THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

• Tên đề tài: Nghiên cứu hấp phụ Cd trong môi trường nước sử dụng tổ hợp vật liệu graphene-bùn đỏ
• Mã số: ĐH2017-TN01-04
• Chủ nhiệm đề tài: TS. Hà Xuân Linh
• Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
• Thời gian thực hiện: Từ tháng năm 2017 đến tháng 12 năm 2018

2. Mục tiêu

• Tìm ra quy trình chế tạo tổ hợp vật liệu graphene/bùn đỏ có khả năng hấp phụ Cd trong môi trong môi trường.
• Xây dựng qui trình sử dụng vật liệu composit graphene/bùn đỏ để xử lý Cd trong nước thải tại một số khu công nghiệp. Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp loại B theo QCVN-40 hiện hành.

3. Tính mới và sáng tạo

Đề tài đã tái sử dụng bùn đỏ là bùn thải trong quá trình sản xuất nhôm kết hợp với graphene được chế tạo bằng phương pháp điện hoá để tạo thàng vật liệu tổ hợp graphene/bùn đỏ làm vật liệu nghiên cứu xử lý hấp phụ Cd trong môi trường nước. Đây là một vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguyên liệu thải sắn có của quá trình sản xuất nhôm và đang là vấn đề nóng trong xử lý môi trường. Với kết quả nghiên cứu khả quan của đề tài sẽ mở ra một tiềm năng mới trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước và tân dung được nguồn thải bùn đỏ từ công nghiệp sản xuất nhôm ở Việt Nam.

4. Kết quả nghiên cứu

Qua nghiên cứu đề tài đã chỉ ra được một số kết quả chính:

1. Đã tạo ra được vật liệu hấp phụ là hỗn hợp từ graphene/bùn đỏ (REEG) bằng cách sử dụng dung dịch điện ly là hỗn hợp của bùn đỏ ướt (150 mL) và (NH₄)₂SO₄ (300 mL; 2.5%) pH của dung dịch được điều chỉnh bằng cách thêm vào dung dịch KOH 7,5% cho đến khi pH đạt giá trị 14. Sản phẩm REEG được chứng minh là có khả năng hấp phụ Cd(II) tốt, với chi phí thấp và hứa hạn áp dụng cho các sử lý nước thải hiệu quả.
2. Đã đánh giá được đặc điểm, hình thái của vật liệu hấp phụ là hỗn hợp từ graphene/bùn đỏ (REEG) bằng ảnh chụp kính hiển vi điện tử như xác định được: REEG là tổ hợp của các hạt bùn đỏ và tấm graphene hình thành các cụm, có chứa cả các mảnh graphene và hạt nano, thành phần hoá học của vật liệu được xác định bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) tiến hành đồng thời với quan sát ảnh TEM. Nhận thấy rõ, Fe là thành phần chiếm ưu thế trong REGG với 29,3% khối lượng, và các thành phần chủ yếu khác là các oxit của C, O, Al và Si, dạng thù hình hematite là dạng chiếm ưu thế.
3. Nghiên cứu được khả năng xử lý ô nhiễm Cd trong nước của tổ hợp vật liệu gaphene/bùn đỏ (REEG) như: xác định được điểm đẳng điện (pH_pzc) của vật liệu hấp phụ là pH_pzc = 8,1, lựa chọn pH hấp phụ Cadimi tốt nhất đối với dung dịch Graphene - bùn đỏ là khoảng pH= 6, lựa chọn được thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 60 phút, lựa chọn khối lượng vật liệu hấp phụ (VLHP) bằng 0,1g cho các nghiên cứu tiếp theo, đã xác định được trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của dung dịch thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ của VLHP lại giảm, chỉ ra được hiệu suất REEG là 98,95%. Nghiên cứu cũng khẳng định dung lượng hấp phụ tối đa của Graphene - bùn đỏ đã được xử lý hoàn thiện cao hơn hầu hết các chất hấp phụ khác như vỏ cây sôi, bã cà phê, lõi ôliu, nano ôxit sắt từ.
4. Kết quả thử nghiệm với nước suối Cát cho thấy REEG có khả năng hấp phụ Cd (II) ra khỏi mẫu nước suối. Mẫu nước suối chứa nồng độ Cd 0,125 mg/L sau khi được xử lý bằng REEG, nồng độ Cd (II) đã đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải xả vào khu vực lấy nước để sử dụng theo QCVN24:2011/BTNMT.

