THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

• Tên đề tài: Nghiên cứu khả năng xử lý Crom (Cr(VI) trong nước bằng quá trình hấp phụ trên cơ sở vật liệu biến tính thu hồi từ chất thải rắn
• Mã số: ĐH2019-TN02-04
• Chủ nhiệm đề tài: TS. Hoàng Lê Phương
• Tổ chức chủ trì: Trường ĐH Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên
• Thời gian thực hiện: 01/03/2019 đến 28/02/2021

2. Mục tiêu

• Đưa ra giải pháp biến tính hai loại vật liệu thu hồi từ chất thải rắn (bao gồm lõi ngô và vỏ ốc thải) để tăng khả năng hấp phụ crom trong nước ô nhiễm.
• Đánh giá được đặc trưng vật lý và hóa học của hai loại vật liệu hấp phụ thu hồi từ chất thải rắn (lõi ngô, vỏ ốc thải).
• Nghiên cứu sử dụng vật liệu hấp phụ thu hồi để loại bỏ crom (Cr(VI) trong nước.

3. Tính mới và sáng tạo

• Nghiên cứu đã phát triển vật liệu hấp phụ từ tính thu hồi từ lõi ngô và vỏ ốc bằng phương pháp đơn giản ứng dụng trong hấp phụ xử lý Cr(VI) trong nước.
• Nghiên cứu đã xác định tỷ lệ biến tính phù hợp với từng loại vật liệu lõi ngô và vỏ ốc đồng thời xác định được một số tính chất hóa lý quan trọng của vật liệu như: diện tích bề mặt BET, cấu trúc bề mặt SEM, thành phần nguyên tố EDS, phân tích XRD và các nhóm chức bề mặt FTIR.
• Nghiên cứu đã khảo sát được các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ Cr(VI) của các vật liệu thu được bằng kỹ thuật tĩnh, các mô hình động học và mô hình đẳng nhiệt phù hợp đồng thời xác định được cơ chế hấp phụ.

4. Kết quả nghiên cứu

• Đối với vật liệu lõi ngô từ tính: tỷ lệ ngâm tẩm Fe/lõi ngô thích hợp là 20% về khối lượng là tối ưu nhất cho hấp phụ Cr(VI) trong nước. Vật liệu thu được ở tỷ lệ này MCB20 có tính từ cao với các hạt ion Fe³⁺ được phân bố trên bề mặt và có cấu trúc hóa lý phù hợp cho quá trình hấp phụ. Kết quả khảo sát sự hấp phụ Cr(VI) trong nước của vật liệu MCB20 cho thấy: Cr(VI) được hấp phụ tốt trong môi trường axit, cụ thể pH =3 là tối ưu; Dung lượng hấp phụ cực đại khá cao đạt 25,94 mg/g; Mô hình động học bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt Sip phù hợp nhất với quá trình hấp phụ Cr(VI) lên MCB20; Cơ chế hấp phụ Cr(VI) của MCB20 gồm cơ chế lực hút tĩnh điện, trao đổi ion và sự chuyển hóa Cr(VI) về Cr(III). Các cơ chế này do sự đóng góp của các ion Fe³⁺ trên bề mặt vật liệu.
• Đối với vật liệu vỏ ốc từ tính: tỷ lệ ngâm tẩm Fe/vỏ ốc thích hợp là 25% về khối lượng là tối ưu nhất cho hấp phụ Cr(VI) trong nước. Phân tích tính chất lý hóa của vật liệu thu được ở tỷ lệ này MSS25 cho thấy có các hạt CaCO₃ and Fe₃O₄ phân bố tốt trên bề mặt. Kết quả khảo sát sự hấp phụ Cr(VI) trong nước của vật liệu MSS25 cho thấy:  vật liệu có khả năng hấp phụ Cr(VI) trong nước ở pH thích hợp từ 2 đến 3; Dung lượng hấp phụ cực đại có thể đạt 46,08 mg/g; Mô hình động học bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt Langmuir phù hợp nhất với quá trình hấp phụ Cr(VI) lên MSS25. Cũng giống như vật liệu MCB20, cơ chế hấp phụ Cr(VI) của MSS25 gồm cơ chế lực hút tĩnh điện, trao đổi ion và sự chuyển hóa Cr(VI) về Cr(III). Các cơ chế này do sự đóng góp của các hạt CaCO₃ and Fe₃O₄ trên bề mặt vật liệu.

5. Sản phẩm

2 bài báo khoa học thuộc danh mục SCI:

1. Le Phuong Hoang,   Huu Tap Van,   Lan Huong Nguyen,   Duy-Hung Mac,   Thuy Trang Vu,  L. T. Ha  and  X. C. Nguyen (2019), “Removal of Cr(VI) from aqueous solution using magnetic modified biochar derived from raw corncob”, New J. Chem, 2019,43, 18663-18672, https://doi.org/10.1039/C9NJ02661D.
2. Le Phuong Hoang, Thi Minh Phuong Nguyen, Huu Tap Van, Thi Kim Dung Hoang, Xuan Hoa Vu, Tien Vinh Nguyen, N. X. Ca (2020), “Cr(VI) Removal from Aqueous Solution Using a Magnetite Snail Shell”, Water Air Soil Pollut (2020) 231: 28, https://doi.org/10.1007/s11270-020-4406-4.

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

Tác động và lợi ích mang lại đối với lĩnh vực khoa học công nghệ, giáo dục đào tạo:

• Nghiên cứu góp phần mở rộng kiến thức về tái sử dụng vật liệu thải để xử lý chất thải, đặc biệt kiến thức về chế tạo vật liệu hấp phụ từ chất thải để xử lý chất ô nhiễm.
• Nâng cao khả năng nghiên cứu khoa học của giảng viên và sinh viên, tiếp cận được với những nghiên cứu mang tính quốc tế.
• Nghiên cứu là tài liệu tham khảo cho sinh viên, giáo viên chuyên ngành quản lý và kỹ thuật môi trường đặc biệt trong lĩnh vực thu hồi, tái chế chất thải, hấp phụ xử lý chất ô nhiễm trong nước thải.

