THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

• Tên đề tài: Nghiên cứu xử lý amoni (NH₄⁺ - N) trong nước bị ô nhiễm bằng than sinh học biến tính sản xuất từ phế phụ phẩm nông nghiệp
• Mã số: ĐH2017-TN06-05
• Chủ nhiệm đề tài: TS. Văn Hữu Tập
• Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên
• Thời gian thực hiện: Từ tháng 1 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018

2. Mục tiêu

• Tạo ra được than sinh học từ phế phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô) và biến tính để tăng cường khả năng hấp phụ amoni. Đánh giá được đặc tính hóa học của vật liệu.
• Đánh giá khả năng hấp phụ amoni trong nước bị ô nhiễm của các vật liệu nghiên cứu (than sinh học biến tính sản xuất từ lõi ngô) trên mô hình cột hấp phụ. Vật liệu sau hấp phụ được nghiên cứu khả năng hoàn nguyên để có thể sử dụng được vật liệu lâu dài hơn.

3. Tính mới và sáng tạo

Đề tài tái sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp (lõi ngô) để sản xuất than sinh học làm vật liệu nghiên cứu xử lý amoni trong môi trường nước. Đây là vật liệu hấp phụ được chế tạo từ nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có mang lại hiệu quả tốt. Với kết quả nghiên cứu khả quan sẽ mở ra tiềm năng ứng dụng phế phụ phẩm nông nghiệp trong xử lý môi trường, phục vụ quản lý và phát triển bền vững.

4. Kết quả nghiên cứu

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

1. Đã tạo ra được than sinh học từ lõi ngô (TLN) và than sinh học biến tính (B-TLN) bằng cách nhiệt phân chậm lõi ngô ở 400⁰C trong 2h với tốc độ gia nhiệt 10°C/phút, và được biến tính bằng HNO₃ 8M với tỷ lệ ngâm tẩm là 1:5 (trọng lượng/thể tích) trong vòng 24h ở nhiệt độ phòng (25⁰C ± 1⁰C). B-TLN được sử dụng cho các nghiên cứu về hấp phụ amoni mang lại hiệu quả tốt.
2. Đã đánh giá được một số đặc điểm của vật liệu như xác định được các nhóm chức bề mặt, thể tích lỗ rống trung bình. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy B-TLN có chứa nhiều nhóm chức axit hơn TLN ban đầu. Hình thái bề mặt của B-TLN có nhiều kích thước lỗ rỗng lớn hơn.3/ Than sinh học biến tính sản xuất từ lõi ngô có khả năng hấp phụ amoni tốt.

-  Trong thí nghiệm tĩnh đã chỉ ra điều kiện tối ưu pH cho quá trình hấp phụ amoni. Dung lượng hấp phụ cao nhất (4,45 mg/g) đạt được ở môi trường pH  = 8 (tương ứng tại C₀ = 10 mg/l).

- Trong thí nghiệm hấp phụ động (mô hình cột) cho thấy quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng bởi nồng độ amoni đầu vào, chiều cao cột và tốc độ bơm mẫu. Tại C₀ = 10 mg/l thì thời gian hấp phụ tối đa đạt là 1320 phút) khi tốc độ bơm 3ml/phút. Trong khi đó, thời gian hấp phụ đạt 3420 phút tương ứng chiều cao lớp vật liệu hấp phụ là 10 cm.

- Hiệu suất sử dụng cột hấp phụ lớn nhất tại điều kiện tối ưu là nồng độ C₀ = 10 mg/l, tốc độ bơm V = 3 ml/phút, chiều cao lớp vật liệu hấp phụ 20 cm là 70,82%. Kết quả hấp phụ tuân theo các mô hình động học hấp phụ (Thomas, Yoon – NelSon và Bohart – Adam) với hệ số tương quan cao (R² > 0,8). Kết quả tính toán từ mô hình phù hợp với kết quả thực nghiệm.

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học

1. Thi Mai Vu, Van Tuyen Trinh, Dinh Phuong Doan, Huu Tap Van, Tien Vinh Nguyen, Saravanamuthu Vigneswaran, Huu Hao Ngo (2017), “Removing ammonium from water using modified corncob – biochar”, Science Total Environment, 579, pp. 612- 619. (Tạp chí SCI, Q1, IF: 4.61).
2. Lan Huong Nguyen, Thi Mai Vu, Thi Trinh Le, Van Tuyen Trinh, Thi Pha Tran, Huu Tap Van (2019), “Ammonium removal from aqueous solutions by fixed-bed column using corncob based modified biochar”, Environmental Technology, 40(6), pp. 683-692. (Tạp chí SCI, Q2, IF: 1.7).
3. Văn Hữu Tập, Nguyễn Thị Hiên, Trần Thị Phả (2017), “Xử lý amoni (NH₄⁺ - N) trong nước ô nhiễm bằng than sinh học thông qua mô hình hấp phụ động”, Tạp chí Khoa học Đất, 51, Tr. 34-39.

