Sự phát triển khoa học kĩ thuật và công nghệ đã làm cho đời sống của con người ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên, sự phát triển đó đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường nước. Một trong số các chất gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước phải kể đến là các kim loại nặng và amoni. Các kim loại nặng và amoni gây ảnh hưởng xấu tới thành phần sinh học và các thành phần khác của môi trường nước. Các ion kim loại nặng độc hại độc hại được thải ra nguồn nước từ nhiều hoạt động sống và sản xuất của con người như Pb2+, Cu2+, Cd2+ trong khi amoni trong dung dịch thường tồn tại ở dạng NH4, không chỉ gây ô nhiễm môi trường mà còn gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người, liên quan trực tiếp đến sự biến đổi của gan, thận, gây ung thư và nhiều căn bệnh khác dù chỉ ở hàm lượng nhỏ.  Các ion kim 2 loại nặng Pb2+, Cu2+, Cd2+ có trong các nguồn nước thải công nghiệp trong khi amoni thường có trong các nguồn nước nông nghiệp. Việc nghiên cứu và xử lý các ion kim loại nặng và amoni trong nước có vai trò quan trọng trong bảo vệ sức khoẻ con người. Do đó, nghiên cứu xử lý các ion kim loại nặng và amoni đã và đang thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước.

Các ion kim loại nặng và amoni trong nguồn nước có thể xử lý bằng một số phương pháp như hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp keo tụ… Trong số các phương pháp xử lý ion kim loại nặng và amoni trong môi trường nước, hấp phụ sử dụng vật liệu rẻ tiền, sẵn có từ các nguồn thải, nguồn phụ phẩm nông nghiệp hay vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như các loại khoáng sét là một trong số những phương pháp hiệu quả cao và phù hợp với các nước đang phát triển.

Nhôm oxit (Al2O3), silica oxit (SiO2) là các chất hấp phụ quan trọng và đã được nghiên cứu rộng rãi trong công nghiệp hoá học, môi trường. Trong khi đó, đá ong là khoáng sét tự nhiên có chứa các oxit kim loại điển hình và có khả năng chế tạo thành vật liệu hấp phụ tốt. Những nghiên cứu gần đây cho thấy quá trình biến tính Al2O3, SiO2 và đá ong bằng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện thân thiện với môi trường có thể thay đổi nhiều đặc tính bề mặt của vật liệu hướng tới triển vọng để xử lý các ion kim loại nặng độc hại. Ngoài ra, Al2O3, SiO2 và đá ong đã được biến tính bằng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện để xử lý ô nhiễm kim loại nặng và amoni có thể phát triển thành vật liệu pha tĩnh cho kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu và xác định kim loại nặng và amoni trong nguồn nước cần mang vật liệu kích thước micromet lên cột nhồi. Vì vậy, nghiên cứu khả năng vận chuyển các ion kim loại nặng trên cột nhồi vật liệu hấp phụ kích thước micromet cũng rất quan trọng.

Đề tài khoa học “Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển một số ion kim loại nặng và ion amoni trên nhôm ôxit, silic ôxit và đá ong có kích thước micro-nano” do TS. Phạm Tiến Đức, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, làm chủ nhiệm nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+ và Cd2+) và NH4 + trên vật liệu Al2O3, SiO2 và đá ong có kích thước nanomet và micromet đã được chế tạo và biến tính bằng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện ứng dụng trong xử lý môi trường cũng như kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu và xác định chúng.

Để thực hiện mục tiêu trên, nghiên cứu hoạt hóa và xử lý bề mặt ôxit kim loại Al2O3, SiO2 và đá ong có kích thước micro-nano bằng nhiệt độ cao và biến tính bề mặt bằng hấp phụ chất hoạt động bề mặt hoặc polyme mang điện tích. Đặc tính cấu trúc và đặc tính bề mặt của vật liệu ôxit kim loại Al2O3, SiO2 và đá ong được đánh giá bằng các phương pháp vật lý và hoá lý hiện đại. Sau đó, nghiên cứu khả năng hấp phụ và đặc tính hấp phụ Cu2+, Pb2+, Cd2 và amoni NH4 + trên Al2O3, SiO2 và đá ong đã được biến tính bằng hấp phụ chất hoạt động bề mặt. Đánh giá quá trình hấp phụ đẳng nhiệt bằng các mô hình hai bước hấp phụ. So sánh thực nghiệm với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt, nhóm chức bề mặt để đề xuất cơ chế hấp phụ.

Sau một thời gian nghiên cứu, đề tài đã đạt được một số kết quả đáng chú ý như sau:

* Khả năng xử lý Pb2+ trong môi trường nước bằng hấp phụ sử dụng vật liệu nhôm oxit biến tính với chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm SDS cao hơn so với vật liệu không được biến tính.

* Khoảng pH tốt nhất để hấp phụ Pb2+ là 5 - 6.

* Thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 180 phút.

* Hiệu quả xử lý Pb2+ tăng khi tăng nồng độ muối NaCl trong dung dịch chứng tỏ ngoài lực tương tác tĩnh điện còn có các lực tương tác khác hoặc khả năng tạo các phức của chì trên bề mặt.

* Mô hình 2 bước hấp phụ đã được sử dụng thành công để mô tả đường đẳng nhiệt hấp phụ của Pb2+ trên Al2O3 biến tính.

* Dung lượng hấp phụ cực đại của Pb2+ trên nhôm oxit biến tính với SDS khá cao là 74,08 mg/g, chứng tỏ vật liệu nhôm oxit biến tính bằng SDS có tiềm năng để hấp phụ và xử lý ô nhiễm Pb2+ trong môi trường nước.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15125/2017) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.K.L (NASATI)