Luận Văn Nghiên cứu khả năng hấp phụ và trao đổi ion của xơ dừa và vỏ trấu biến tính

TÓM TẮT: Hiện nay trên thế giới đã sử dụng nhiều loại (polymer thiên nhiên) phế thải
nông nghiệp để xử lý nước. Bài báo trình bày các nghiên cứu thực nghiệm về biến tính xơ dừa,
vỏ trấu bằng acid citric và khả năng trao đổi ion cũng như khả năng hấp phụ các ion kim loại
Ni 2+ và Cd 2+ của chúng. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng xơ dừa và trấu biến tính bằng acid
citric có khả năng hấp phụ Ni 2+ và Cd 2+ tương đương với Zeolite, trong đó xơ dừa biến tính
là vật liệu hấp phụ và trao đổi ion tốt hơn trấu biến tính.
Key words: coconut fiber, rice husk, heavy metal, acid citric, ion exchange,
bioadsorption.
1. GIỚI THIỆU
Cùng với sự gia tăng các hoạt động công nghiệp là việc sản sinh các chất thải nguy hại, tác
động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Các hoạt động khai thác mỏ,
công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, lọc hóa dầu hay công nghệ dệt nhuộm
đã tạo ra các nguồn ô nhiễm chính chứa các kim loại nặng độc hại như Cu, Pb, Ni, Cd, As,
Hg [1,4]. Những kim loại này có liên quan trực tiếp đến các biến đổi gen, ung thư cũng như
ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường [1,2]. Đối với những nước đang phát triển như Việt
Nam, qui mô công nghiệp chủ yếu ở mức vừa và nhỏ, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn
do chi phí xử lý cao, khả năng đầu tư thấp [3,4]. Các phụ phẩm nông nghiệp do đó được
nghiên cứu nhiều để sử dụng trong việc xử lý nước vì chúng có các ưu điểm là giá thành rẽ, là
vật liệu có thể tái tạo được và thành phần chính của chúng chứa các polymer dễ biến tính và có
tính chất hấp phụ hoặc/và trao đổi ion cao [1,2,3].
Các vật liệu lignocelluloses như mùn cưa, xơ dừa, trấu, vỏ các loại đậu, bã mía đã được
nghiên cứu cho thấy có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc
nhiều lỗ xốp và thành phần gồm các polymer như cellulose, hemicelluloses, pectin, lignin và
protein. Các polymer này có thể hấp phụ nhiều loại chất tan đặc biệt là các ion kim loại hóa trị
hai. Các hợp chất polyphenol như tannin, lignin trong gỗ được cho là những thành phần hoạt
động có thể hấp phụ các kim loại nặng. Reddad (2002) [8]cho rằng các vị trí anionic phenolic
trong lignin có ái lực mạnh đối với các kim loại nặng. Mykola (1999) [9] cũng chứng tỏ rằng
các nhóm acid galacturonic trong peptin là những vị trí liên kết mạnh với các cation.
Các nhóm hydroxyl trên cellulose cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng trao
đổi ion của các lignocelluloses. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết
OH ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa
các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức acid hoặc sulfo hóa bằng acid sulfuric.
Gần đây nhất là phương pháp ester hóa cellulose bằng acid citric. James D. Mc Sweeny
(2006) đã dùng acid citric hoạt hóa gỗ Aspen [5], Wayne E. Marshall (2006) dùng acid citric
hoạt hóa vỏ đậu nành đều nhận thấy một sự gia tăng đáng kể khả năng tách loại các ion kim
Science & Technology Development, Vol 11, No.08 - 2008
Trang 6
loại tan trong nước [6]. Quá trình hoạt hóa bao gồm các bước ngâm vật liệu trong dung dịch
acid citric bão hòa sau đó sấy khô, các phân tử acid citric khi đó sẽ thấm sâu vào các mao quản
của vật liệu. Tiếp theo nung ở nhiệt độ khoảng 120oC trong 8 giờ [7]. Acid citric đầu tiên sẽ
chuyển thành dạng anhydric, tiếp theo là phản ứng ester hóa xảy ra giữa anhydric acid và các
nhóm hydroxyl của cellulose. Tại vị trí phản ứng như vậy đã xuất hiện hai nhóm chức acid (từ
acid citric) có khả năng trao đổi ion. Nếu tăng nhiệt độ hoặc kéo dài thời gian phản ứng, quá
trình ester hóa có thể tiếp tục xảy ra đối với các nhóm acid còn lại của acid citric làm giảm khả
năng trao đổi ion