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học:

1. Xuan Linh Ha, Ngan Hanh Hoang, Thi Trang Nhung Nguyen, Thi Thuy Nguyen, Thanh Ha Nguyen Van Thanh Dang, and Nhat Huy Nguyen (2017), “Removal of Cd(II) from Aqueos Solutions Using Red mud/graphen Composite”, Proceedings of 4th Congrès International de Gesotechnique-Ouvrages-Structures, Lecture Note in Civil Engineering 8/Pringer Nuture Singapore, pp. 1044-1052.
2. Phùng Thị Oanh, Đỗ Trà Hương, Lome Phengkhammy, Hà Xuân Linh (2017), “Nghiên cứu hấp phụ Metylen xanh bằng vật liệu graphene-bùn đỏ hoạt hóa trong môi trường axit”, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 22(2), tr. 94-98.
3. Ha Xuan Linh, Hoang Ngan Hanh, Nguyen Thi Trang Nhung, Nguyen Thi Thuy, Nguyen Thanh Hai, Dang Van Thanh, Nguyen Nhat Huy (2017), “Red mud/Activated graphite for Cadimium Adsorption from aqueous solutions”, The 6^th Asian Symposium on Advance Materials: Chemitry, Physics, Biomedicine of Functional and Novel Materials, Ha Noi.

5.2. Sản phẩm đào tạo

* Hướng dẫn sinh viên làm đề tài tốt nghiệp:

1. Nguyễn Thị Trang Nhung (2017), Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cadimi trong môi trường nước sử dụng vật liệu tổ hợp graphene-bùn đỏ, Khóa luận tốt nghiệp sinh viên, Trường Đại học Nông Lâm – Đại học Thái Nguyên.

* Hướng học viên thạc sĩ đề tài tốt nghiệp:

1. Lome Phengkhammy (2017), Nghiên cứu hấp phụ metylen xanh, phẩm đỏ ĐH 120 của vật liệu hấp phụ composite chế tạo từ graphene và bùn đỏ, Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm – Đại học Thái Nguyên.

5.3 Sản phẩm ứng dụng

• Quy trình chế tạo tổ hợp vật liệu graphene và bùn đỏ bằng phương pháp điện hóa.
• Quy trình sử dụng vật liệu sử dụng tổ hợp vật liệu graphene-bùn đỏ để xử lý Cd trong môi trường nước.

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu

• Phương thức chuyển giao: Chuyển giao các kết quả nghiên cứu dưới dạng văn bản (báo cáo, đề tài học viên, sinh viên và bài báo khoa học)
• Địa chỉ ứng dụng: Đề tài sau khi được nghiêm thu sẽ chuyển giao cho Trung tâm học liệu và CNTT của Đại học Thái Nguyên làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và các nhà nghiên cứu quan tâm tới lĩnh vực nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý nước ô nhiễm.
• Tác động và lợi ích mang lại của kết quả đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng để ứng dụng trong cải tiến, xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng nói chung và Cd nói riêng, phương pháp dễ thực hiện, tận dụng được phế thải của công nghiệp sản xuất nhôm, là một trọng những giải pháp giúp hạn chế ô nhiễm môi trường của phể thải bùn đỏ.

INFORMATION OF RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: A Study on Adsorption of Cd from Aqueous Solution Using Graphene/Red Mud Composite
• Code number: ĐH2017-TN01-04
• Coordinator: Ha Xuan Linh
• Implementing institution: Office of Thai Nguyen University
• Duration: from January, 2017 to December 2018

2. Objectives

• To discover the process of making graphene/red mud composite by removing Cd in aqueous solution.
• To build the process of using graphene/red mud composite material to remove Cd in wastewater in some industrial areas. Wastewater treatment will meet level B of the control criterion number 40 according to Vietnam Environmental Standard.

3. Creativity and innovation

In this project, we used red mud which is the waste mud from the process of aluminum production. The red mud was mixed with graphene to create a composite material. We developed a simple and convenient one-step method for the activation of graphite using high basic red mud slurry to produce a mixture of red mud/graphene (REEG) under mild reaction conditions. The wet red mud was mixed up with graphene by direct electrochemical exfoliation of graphite in its solution. The REEG obtained was characterized and applied for the removal of Cadmium (Cd(II)) from aqueous solutions. Results showed that REEG is effective for the removal of Cd(II) from aqueous environment, which could also act as an effective adsorbent for the removal of other heavy metals from polluted water.

