2 mm. Quy trình loại bỏ lignin và hemixenlulozơ [15][16] Vỏ trấu sau khi được làm sạch được tiến hành loại bỏ đồng thời cả lignin và hemixenlulozơ theo quy trình sau [15]: 500 g vỏ trấu được lấy cho vào nước nóng (3L), đun sôi trong 10 phút và lọc tách phần rắn. Trong bước này, đường, các hợp chất phenol và một phần polysaccharid hòa tan trong nước đã được loại bỏ. Sau đó, phần rắn thu được tiếp tục phản ứng với 3L dung dịch NaOH 7,5 % hoặc 15 % tại 98 oC trong 90 phút. Thông qua việc xử lý kiềm, các hemixenlulozơ và lignin đã được loại bỏ. Vật liệu rắn sau phản ứng được rửa sạch lại bằng nước máy cho tới khi đạt pH bằng 7, tiếp theo sấy khô ở 60 oC. Vỏ trấu sau khi được làm sạch được tiến hành loại bỏ hemixenlulozơ theo quy trình sau [16]: 164
Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải 500 g vỏ trấu được lấy cho vào nước nóng (3L), đun sôi trong 10 phút và lọc tách phần rắn. Sau đó, phần rắn thu được tiếp tục phản ứng với 3L dung dịch axit clohydric 1M, hỗn hợp được khuấy trong 30 phút ở 85 oC; tiếp tục lọc và thu phần rắn. Bước này được lặp lại với dung dịch HCl 0,5M. Thông qua xử lý axit, các polysaccharid pectic đã được loại bỏ. Sau đó, phần rắn sẽ được khuấy trong 3 L dung dịch natri hydroxit 1 M (NaOH) trong 30 phút ở 85 oC; tiếp tục lọc và thu phần rắn. Bước này được lặp lại ba lần. Thông qua các bước trên, hemixenlulozơ đã được loại bỏ khỏi vật liệu. Vật liệu rắn sau phản ứng được rửa sạch lại bằng nước máy cho tới khi đạt pH bằng 7, tiếp theo sấy khô ở 60 oC. Quy trình chế tạo than sinh học [17] Các vật liệu gốc, biến tính bằng NaOH 7,5 %, NaOH 15 % và HCl được nhiệt phân ở nhiệt độ 500 oC trong môi trường yếm khí trong 4h với tốc độ gia nhiệt ban đầu là 10 oC/phút. Sản phẩm thu được lần lượt là than sinh học vỏ trấu gốc (G), than sinh học từ vỏ trấu biến tính NaOH 7,5 % (B1), than sinh học từ vỏ trấu biến tính NaOH 15 % (B2), than sinh học từ vỏ trấu biến tính bằng HCl (A) Khảo sát khả năng hấp phụ chất hữu cơ của vật liệu Tiến hành phản ứng giữa 0,1 g vật liệu trong 200 mL xanh metylen nồng độ 0,1M, lắc trong thời gian lần lượt từ 0-2h với tốc độ 120 v/phút để khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới hiệu quả xử lý chất hữu cơ của vật liệu. Tiếp theo đó, tiến hành thí nghiệm mẻ khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất hữu cơ (xanh metylen) lên vật liệu với thời gian tối ưu đã được lựa chọn ở trên. Tiến hành phản ứng giữa 0,1g vật liệu trong 200 mL xanh metylen nồng độ từ 0,01 - 0,25 g/L. Để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu, các kết quả thu từ thí nghiệm mẻ được tính toán theo mô hình Langmuir [18] và Freundlich [19]. Các phương pháp phân tích Trong nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) TM4000Plus/Hitachi để xác định sự biến đổi bề mặt vật liệu và đo Phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS), máy BET Nova touch 4LX để đo diện tích bề mặt vật liệu và Máy quang phổ hồng ngoại FT-IR Jasco 4600 để xác định phổ hồng ngoại của vật liệu tại phòng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong Phát triển xanh (KLAMAG). Máy quang phổ Hach DR-3900, tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Môi trường, Trường Đại học KHTN Hà Nội được sử dụng để phân tích mẫu xanh metylen trong thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ chất hữu cơ của vật liệu. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc tính của than sinh học Bề mặt của vật liệu than sinh học Hình 1 cho thấy kết quả chụp ảnh SEM của các vật liệu than sinh học. Theo đó, ảnh SEM vật liệu trấu gốc có một lớp phủ khá rõ trên bề mặt vật liệu, lớp phủ này được chia thành các ô hình chữ nhật, bao bọc các bó sợi xenlulozơ khá đều nhau. Ngược lại, với các vật liệu có biến tính bằng NaOH và HCl, lớp phủ này đã biến mất hoàn toàn, để lộ rõ các bó sợi xenlulozơ. Cơ chế của quá trình này có thể được lý giải theo Hình 2, khi các lớp sáp, lignin và hemixenlulozơ đã được loại bỏ hoàn toàn hoặc một phần ra khỏi vỏ trấu ban đầu. Và vật liệu than sinh học biến tính sau đó vẫn còn giữ lại khá rõ các cấu trúc gốc của vật liệu. So sánh giữa vật liệu được xử lý bằng NaOH và bằng HCl có thể thấy, vật liệu được xử lý bằng NaOH có hình ảnh các bó sợi xenlulozơ rõ hơn so với than sinh học từ vỏ trấu biến tính HCl. 165
Phạm Hoàng Giang, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải a) b) c) d) Hình 1. Ảnh SEM bề mặt vật liệu a) Than sinh học vỏ trấu gốc (G), b) Than sinh học từ vỏ trấu biến tính NaOH 7,5% (B1), c) Than sinh học từ vỏ trấu biến tính NaOH 15% (B2), d) Than sinh học từ vỏ trấu biến tính bằng HCl (A) Hình 2. Cấu trúc vật liệu nền xenlulozơ trước (phải) và sau (trái) khi phản ứng với NaOH đặc [20] 166
Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải Diện tích bề mặt của vật liệu than sinh học Bảng 1 cho thấy kết quả diện tích bề mặt của các vật liệu than sinh học. Tương đồng với kết quả ảnh SEM tại Hình 1, các vật liệu than sinh học từ vỏ trấu có biến tính bằng NaOH và HCl cho thấy diện tích bề mặt tăng lên đáng kể so với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu gốc, trong đó than sinh học từ vỏ trấu biến tính NaOH 15% có diện tích bề mặt cao gấp hơn 2 lần so với vật liệu gốc. Vật liệu than sinh học từ vỏ trấu biến tính HCl cho thấy diện tích bề mặt thấp hơn so với 2 trường hợp than sinh học biến tính bằng NaOH, điều này được lý giải do thành phần lignin vẫn còn tồn tại một lượng lớn trong vật liệu sau phản ứng và tạo thành cấu trúc trong than sinh học. Bảng 1. Diện tích bề mặt của vật liệu theo BET Diện tích bề mặt TT Mẫu vật liệu 2 SBET (m /g) SLangmuir (m2/g) 1 Than sinh học vỏ trấu gốc 186,57 244,72 Than sinh học từ vỏ trấu biến tính 2 322,78 433,27 NaOH 7,5 % Than sinh học từ vỏ trấu biến tính 3 391,78 503,67 NaOH 15 % Than sinh học từ vỏ trấu biến tính 4 291,73 388,81 bằng HCl Thành phần nguyên tố của vật liệu than sinh học Kết quả phân tích phổ EDS được thể hiện trong Bảng 2 cho thấy tỉ lệ C của các vật liệu than sinh học tăng lên khi được biến tính với NaOH và HCl, chủ yếu do thành phần Si có trong vật liệu đã giảm xuống. Sự thay đổi của thành phần nguyên tố có thể được giải thích do SiO2 có phản ứng với NaOH và HCl trong quá trình biến tính, khiến thành phần này bị hòa tan vào dung dịch NaOH/HCl và thoát khỏi vật liệu. Bảng 2. Thành phần nguyên tố của các vật liệu than sinh học (phổ EDS) Thành phần (%) Nguyên Vật liệu G Vật liệu B1 Vật liệu B2 Vật liệu A tố Khối Nguyên Khối Nguyên Khối Nguyên Khối Nguyên lượng tử lượng tử lượng tử lượng tử Si 17,08 9,13 1,59 0,79 1,29 0,63 1,29 0,63 O 38,01 35,65 34,81 30,24 36,13 30,97 36,13 30,97 Ca 0,72 0,27 4,62 1,6 2,9 0,99 2,9 0,99 C 43,78 54,7 57,42 66,46 58,38 66,67 58,38 66,67 Mg 0,41 0,25 1,18 0,67 1,15 0,65 1,15 0,65 Cấu trúc hóa học của vật liệu than sinh học Hình 3 cho thấy kết quả FTIR của các vật liệu than sinh học. Có thể thấy rõ nhất sự suy biến của các peak 1097,3 cm-1 và 1414,53 cm-1 đặc trưng cho liên kết đôi C=O của các nhóm andehit, xeton và cacboxyl của các vật liệu có biến tính so với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu gốc. Như vậy, có thể thấy các nhóm chức vốn đặc trưng cho các liên kết của lignin và hemixenlulozơ đã bị suy biến và loại bỏ ra khỏi vật liệu. 167
