Nghiên cứu xử lý Cr(vi) trong môi trường nước bằng than biến tính sản xuất từ cành thanh long (Hylocereus sp.)
Abstract
This study focuses on developing a low-cost absorbent, specifically modified biochar prepared from dragon fruit (Hylocereus sp.) branches to remove Cr(VI) in an aqueous solution. It was found that the activation process using nitric acid helped to improve the prepared biochar's surface properties, resulting in an increase in the adsorption capacity of Cr(VI) in an aqueous solution. Accordingly, the removal efficiency and adsorption capacity of Cr(VI) respectively reached 88.9% and 2.2 mg/g at the optimum condition: the absorbent dosage of 0.2 g, pH solution of 2, contact time of 90 minutes, and initial concentration of 10 mg/L. An equilibrium adsorption isotherm model and a kinetic model of Cr(VI) on the modified biochar from dragon fruit branches were fitted to experimental data. In comparison to Freundlich adsorption isotherm model, the data were well represented by the Langmuir adsorption isotherm model with a maximum adsorption capacity of 5.91 mg/g. Furthermore, the adsorption kinetic data were well described by the pseudo-second-order model with R2 of 0.9821, indicating a high agreement between experimental and calculated values.
Tóm tắt
Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) trong môi trường nước bằng than sinh học (TSH) được sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp – cành thanh long (Hylocereus sp.). Kết quả phân tích cho thấy tác nhân hoạt hóa HNO3 đã làm thay đổi tính chất bề mặt của TSH dẫn đến việc tăng khả năng hấp phụ Cr(VI) trong nước so với TSH chưa hoạt hóa. TSH sau biến tính có thể xử lý Cr(VI) ở nồng độ 10 mg/L với hiệu suất và dung lượng hấp phụ lần lượt là 88,9% và 2,2 mg/g ở điều kiện pH 2 và khối lượng than sử dụng là 0,2 g trong 90 phút. Khảo sát động học cho thấy mô hình động học biểu kiến bậc 2 là phù hợp để giải thích động học quá trình hấp phụ Cr(VI) lên TSH với R2 = 0,9821. Nghiên cứu xây dựng mô hình đẳng nhiệt cho thấy mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir phù hợp hơn mô hình đẳng nhiệt Freundlich đối với quá trình hấp phụ Cr(VI) lên vật liệu hấp phụ từ cành thanh long và dung lượng hấp phụ cực đại là 5,91 mg/g.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Tài liệu tham khảo
Amari, A., Alalwan, B., Eldirderi, M. M., Mnif, W., & Ben Rebah, F. (2019). Cactus material-based adsorbents for the removal of heavy metals and dyes: a review. Materials Research Express, 7, 012002-0120015.
https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab5f32
Babel, S., & Kurniawan, T. A. (2003). Low-cost adsorbents for heavy metals uptake from contaminated water: A review. Journal of Hazardous Materials, 97(1-3), 219–243. https://doi.org/10.1016/S0304-3894(02)00263-7
Deng, S., & Bai, R. (2004). Removal of trivalent and hexavalent chromium with aminated polyacrylonitrile fibers: Performance and mechanisms, Water Research, 38(9), 2424–2432. https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.02.024
Định, Đ. N., Hương, T. T., & Mai, P. T. N. (2015). Nghiên cứu sử dụng vật liệu bã trấu biến tính làm vật liệu chiết pha rắn kết hợp với phương pháp F-AAS để xác định lượng vết Crom, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 20(3), 50-56.