5.2. Sản phẩm đào tạo

- Hướng dẫn sinh viên nghiên cứu khoa học:

1. Nguyễn Thị Hiên (2017), Xử lý amoni (NH₄⁺ - N) trong nước trên mô hình cột bằng than sinh học, Báo cáo đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên.
2. Nguyễn Thị Hương, Hoàng Thị Thu (2018), Nghiên cứu xử lý nước nhiễm amoni bằng than sinh học biến tính sản xuất từ lõi ngô, Báo cáo đề tài sinh viên nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên.

5.3. Sản phẩm ứng dụng

Quy trình chế tạo than sinh học biến tính để xử lý amoni.

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, bài báo khoa học).
• Địa chỉ ứng dụng: Đề tài sẽ chuyển giao cho Trung tâm Học liệu của Đại học Thái Nguyên, Thư viện Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và những nhà khoa học quan tâm đến lĩnh vực nghiên cứu xử lý nước thải.
• Tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:  Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để ứng dụng để cải tiến, xử lý nước bị ô nhiễm amoni; phương pháp dễ thực hiện, giá thành rẻ; tái sử dụng được nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp.

INFORMATION OF RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: Study on removal of ammonium from aqueous solution by modified biochar
• Code number: ĐH2017-TN06-05
• Coordinator: Dr. Van Huu Tap
• Implementing institution: Thai Nguyen University of Sciences
• Duration: from January 2017  to December 2018.

2. Objective(s)

• Making biochar from agricultural by-product (corncob) and modified biochar to enhance adsorption capacity for ammonium (NH₄⁺).
• Evaluation of ammonium adsorption capacity of research materials (corncob biochar) in fixed-bed column. The saturated corncob modified biochar was recovered to reused it for longer.

3. Creativeness and innovativeness

In this project, biochar from agricultural by product (corncob) were used as adsorbent materials for ammonium from aqueous solution. The use of available and low-cost adsorbent materials bring good results. The good results from this research will lead to potential application of agricultural by products in environmental treatment, management and sustainable development.

4. Research results

1. Corncob biochar (TLN) was produced by slow pyrolysis at 400⁰C for 2h and heat rate of 10°C/min and modified with HNO₃ 8M (impragnement rate of 1:5 (volumn of HNO₃/weight of TLN) to form corncob modified biochar (B-TLN). B-TLN was then used to study on ammonium adsorption with good results.
2. The characteristics of TLN and B-TLN were determined, such as functional group, average pore volume. The result shows that B-TLN consists more functional groups than BCC. The surface morphology of B-TLN has much larger pore sizes.
3. Ammonium was significatly removed by biochar and modified biochar generated from the corncob.

- In batch experiments: Suitable pH for ammonium adsorption process was determined at 8 with the highest adsorption capacity of 4.45 mg/g at initial ammonium concentration of 10 mg/l. 

- Column experiments: adsorption process was affected by initial ammonium concentration, bed height and flow rate. The time of adsorption was 1320 min  at initial ammonium concentration of 10 mg/l and flow rate of 3 ml/min. In addition, adsorption time was 3420 min in the experiment with bed height of 10 cm.

- Use of fix-bed column reached the highest efficiency of 70.82% at optimum conditions of initial ammonium concentration of 10 mg/l, flow rate of 3 ml/min, fix-bed column of 20 cm. Calculation results followed adsorption kinetic models (Thomas, Yoon – NelSon và Bohart – Adam) with high R² values (R² > 0,8). All models proved a strong correction of experimental data.

5. Products

5.1. Scientific products

1. Thi Mai Vu, Van Tuyen Trinh, Dinh Phuong Doan, Huu Tap Van, Tien Vinh Nguyen, Saravanamuthu Vigneswaran, Huu Hao Ngo (2017), “Removing ammonium from water using modified corncob – biochar”, Science Total Environment, 579, pp. 612- 619. (Tạp chí SCI, Q1, IF: 4.61).
2. Lan Huong Nguyen, Thi Mai Vu, Thi Trinh Le, Van Tuyen Trinh, Thi Pha Tran, Huu Tap Van (2019), “Ammonium removal from aqueous solutions by fixed-bed column using corncob based modified biochar”, Environmental Technology, 40(6), pp. 683-692. (Tạp chí SCI, Q2, IF: 1.7).
3. Van Huu Tap, Nguyen Thi Hien, Tran Thi Pha (2017), “Ammonium (NH₄⁺ - N) adsorption from aqueous solution by biochar in fixed bed column”, Journal of Vietnamese soil science, 51, pp. 34-39.

5.2. Training products

- Guide students to scientific research:

1. Nguyen Thi Hien (2017), Apsorption of ammonium (NH₄⁺ - N) from aqueous solution by biochar in fixed bed column, TNU - University of Sciences.
2. Nguyen Thi Huong, Hoang Thi Thu (2018), Research on removal of ammonium from aqueous solution by modified biochar generated from corncob, TNU - University of Sciences.

5.3. Aplication products

- Process of making modified biochar from corncob for ammonium adsorption.

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

• Transferring method: Transferring results from this study through a document (report, scientific papers).
• Address of application: This report will be transferred to Thai Nguyen Learning Resource Center – Thai Nguyen University (LRC-TNU) and Library at TNU – Thai Nguyen university of Sciences.
• Impacts and benefits of research results: The results from this project can be applied for improving and treating ammonium from polluted water; easy to implement, low cost; reuse of agricultural by-product residues.