Nhằm chế tạo được vật liệu hấp phụ lưỡng cực Mg/Al LDH-Zeolite và nghiên cứu khả năng hấp phụ một số cation và anion kim loại nặng (Pb2+, Cd2+, CrO42-) trong đất của vật liệu này, đồng thời xác định mức độ ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đến quá trình hấp phụ, GS. TS. Đặng Văn Minh và các cộng sự tại Đại học Thái Nguyên đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu xử lý một số kim loại nặng trong môi trường đất bằng vật liệu hấp phụ lưỡng cực - Mg/Al LDH-zeolit”.

 

Đề tài tập trung vào các nội dung sau:

(1) Chế tạo vật liệu hấp phụ lưỡng cực Mg/Al LDH-Zeolite. Thực hiện chế tạo vật liệu bằng phương pháp in-situ hoặc ex-situ. Thử nghiệm khả năng hấp phụ các anion và cation kim loại nặng trong môi trường nước để đánh giá và lựa chọn điều kiện chế tạo tối ưu trước khi ứng dụng xử lý trong môi trường đất.

(2) Nghiên cứu khả năng hấp phụ các cation kim loại nặng (Pb2+, Cd2+) trong môi trường đất. Sử dụng vật liệu Mg/Al LDH-Zeolite đã chế tạo được từ Nội dung 1 để nghiên cứu khả năng hấp phụ Pb2+ và Cd2+ trong đất.

(3) Nghiên cứu khả năng hấp phụ anion kim loại nặng (CrO42-​) trong môi trường đất. Tập trung vào khả năng hấp phụ ion CrO42- trong môi trường đất bằng vật liệu Mg/Al LDH-Zeolite đã chế tạo.

(4) Nghiên cứu khả năng hấp phụ đồng thời cả cation và anion kim loại trong môi trường đất. Khảo sát khả năng hấp phụ đồng thời các ion Pb2+, Cd2+ và CrO42- của vật liệu Mg/Al LDH-Zeolite trong đất.

(5) Nghiên cứu cơ chế hấp phụ cố định cation (Pb2+, Cd2+) và anion (CrO4 2-) trong môi trường đất của vật liệu Mg/Al LDH-Zeolite. Đi sâu tìm hiểu cơ chế hóa học và vật lý của quá trình hấp phụ các ion Pb2+, Cd2+ và CrO42- bởi vật liệu lưỡng cực này.

Sau một thời gian triển khai thực hiện, nhóm đề tài đã chế tạo thành công vật liệu Mg/Al LDH-Zeolite lưỡng cực với đặc tính lý hóa vượt trội, đặc biệt là tăng diện tích bề mặt từ 26.15m2/g lên 252.66m2/g.

1. Khả năng hấp phụ trong nước

Vật liệu này cho thấy hiệu quả cao trong việc loại bỏ Cr(VI) và Pb(II) trong nước, với ILZ3 (30% LDH) là tối ưu ở pH 5.0. Dung lượng hấp phụ tối đa là 59.39mg/g cho Cr(VI) và 63.82mg/g cho Pb(II), tổng dung lượng hấp phụ đồng thời đạt 103.92mg/g. Cơ chế hấp phụ theo mô hình Sips và động học bậc hai giả.

2. Cố định kim loại nặng trong đất

Cả Zeolite và Mg/Al LDH-Zeolite đều hiệu quả trong cố định Pb, Cd, Cr trong đất ô nhiễm.

Cố định Cr: Hàm lượng Cr trao đổi giảm đáng kể (từ 80.34% xuống 25.06%) với 3% zeolite tự nhiên sau 30 ngày ủ ở pH 5-9. Cơ chế chính là trao đổi ion, kết tủa và hấp phụ bề mặt, hình thành liên kết cacbonat và chất hữu cơ.

Cố định Cd và Pb: Mg/Al LDH-Zeolite vượt trội hơn zeolite từ 1.5 đến 1.6 lần. Điều kiện tối ưu là pH 7.0, 3% chất hấp phụ, 30 ngày ủ và 70% độ ẩm. Hàm lượng Cd trao đổi giảm từ 87.65% xuống 26.36% (với Mg/Al LDH-Zeolite), và Pb trao đổi giảm từ 90.02% xuống 35.24% (với Mg/Al LDH-Zeolite). Cơ chế cố định chính là kết tủa, đồng kết tủa, lực hút tĩnh điện tạo thành CdCO3​ và PbCO3​, do sự hiện diện của các nhóm chức bề mặt và các oxit kim loại trong cấu trúc vật liệu.

Những kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng lớn của Mg/Al LDH-Zeolite trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong cả nước và đất. Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã được công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín như RSC Advances, Separation Science & Technology, và Vietnam Journal of Science and Technology.

Vật liệu hấp phụ zeolite lưỡng cực này có nhiều tiềm năng và giá trị ứng dụng thực tế trong việc xử lý kim loại nặng trong đất và nước bị ô nhiễm. Chính vì vậy, cần tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng kết quả của đề tài trong việc xử lý kim loại nặng ở nhiều môi trường đất ô nhiễm khác nhau, bao gồm đất bị ô nhiễm do khai khoáng, sản xuất công nghiệp hoặc nông nghiệp.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21082/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)