4. Research results

1. An adsorbent from red mud/graphene composite (REEG) was successfully created. Red mud (RM) slurry material (150mL) was mixed with 300 mL of (NH₄)₂SO₄ 2.5% and further added with KOH solution 7.5% to form an electrolytic solution at pH 14. The REEG material has proven to be an effective but low-cost adsorbent for the removal of Cd (II), which could be promising for wastewater treatment applications.
2. The characteristics and morphology of adsorbent is a mixture from red graphene/mud (REEG) with electron microscope as determined: REEG is a combination of red mud particles and graphene sheet forming clusters, containing both graphene and nanoparticles, the chemical composition of the material is determined by X-ray dispersion spectroscopy (EDS) conducted simultaneously with the observations of TEM images. Realizing that Fe is the dominant component in REGG with 29.3% of the mass, and other key components are oxides of C, O, Al and Si, hematite-shaped environment is the dominant form.
3. Study on the ability of domestic Cd pollution treatment of a combination of graphene / red mud material (REEG) such as determining the isoelectric point (pHpzc) of adsorbent material with pHpzc = 8.1, choosing pH Cadimi adsorption which is best for the Graphene - red mud solution with pH = 6, deciding on the amount of time to reach adsorption equilibrium which is 60 minutes, choosing the amount of adsorbent (VLHP) equal to 0.1g for the In the next study, determined in the concentration range of the survey, when the initial concentration of the solution increased, the adsorption capacity increased, while the adsorption efficiency of VLHP decreased, indicating a REEG of 98, 95%. The study also confirmed that the maximum adsorption capacity of Graphene - red mud has been treated to be higher than most other adsorbents such as boiling bark, coffee grounds, olive cores, nano iron oxide.
4. Test results with Cat spring water show that REEG is capable of adsorbing Cd (II) from the sample of spring water. Samples of mineral water containing Cd 0.125 concentration after being treated with REEG and Cd concentration (II) have reached the permitted standards for wastewater discharged into the water intake area for use according to QCVN24:2011/BTNMT.

5. Products

5.1. Scientific products

1. Xuan Linh Ha, Ngan Hanh Hoang, Thi Trang Nhung Nguyen, Thi Thuy Nguyen, Thanh Ha Nguyen Van Thanh Dang, and Nhat Huy Nguyen (2017), “Removal of Cd(II) from Aqueos Solutions Using Red mud/graphen Composite”, Proceedings of 4th Congrès International de Gesotechnique-Ouvrages-Structures, Lecture Note in Civil Engineering 8/Pringer Nuture Singapore, pp. 1044-1052.
2. Do Tra Huong, Nguyen Ngoc Mai, Ha Xuan Linh (2017), “Adsoption reaction red 120 dyes from queous solution by the acid modified graphene/red mud”. Vietnam Juornal of Chemistry, 55(5E1,2) pp. 284-288
3. Ha Xuan Linh, Pham Van Hao, Nguyen Thi Thuy Nguyen Thanh Hai, Nguyen Nhat Huy, Dang Van Thanh (2017), “Graphene Preparation by electrochemical exfoliaton of graphite in basic electrolyte”. Vietnam Juornal of Chemistry, 55 (3e12), pp. 341-345.
4. Phung Thu Oanh, Do Tra Huong, Lome Phengkhammy, Ha Xuan Linh (2017), “Adsoption Metylene blue from aqueous solution by the acid modified graphene/red mud”, Journal of Analitical Sciences, Vol 22 No 2, pp. 94-98.
5. Ha Xuan Linh, Hoang Ngan Hanh, Nguyen Thi Trang Nhung, Nguyen Thi Thuy, Nguyen Thanh Hai, Dang Van Thanh, Nguyen Nhat Huy (2017), “Red mud/Activated graphite for Cadimium Adsorption from aqueous solutions” The 6^th Asian Symposium on Advance Materials: Chemitry, Physics, Biomedicine of Functional and Novel Materials. Ha Noi.

5.2 Training products

* Guide student to do the thesis:

1. Nguyen Thi Trang Nhung (2017), Adsoption Cadimi from aqueous environment using graphene/red mud composite material, Thesis of student, University of Agriculture and Forestry – Thai Nguyen University.

* Guide Master Student to do the thesis:

1. Lome Phengkhammy (2017), Adsoption Metylene blue, red dyes (ĐH 120) from aqueous solution by the acid modified graphene/red mud, Master thesis, University of Education – Thai Nguyen University.

5.3 Application products

• Process of making graphene/red mud composite material by electrochemical method.
• Process of using graphene/red mud composite material for the removal of Cd in aqueous solution.

6. Transfer alternatives, application institution, impacts and benefits of research results

• Transferring method: The results of this study will be transferred through the documents (report, student thesis, master thesis, scientific papers)
• Address of application: The report will be transferred to Learning resource center – Thai Nguyen University.
• Impacts and benefits of the research results: The results of this study can not only be applied for the process of removing Cd but also removing other metals as it is cost-effective and easy to implement.