Than sinh học từ vỏ sắn có thể ứng dụng làm chất hấp phụ methylene trong nước thải dệt nhuộm là sản phẩm của các nhà khoa học Trường Đại học Công nghiệp TPHCM.
Tận dụng vỏ sắn thải bỏ
Nhóm giảng viên gồm Đỗ Quý Diễm, Bùi Duy Tuyên và Nguyễn Văn Sơn, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM đã nghiên cứu chế tạo thành công than sinh học từ vỏ sắn phế phẩm ứng dụng làm chất hấp phụ màu xanh methylene trong nước thải.
Theo TS Đỗ Quý Diễm, than sinh học (biochar) là một khoáng chất dạng rắn giàu carbon, có thể thu được khi nhiệt phân yếm khí sinh khối (biomass) các phụ phẩm nông nghiệp. Tùy thuộc vào nhiệt độ nhiệt phân và loại sinh khối mà sản phẩm biochar thu được có thành phần, tính chất khác nhau.
Phế phẩm cây trồng như rơm rạ, vỏ trấu, sắn, dừa, cà phê, phế thải gỗ... là một trong những nguồn sinh khối tiềm năng để phục vụ nhu cầu sản xuất biochar. Trong đó, vỏ sắn (khoai mì) có hai dạng cấu trúc là vỏ gỗ và vỏ cùi. Vỏ gỗ chiếm 0,5 - 3% khối lượng củ, gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột.
Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 - 20% khối lượng củ, gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột. Với loại này, tại các nhà máy sản xuất tinh bột sắn phải thải bỏ một lượng lớn, lượng vỏ sắn trực tiếp thải bỏ gây lãng phí, độc hại và ô nhiễm cho môi trường.
Một trong những loại nước thải gây ô nhiễm môi trường nặng nhất là nước thải dệt nhuộm, sản xuất da, gỗ, mực in... Màu hữu cơ xanh methylene (MB) là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản xuất mực in,…. MB có thể gây ra các bệnh về mắt, da, đường hô hấp, tiêu hóa, thậm chí là ung thư.
Do tính tan cao, MB nói riêng và các thuốc nhuộm nói chung là tác nhân gây ô nhiễm các nguồn nước, độc hại đến con người và các sinh vật sống. Hơn nữa, thuốc nhuộm trong nước thải rất khó loại bỏ vì chúng ổn định với ánh sáng, nhiệt và các tác nhân gây oxy hóa.
Thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu các phương pháp để xử lý thuốc nhuộm trong nước thải như phương pháp hấp phụ, trao đổi ion, keo tụ..., trong đó phương pháp hấp phụ tỏ ra có nhiều ưu việt bởi tính kinh tế, hiệu quả, thao tác đơn giản và dễ thực hiện. Nhóm nghiên cứu lựa chọn vỏ sắn để tạo than sinh học sử dụng như một chất hấp phụ methylene trong nước thải.
 |
Than sinh học xử lý nước thải. |
Làm sạch nước thải trong 25 phút
Mẫu vỏ sắn sau khi thu gom được rửa sạch, cắt nhỏ và đem sấy khô ở nhiệt độ 105 độ C trong 3 giờ. Tiếp theo, mẫu được nung yếm khí ở nhiệt độ 600 độ C trong 1 giờ, thu được sản phẩm mẫu than BC-S, có màu đen, không mùi.
Kết quả phân tích cho thấy rằng hình thái bề mặt của BC-S ở dạng các hạt phẳng xếp chồng lên nhau, chứa nhiều hóc được biết như là các tâm hấp phụ, kích thước hạt trung bình 10µm.
Xen giữa các hạt phẳng là các rãnh mao quản, hạt phẳng tương đối đều nhau, các lỗ trống xen kẽ nhiều và sâu làm tăng diện tích bề mặt riêng, vì vậy sẽ làm tăng khả năng hấp phụ.
Cấu trúc BC-S tồn tại dạng tinh thể carbon graphite chứa các nhóm đặc trưng của than sinh học có diện tích bề mặt riêng là 2,66 m2/g. Các kết quả phân tích cho thấy trong cấu trúc của sản phẩm là một dạng khoáng chứa nhiều nhóm chức hữu cơ và carbon, làm cho than sinh học có khả năng hấp phụ hóa học.
Nghiên cứu khả năng ứng dụng BC-S làm chất hấp phụ MB, tại nồng độ 15ppm, thời gian hấp phụ là 25 phút, cho thấy khả năng hấp phụ cực đại là 5,10 mg MB/g BC-S. Các kết quả cho thấy có thể sử dụng BC-S làm chất hấp phụ xử lý nước thải mang màu rộng rãi ở quy mô công nghiệp.
Nghiên cứu đã được công bố trên số 62, năm 2023 của Tạp chí khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp TPHCM. Nhóm nghiên cứu cho biết, hiện tại ở Việt Nam chưa có đề tài nào nghiên cứu sử dụng biochar chế tạo từ vỏ sắn sử dụng làm chất hấp phụ màu hữu cơ xanh methylene xanh.
Đây là hướng đi tiên phong nhưng cũng có khả năng ứng dụng rất cao. Định hướng trong tương lai của nhóm là ứng dụng BC-S tiếp theo như là làm chất xúc tác, chất cải tạo đất, hoặc làm điện cực trong lĩnh vực điện hóa.
Để than sinh học đóng góp hiệu quả trong việc đổi mới sản xuất ở nông thôn và cải thiện đời sống nông dân, vấn đề cần quan tâm là ứng dụng vào thực tiễn các công nghệ và thiết bị sản xuất than sinh học hiệu quả và phù hợp với điều kiện của nông thôn Việt Nam.