Tác động và lợi ích mang lại đối với lĩnh vực phát triển kinh tế - xã hội:

• Giảm thiểu được những tác hại gây ô nhiễm môi trường do sự ô nhiễm Crom trong nước cũng như giảm sự thải bỏ chất thải rắn ra ngoài môi trường.
• Giúp thu hồi được một số vật liệu từ chất thải rắn
• Tạo sản phẩm có ích từ nguồn phế thải rẻ tiền

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: Research the ability to treat Cr (VI) in aqueous solution by adsorption process of modified materials recovered from solid waste
• Code number: ĐH2019-TN02-04
• Coordinator: TS. Hoang Le Phuong
• Implementing institution: Thai Nguyen University of Techlonogy
• Duration: from   03/2019 to 02/2021

2. Objective(s)

• Provide the method for modify two types of materials which recovered from solid waste (including corncob and snailshell) to increase the ability to adsorb Cr (VI) in wastewater.
• Evaluate the physical and chemical characteristics of two adsorbents which recovered from solid waste (corncob, snailshell).
• Investigate the Cr(VI) adsorption in aqueous solution using two absorbents.

3. Creativeness and innovativeness

• Research has developed the magnetic adsorbent which recovered from corncob and snail shell by the simple method to adsorb Cr (VI) treatment in wastewater.
• Research has determined the suitable impregnation ratio for each type of materials including corncob and snail shell and identified some important physical and chemical characteristics of the absorbent such as BET surface area, SEM and EDS, the crystalline structures XRD and FTIR functional groups in the adsorbents.
• Research has investigated the factors affecting the Cr(VI) adsorption of magnetic corncob and magnetic snail shell as well as the Cr(VI) adsorption mechanism.

4. Research results

• - Magnetic corncob biochar: suitable impregnation ratio of iron/corncob at 20% (w/w) (MCB20) for removal of Cr(VI) from aqueous solutions. In this study, the MCB20 had an outstanding Cr(VI) removal ability under acidic pH conditions. The physio-chemical properties data indicated that the Fe3+ ions were distributed uniformly on the surface of the corncob biochar. The synthesized magnetic biochar achieved a high magnetization and maintained the structure stability of magnetic particles after contacting with Cr(VI) solution at pH 3.0. The results demonstrated that the maximum adsorption capacity of Cr(VI) by MCB20 significantly increased after magnetization and reached 25.94 mg/g. The Sips and pseudo-second-order models fitted the best to experimental data with excellent correlation coefficients. The main mechanisms contributing to Cr(VI) adsorption onto MCB20 include: electrostatic attraction, anion exchange, and adsorptioncoupled reduction. All adsorption mechanisms between Cr(VI) anions and MCB20 occurred due to the remarkable contribution of Fe3+ ions on the biochar surface after magnetization In this study, the MSS25’s.
• - Magnetic snail shell: suitable impregnation ratio of iron/corncob at 25% (w/w) (MSS25) for removal of Cr(VI) from aqueous solutions. The adsorption capacity of Cr(VI) reached its peak in acidic conditions at pH of 2–3. The physicochemical properties data indicated that CaCO₃ and Fe₃O₄ were distributed uniformly on the MSS25 surface. Our results demonstrated that the maximum adsorption capacity of Cr(VI) by MSS25 significantly increased after magnetization and the Langmuir maximum adsorption capacity of MSS25 was 46.08 mg Cr(VI)/g MSS25 at initial Cr(VI) concentration of 60 mg/L. The pseudo-secondorder model fitted the best to this study’s experimental data. Cr(VI) was adsorbed on MSS25 via ion exchange, electrostatic attraction, and adsorption-coupled reduction. The highly efficient removal of Cr(VI) by MSS25 was helped by large amounts of CaCO₃ and Fe₃O₄ on MSS25.

5. Products

02 SCI articles:

1. Le Phuong Hoang,   Huu Tap Van,   Lan Huong Nguyen,   Duy-Hung Mac,   Thuy Trang Vu,  L. T. Ha  and  X. C. Nguyen (2019), “Removal of Cr(VI) from aqueous solution using magnetic modified biochar derived from raw corncob”, New J. Chem, 2019,43, 18663-18672, https://doi.org/10.1039/C9NJ02661D.
2. Le Phuong Hoang, Thi Minh Phuong Nguyen, Huu Tap Van, Thi Kim Dung Hoang, Xuan Hoa Vu, Tien Vinh Nguyen, N. X. Ca (2020), “Cr(VI) Removal from Aqueous Solution Using a Magnetite Snail Shell”, Water Air Soil Pollut (2020) 231: 28, https://doi.org/10.1007/s11270-020-4406-4.

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

Impacts and benefits of science and technology and educational-training:

• Contribute to expanding knowledge about recycle of waste for waste treatment, especially knowledge on producing adsorbent from solid waste for wastewater treatment.
• Improve the scientific research ability of lecturers and students.
• Research is a reference for students and teachers specialized in environmental management and engineering, especially in the field of waste recovery, recycling, pollutant adsorption in wastewater.

Impacts and benefits of socio-economic:

• Minimizing the harmful effects causing due to Cr(VI) pollution in wastewater as well as reducing the disposal of solid waste into the environment.
• Helps recover some materials from solid waste.
• Create useful products from solid waste with low cost.

Lịch nghiệm thu