Phạm Hoàng Giang, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải Hình 3. Phổ FTIR các vật liệu 3.2. Quá trình hấp phụ chất hữu cơ của than sinh học Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian tới hiệu suất hấp phụ Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ của vật liệu cho thấy sau 60 phút, hàm lượng xanh metylen hầu như không thay đổi. Như vậy, thời gian phản ứng được lựa chọn ở 60 phút. Ảnh hưởng của nồng độ Khảo sát khả năng hấp phụ chất hữu cơ của vật liệu ở các nồng độ khác nhau, kết quả thu được được tính toán áp dụng vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich (Bảng 3). Theo đó, có thể thấy thấy quá trình hấp phụ của tất cả các trường hợp đều có sự tương quan lớn với mô hình đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (R2 > 0,975), đối với phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich hệ số tương quan đạt được không đồng đều, với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu biến tính gốc, R2 chỉ đạt 0,29, cho thấy quá trình hấp phụ không có sự tương quan với mô hình này. Từ phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ta có thể xác định được dung lượng hấp phụ của các vật 168
Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải liệu, theo đó than sinh học từ vật liệu vỏ trấu gốc có dung lượng hấp phụ cực đại cao nhất với Qmax = 10,38 mg/g, các trường hợp còn lại, dung lượng hấp phụ giảm khoảng 5 lần so với vật liệu từ vỏ trấu gốc. Có thể thấy, cho dù có diện tích bề mặt (theo BET) lớn hơn rất nhiều so với vật liệu từ vỏ trấu gốc, các loại than sinh học sau khi loại bỏ lignin và hemixenlulozơ đã suy giảm hiệu suất xử lý chất hữu cơ rất nhiều. Điều này được lý giải là do cấu trúc của mạch xenlulozơ khá trơ và không có nhiều nhóm chức hỗ trợ cho quá trình hấp phụ. Kết quả cũng chỉ ra rằng, với mẫu loại bỏ hết lignin và hemixenlulozơ, hiệu suất đạt được là thấp nhất. Các nghiên cứu của Jiang Wan [13] và Jianfa Li [14] đều cho thấy than sinh học có nguồn gốc từ lignin tinh khiết sẽ có hiệu quả hấp phụ tốt hơn so với than sinh học từ vật liệu xenlulozơ tinh khiết. Các kết quả trong nghiên cứu này tiếp cận theo hướng tách các thành phần lignin và hemixenlulozơ ra khỏi cấu trúc ban đầu của vật liệu hữu cơ đã tái khẳng định lại vai trò của lignin trong than sinh học. Ngoài ra, các kết quả này cũng cho thấy, vai trò của các nhóm chức trong các thành phần lignin và hemixenlulozơ ảnh hưởng lớn tới khả năng hấp phụ của than sinh học, quan trọng hơn sự thay đổi diện tích bề mặt của vật liệu. Bảng 3. Thông số đường động học hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freudlich của các vật liệu than sinh học Langmuir Freudlich R2 Qmax (mg/g) R2 n Kf Vật liệu G 0.975 10,38 0,2894 0,36 11,45 Vật liệu B1 0.9989 2,13 0,9421 0,26 1,36 Vật liệu B2 0.9973 1,66 0,7324 0,38 0,53 Vật liệu A 0.9953 2,22 0,9666 0,24 2,11 Langmuir 0.3 0.25 0.2 Vật liệu G Qe/Ce 0.15 Vật liệu B1 0.1 Vật liệu B2 0.05 Vật liệu A 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Ce Hình 5. Đồ thị đường động học hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của các vật liệu than sinh học 4. KẾT LUẬN Hình ảnh SEM của vật liệu cho thấy sau khi loại bỏ lignin/hemixenlulozơ, vật liệu biến tính trở nên xốp hơn. Kết quả FTIR cũng cho thấy rằng các đỉnh đặc trưng của lignin và hemixenluloza đã bị loại bỏ khỏi các vật liệu biến t. Thời gian phản ứng và thí nghiệm nồng độ ban đầu được sử 169
