Ô nhiễm môi trường do các chất nhuộm công nghiệp, đặc biệt là thuốc nhuộm xanh methylen (XM), là một vấn đề nghiêm trọng trong nhiều ngành công nghiệp như dệt may, dược phẩm và hóa chất. Những chất nhuộm này không chỉ gây ô nhiễm nguồn nước mà còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, gây ra các vấn đề như đau đầu, mệt mỏi, rối loạn hô hấp và tác động tiêu cực đến hệ thần kinh. Vì vậy, việc tìm kiếm các phương pháp hiệu quả và bền vững để xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm đã trở thành một vấn đề cấp thiết.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu "Nghiên cứu điều kiện tối ưu để xử lý xanh methylen trong môi trường nước sử dụng vật liệu nano composite Mn3O4/than hoạt tính từ bã cà phê" được thực hiện với mục tiêu phát triển một phương pháp xử lý nước thải đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường. Đề tài này đã tập trung vào việc sử dụng bã cà phê (BCF), một phế phẩm thường xuyên bị vứt bỏ nhưng lại chứa thành phần hữu ích như lignocellulose, để chế tạo một vật liệu hấp phụ có khả năng xử lý thuốc nhuộm XM trong nước.

Mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ bã cà phê (BCF) kết hợp với mangan oxit (Mn3O4) để tạo ra một composite hấp phụ có khả năng xử lý hiệu quả thuốc nhuộm xanh methylen trong nước. Việc sử dụng BCF không chỉ giúp tái sử dụng phế phẩm từ ngành công nghiệp cà phê mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải này.

Nghiên cứu này mang lại ý nghĩa quan trọng cả về mặt môi trường lẫn kinh tế. Vật liệu composite Mn3O4/AC được tạo thành từ BCF và mangan oxit không chỉ có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm mạnh mẽ mà còn dễ sản xuất, chi phí thấp và có thể tái sử dụng nhiều lần, mang lại lợi ích kinh tế lớn. Điều này mở ra cơ hội sử dụng một nguồn tài nguyên sẵn có để xử lý ô nhiễm trong nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong các ngành sử dụng thuốc nhuộm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu đã thực hiện tổng hợp vật liệu nano composite Mn3O4/AC bằng phương pháp cacbon hóa một lần, sử dụng BCF và MnSO4.H2O làm tiền chất. Sau khi chế tạo thành công vật liệu, các thử nghiệm hấp phụ thuốc nhuộm xanh methylen (XM) được tiến hành dưới các điều kiện khác nhau, bao gồm nhiệt độ, thời gian nung, tỉ lệ BCF và MnSO4.H2O, pH, thời gian tiếp xúc và nồng độ thuốc nhuộm ban đầu. Các kết quả thu được chỉ ra rằng vật liệu Mn3O4/AC có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm cao hơn so với than hoạt tính và mangan oxit tinh khiết nhờ vào sự kết hợp giữa các tính chất hấp phụ vật lý và hóa học của các thành phần trong composite.

Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng composite Mn3O4/AC có khả năng hấp phụ thuốc nhuộm XM rất hiệu quả, với khả năng hấp phụ tối đa đạt 77.02 mg/g. Các điều kiện tối ưu để chế tạo vật liệu hấp phụ gồm nhiệt độ nhiệt phân 550°C, thời gian nung 2 giờ và tỉ lệ khối lượng BCF:MnSO4.H2O là 1:0.5. Các nghiên cứu về động học và đẳng nhiệt hấp phụ chỉ ra rằng quá trình hấp phụ tuân theo mô hình Freundlich (đẳng nhiệt) và mô hình PFO (động học), với sự hấp phụ tự phát và tỏa nhiệt. Đặc biệt, khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng rất ấn tượng, với hơn 90% hiệu quả hấp phụ vẫn được duy trì sau năm chu kỳ tái sử dụng.

Ứng dụng thực tiễn và triển vọng

Vật liệu Mn3O4/AC không chỉ có hiệu quả cao trong việc xử lý thuốc nhuộm XM mà còn có khả năng tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất. Điều này mang lại một giải pháp khả thi cho việc xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt trong các ngành sử dụng thuốc nhuộm. Hơn nữa, việc sử dụng bã cà phê – một loại phế phẩm sẵn có – để sản xuất vật liệu hấp phụ không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm nước mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường từ chất thải cà phê.

Kết luận

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu composite Mn3O4/AC từ bã cà phê để xử lý thuốc nhuộm xanh methylen là một phương pháp hiệu quả, bền vững và tiết kiệm chi phí. Đây là một hướng đi mới trong việc xử lý nước thải, giúp bảo vệ môi trường và giảm thiểu các nguy cơ ô nhiễm. Tuy nhiên, để đánh giá chính xác hiệu quả trong thực tế, các thử nghiệm cần được tiến hành với nước thải công nghiệp thực tế, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi cho vật liệu này trong xử lý nước thải công nghiệp trong tương lai.

Thông tin đề tài

Thuộc lĩnh vực khoa học và công nghệ: Kỹ thuật

Chủ nhiệm đề tài: Thạc sỹ

Trần Thị Kiều Ngân Năm nghiệm thu đề tài: 2023