Fernandez-Lopez, J. A., Angosto, J. M., & Avilés, M. A. (2014). Biosorption of Hexavalent Chromium from Aqueous Medium with Opuntia Biomass. The Scientific World Journal, 1–8. https://doi.org/10.1155/2014/670249
Hadjittofi, L., Prodromou, M., & Pashalidis, I. (2014). Activated biochar derived from cactus fibres – Preparation, characterization and application on Cu(II) removal from aqueous solutions. Bioresource Technology, 159, 460-464. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.03.073
Hang, Z., Xiao,. R., Li, R., Ali, A., Chen, A., & Zhang, Z. (2020). Enhanced aqueous Cr(VI) removal using chitosan-modified magnetic biochars derived from bamboo residues. Chemosphere, 261, 127694-127702.
https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127694
Hegazi, H. A. (2013). Removal of heavy metals from wastewater using agricultural and industrial wastes as adsorbents. HBRC Journal, 9(3), 276-282.
https://doi.org/10.1016/j.hbrcj.2013.08.004
Khôi, L. Q., & Trúc, N. T. N (2017). Nghiên cứu xử lý cành thanh long thải bỏ bằng các chủng vi sinh vật có ích, kết hợp với phân chuồng để sản xuất phân hữu cơ sinh học, đề tài NCKH thuộc Trung Tâm Kỹ thuật và Công nghệ Sinh học.
Li, K., Jiang, Y., & Wang, X. (2016). Effect of nitric acid modification on the lead(II) adsorption of mesoporous biochars with different mesopore size distributions. Clean Technologies and Environmental Policy, 18, 797-805. https://doi.org/10.1007/s10098-015-1056-0
Lopez-Gonzalez, H., Serrano-Gómez, J., & Olguín, M. T. (2012). Ectodermis of paddle cactus (Opuntia spp.) as biosorbent of chromium (VI) from aqueous solutions. Chemistry and Ecology, 28(5), 457–67. https://doi.org/10.1080/02757540.2012.666530
Loukia, H., Melpomeni, P., & Ioannis, P. (2014). Activated biochar derived from cactus fibres - Preparation, characterization and application on Cu(II) removal from aqueous solutions. Bioresource Technology, 159, 460-464. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2014.03.073
Mai, V. T, & Tuyên, T. V. (2016). Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong môi trường nước của than sinh học từ lõi ngô biến tính bằng H3PO4 và NaOH, Tạp chí Khoa học: Các Khoa học Trái đất và Môi trường, 32, 274-281.
Như, T. T. N., Mai, P. N., Cương, T. T, Huyền, D. T. T, Vy, N. D. T, Huệ, V. T. T., & Phong, N. V. (2023). Khả năng ức chế nấm Neoscytalidium dimidiatum gây bệnh đốm nâu thanh long của vi khuẩn Pseudomonas sp. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 59(1B), 132-139.
Nurchi, V. M., & Villaescusa, I. (2008). Agricultural biomasses as sorbents of some trace metals. Coordination Chemistry Reviews, 252(11), 1178–1188. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2007.09.023
Oluwasola, O., Abiodun, P. O., Rasheed, U. O., Oluwafunke, O. O., & Onyinyechukwu, A. O. (2020). Adsorption of Cr(VI) ions from aqueous solution using rice husk–based activated carbon: Optimization, kinetic, and thermodynamic studies. Environmental Quality Management, 30, 61-77.
https://doi.org/10.1002/tqem.21704
Quý, B. M. (2015). Nghiên cứu tổng hợp compozit PANi và các phụ phẩm nông nghiệp để xử lý các kim loại nặng Pb(II), Cr(VI) và Cd(II). Luận án tiến sĩ hóa học, Viện Hóa học – Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.
Silva, B., Figueiredo, H., Quintelas, C., Neves, I. C., & Tavares, T. (2008). Zeolites as supports for the biorecovery of hexavalent and trivalent chromium. Microporous Mesoporous Materials, 116(1–3), 555–560. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2008.05.015
Thường, V. K, Bình, L. D., & Chi, V. T. D. (2021). Phát triển tài sản thương hiệu thanh long Bình Thuận. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Phát triển Kinh tế Trường Đại học Tây Đô, 12, 19-38.
Wang, H. Y., Gao, B., Wang, S. S., Fang, J., Xue, Y. W., & Yang, K. (2015). Removal of Pb (II), Cu (II), and Cd (II) from aqueous solutions by biochar derived from KMnO4 treated hickory wood. Bioresource Technology, 197, 356-362. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2015.08.132