Phạm Hoàng Giang, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải dụng để đánh giá khả năng loại bỏ chất hữu cơ xanh methylen của than sinh học. Dựa trên điều này, các vật liệu không chứa lignin/hemixenlulozơ, mặc dù có độ xốp cao hơn, nhưng khả năng loại bỏ hữu cơ kém hiệu quả hơn, đặc biệt là các vật liệu không chứa lignin. Điều này cho thấy rằng các thành phần lignin/hemixenlulozơ đóng một vai trò trong vật liệu than sinh học. Lời cảm ơn Tác giả xin cảm ơn đề tài độc lập mã số ĐTĐL.CN-50/18 đã tài trợ nghiên cứu này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Yingjie Dai, Naixin Zhang, Chuanming Xing, Qingxia Cui, Qiya Sun (2019). The adsorption, regeneration and engineering applications of biochar for removal organic pollutants: A review, Chemosphere, Volume 223, 2019, pages 12-27. 2. Xiaoxiao Zhu, Chunyan Li, Jianfa Li, Bin Xie, Jinhong Lü, Yimin Li (2018). Thermal treatment of biochar in the air/nitrogen atmosphere for developed mesoporosity and enhanced adsorption to tetracycline, Bioresource Technology, Volume 263, pages 475-482. 3. Xiaofei Tan, Yunguo Liu, Guangming Zeng, Xin Wang, Xinjiang Hu, Yanling Gu, Zhongzhu Yang (2015). Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions, Chemosphere, Volume 125, pages 70-85. 4. Yang Song, Yongrong Bian, Fang Wang, Min Xu, Ni Ni, Xinglun Yang, Chenggang Gu, and Xin Jiang (2017). Dynamic Effects of Biochar on the Bacterial Community Structure in Soil Contaminated with Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 65, pages 6789-6796. 5. Lizhi He, Shiliang Fan, Karin Müller, Guotao Hu, Huagang Huang, Xiaokai Zhang, Xiaoming Lin, Lei Che, Hailong Wang (2016). Biochar reduces the bioavailability of di-(2-ethylhexyl) phthalate in soil, Chemosphere, Volume 142, pages 24-27. 6. Yafei Sun, Shiyue Qi, Fanping Zheng, Linli Huang, Jing Pan, Yingying Jiang, Wanyuan Hou, Lu Xiao (2018). Organics removal, nitrogen removal and N2O emission in subsurface wastewater infiltration systems amended with/without biochar and sludge, Bioresource Technology, Volume 249, pages 57-61. 7. Sanjay K. Mohanty, Renan Valenca, Alexander W. Berger, Iris K.M. Yu, Xinni Xiong, Trenton M. Saunders, Daniel C.W. Tsang (2018). Plenty of room for carbon on the ground: Potential applications of biochar for stormwater treatment, Science of The Total Environment, Volume 625, pages 1644-1658. 8. Mohanty A.K., Misra M., Drzal L.T. (2001). Surface modifications of natural fibers and performance of the resulting biocomposites: An overview, Compos Interfaces 8:313, pages 313-343. 9. Rowell R.M., Young R.A., Rowell J.K. (1997). Paper and composites from agro-based resources, CRC Lewis Publishers, Boca Raton FL. 10. Inyang M., Gao B., Yao Y., Xue Y., Zimmerman A.R., Pullammanappallil P., Cao X. (2012), “Removal of heavy metals from aqueous solution by biochars derived from anaerobically digested biomass”, Bioresource Technology, 110; pages 50-56. 170
