Than sinh học hình cầu: Giải pháp hấp thụ độc chất ô nhiễm trong nước thải

Than sinh học hình cầu hấp thụ các chất ô nhiễm trong môi trường nước là một phát minh quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước thải hiện nay. Sản phẩm nghiên cứu của ThS Tôn Thất Lộc (TP.HCM) này mang đến giải pháp hiệu quả để loại bỏ các chất độc, đặc biệt là dư lượng dược phẩm, đang gia tăng trong nước thải đô thị.

1. Than sinh học và nhu cầu cấp thiết xử lý chất ô nhiễm dược phẩm

Ngoài các chất ô nhiễm truyền thống (thuốc nhuộm, kim loại nặng), sự xuất hiện phổ biến của các chất gây ô nhiễm dược phẩm đang báo động về tác động xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Điển hình là Paracetamol (PRC), được sử dụng điều trị phổ biến, đặc biệt trong giai đoạn dịch bệnh COVID-19.

• Thực trạng ô nhiễm: Việc sử dụng và xả thải dư lượng Paracetamol vào các dòng nước (cống, sông, kênh, hồ) ngày càng tăng cao, đòi hỏi phải có vật liệu xử lý nước hiệu quả.
• Giải pháp nghiên cứu: Nhóm nghiên cứu đã tìm ra câu trả lời bằng cách chế tạo vật liệu Than Sinh Học hình cầu từ tính, có nguồn gốc từ glucose và FeCl3.

2. Lợi thế vượt trội của than sinh học hình cầu

Khác với than hoạt tính truyền thống, vật liệu Than Sinh Học hình cầu cải tiến (Fe-SB) thể hiện nhiều đặc tính nổi trội:

• Nguồn gốc và chi phí: Sử dụng nguyên liệu glucose sẵn có trên thị trường và điều chế bằng phương pháp thủy nhiệt ở nhiệt độ thấp (190 – 220°C), giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất.
• Cấu trúc và khả năng hấp phụ: Vật liệu có cấu trúc carbon hình cầu với diện tích bề mặt lớn và hàm lượng các nhóm chức oxy cao hơn (carboxylic, carbonyl…), giúp tăng cường khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm khác nhau.
• Tính từ tính: Vật liệu được tổng hợp cùng oxit sắt, cho phép thu hồi và loại bỏ bùn thải bằng từ trường nam châm.

3. Quy trình điều chế than sinh học và cơ chế hoạt động

Vật liệu hấp phụ Fe-SB được chuẩn bị thông qua quá trình nhiệt phân một bước ở nhiệt độ thấp 400°C. Vật liệu này mang đặc điểm nổi bật của cả carbon hình cầu và oxit sắt hematite, với các hạt nano oxit sắt phủ kín bề mặt.

Vật liệu Fe-SB có khả năng hấp phụ tối đa Langmuir đối với PRC là 49,9 mg/g (ở 25°C), cao hơn đáng kể so với các loại than thủy nhiệt thông thường. Khả năng hấp phụ đạt trạng thái cân bằng nhanh chóng, trong khoảng 120 phút.

• Cơ chế chính: Tương tác ion – lưỡng cực và tương tác liên kết hydro.
• Yếu tố ảnh hưởng: Quá trình hấp phụ PRC không bị ảnh hưởng đáng kể trong môi trường pH từ 2 – 8, nhưng bị ảnh hưởng lớn khi pH > 9 và phụ thuộc vào cường độ ion (NaCl).

Để đưa vật liệu than sinh học này vào ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt, cần có sự đầu tư vào thiết bị sản xuất và hệ thống ứng dụng quy mô lớn.

Các công ty chuyên cung cấp thiết bị vật tư máy móc Công ty Cổ phần xuất nhập khẩu vật tư máy móc T&T đóng vai trò quan trọng:

• Cung cấp thiết bị lọc tách sắt trong nguyên liệu than, nhằm đảm bảo chất lượng nguyên liệu.
• Cung cấp giải pháp vận chuyển nguyên liệu than bằng băng tải cao su thích hợp nhằm tăng năng suất lao động.

Kết quả nghiên cứu về vật liệu than sinh học hình cầu từ tính này không chỉ đóng góp vào việc phát triển vật liệu xử lý chất ô nhiễm trong môi trường nước đạt hiệu quả cao, mà còn thân thiện với môi trường. Vật liệu có thể ứng dụng để xử lý nước thải tại các bệnh viện, cơ sở chăm sóc y tế và nước thải sinh hoạt. Việc kiểm soát được dư lượng dược phẩm và các chất độc hại khác trong nước thải bằng than sinh học sẽ góp phần thiết thực vào bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

Nguồn: Đài Phát thanh và Truyền hình Bắc Ninh