Vai trò của lignin và hemixenlulozơ đối với vật liệu than sinh học từ vỏ trấu trong xử lý nước thải 11. Kılıc M., Kırbıyık C., Cepeliogullar Ö., Pütün A.E. (2013), “Adsorption of heavy metal ions from aqueous solutions by bio-char, a by-product of pyrolysis”, Applied Surface Science, 283; pages 856-862. 12. Pellera F.M., Giannis A., Kalderis D., Anastasiadou K., Stegmann R., Wang J.Y, Gidarakos E. (2012), “Adsorption of Cu(II) ions from aqueous solutions on biochars prepared from agricultural by-products”, Journal of Environmental Management, 96; pages 35-42. 13. Jiang Wan, Lin Liu, Khurram Shahzad Ayub, Wei Zhang, Genxiang Shen, Shuangqing Hu, Xiaoyong Qian (2020). Characterization and adsorption performance of biochars derived from three key biomass constituents, Fuel, Volume 269. 14. Jianfa Li, Yimin Li, Yunlu Wu, Mengying Zheng (2014). A comparison of biochars from lignin, cellulose and wood as the sorbent to an aromatic pollutant, Journal of Hazardous Materials, Volume 280, pages 450-457. 15. Amine Moubarik, Nabil Grimi, Nadia Boussetta, Antonio Pizzi (2013). Isolation and characterization of lignin from Moroccan sugar cane bagasse: Production of lignin–phenol- formaldehyde wood adhesive, Industrial Crops and Products, Volume 45, pages 296-302. 16. Monika Szymańska-Chargot, Monika Chylińska, Karolina Gdula, Arkadiusz Kozioł, Artur Zdunek (2017). Isolation and Characterization of Cellulose from Different Fruit and Vegetable Pomaces, Polymers, 9(10), 495 17. Daljit Singh Karam, Prakash Nagabovanalli, Keeren Sundara Rajoo, Che Fauziah Ishak, Arifin Abdu, Zamri Rosli, Farrah Melissa Muharam, Dzarifah Zulperi (2022). An overview on the preparation of rice husk biochar, factors affecting its properties, and its agriculture application, Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, Volume 21, Issue 3, pages 149-159. 18. I. Langmuir (1916). Constitution and fundamental properties of solids and liquids, J. Am. Chem. Soc. Vol 38, pages 2221–2295. 19. H.M.F. Freundlich (1906), Uber die adsorption in losungen, Z. Phys. Chem. Vol 57 (A), pages 385-470. 20. Leonard Y. Mwaikambo, Martin P. Ansell (2002), “Chemical Modification of Hemp, Sisal, Jute, and Kapok Fibers by Alkalization”, Journal of Applied Polymer Science, 84, pages 2222-2234. 171
Phạm Hoàng Giang, Phạm Thị Thúy, Nguyễn Mạnh Khải THE ROLE OF LIGNIN AND HEMICELLULOSE ON RICE HUSK BIOCHAR MATERIALS FOR WASTEWATER TREATMENT Pham Hoang Giang*, Pham Thi Thuy, Nguyen Manh Khai Faculty of Environmental Sciences, University of Science, Vietnam National University, Hanoi 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Ha Noi ABSTRACT 2 1F The use of biochar materials generated from agricultural products for wastewater treatment has been becoming more popular in research. Because of its great efficiency and environmental friendliness, rice husk biochar is often studied. This study investigates the role of lignin and hemicellulose in the formation of rice husk biochar materials. The rice husks were first treated to remove lignin and hemicellulose, then calcined at 400 oC for 4 hours to produce biochar materials. The SEM image of the material revealed that after the lignin and hemicellulose were removed, the biochar material became more porous. The FTIR results also showed that the characteristic peaks of lignin and hemicellulose were removed from the modified materials. Reaction time and initial concentration were used to assess biochar's ability to adsorb methylene blue organic matter. Based on the results, despite the higher porosity, lignin/hemicellulose-free materials have less effective organic removal, particularly the lignin-free materials. This suggests that lignin/hemicellulose components play an important role in biochar materials. Keywords: Biochar, rice husk, agricultural by-product, wastewater treatment. * Corresponding author, email address: phamhoanggiang@hus.edu.vn 172