Triển vọng ứng dụng vật liệu tổ hợp cấu trúc nano oxit sắt từ - than sinh học để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm

Nội dung text: Triển vọng ứng dụng vật liệu tổ hợp cấu trúc nano oxit sắt từ - than sinh học để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm

1. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TỔ HỢP CẤU TRÚC NANO OXIT SẮT TỪ-THAN SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NGUỒN NƯỚC BỊ Ô NHIỄM Nguyễn Thị Luyến*, Hà Minh Việt, Vũ Tiến Thành Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Gần đây, tình trạng nguồn nước ở Việt Nam bị ô nhiễm ion kim loại nặng và/hoặc chất màu hữu cơ là vấn đề mà toàn xã hội đang quan tâm. Trong khi các phương pháp xử lý nguồn nước thông thường có một số hạn chế, công nghệ nano kết hợp các hạt nano oxit sắt từ - than sinh học có khả năng thu hồi sản phẩm sau khi xử lý hấp phụ để tái sử dụng và tiết kiệm được chi phí, đồng thời còn làm tăng cường khả năng hấp phụ. Trong bài này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc nano Fe3O4 – than sinh học để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm. Trong đó, vật liệu tổ hợp cấu trúc nano Fe3O4 – than sinh học được chế tạo bằng phương pháp biến đổi đồng kết tủa, nguồn than sinh học được tạo ra từ các nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, thân lõi cây ngô, vỏ trấu, mùn cưa, vỏ trai hến, bùn đỏ, Cơ chế và quá trình hấp phụ các ion kim loại nặng, chất màu hữu cơ của hệ vật liệu này cũng được thảo luận. Từ khóa: Oxit sắt từ, than sinh học, công nghệ nano, ion kim loại nặng, chất màu hữu cơ ĐẶT VẤN ĐỀ* xung quang các bãi chứa chất thải ở các khu Nước sạch đã trở thành một nhu cầu của toàn vực khai thác khoảng sản chưa được quan xã hội và là chìa khóa quan trọng để bảo vệ tâm, xử lý nên mùa mưa nước kéo theo chất ô sức khỏe của cuộc sống. Tuy nhiên, hiện nay nhiễm trong bãi thải tràn ra môi trường ảnh các chất gây ô nhiễm môi trường đang là mối hưởng xấu đến đời sống của người dân và sản đe dọa nghiêm trọng đối với nguồn nước xuất nông nghiệp. ngọt, sinh vật sống và sức khỏe của cộng Hiện nay, có rất nhiều kỹ thuật khác nhau để đồng, đặc biệt là các ion kim loại nặng như làm sạch nguồn nước như hấp phụ, lắng đọng, Hg2+, Pb2+, Cr3+, Cr6+, Ni2+, Co2+, Cu2+, Cd2+, thẩm thấu ngược, trao đổi ion, điện hóa, màng Ag+, As5+ và chất màu hữu cơ. Theo số liệu lọc, bốc hơi, oxi hóa, [2,3]. Trong đó, hấp thống kê của Bộ Y tế, Bộ Tài nguyên và Môi phụ là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trường, trung bình mỗi năm có khoảng 9.000 mang lại hiệu quả kinh tế cao để loại bỏ các người tử vong vì nguồn nước ô nhiễm, trên ion kim loại nặng, chất màu hữu cơ và các vi 200.000 trường hợp được phát hiện ung thư khuẩn gây bệnh từ nước. Với sự phát triển mà một trong những nguyên nhân là do sử của công nghệ nano với giá thành thấp đã thu dụng nguồn nước bị ô nhiễm [1]. Theo số liệu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà thống kê, toàn tỉnh Thái Nguyên hiện có khoa học trong các lĩnh vực ứng dụng khác khoảng 250 mỏ, điểm khoáng sản trong đó nhau, trong đó phải kể đến lĩnh vực xử lý môi chủ yếu sử dụng các phương pháp khai thác trường bị ô nhiễm. Đã có nhiều công bố chỉ ra thủ công và bán thủ công, gây tổn thất và thất rằng chất lượng của nước được cải thiện bằng thoát tài nguyên đặc biệt là vấn đề ô nhiễm cách sử dụng các hạt nano, màng lọc nano, môi trường đất và nước. Kết quả khảo sát tại Sự tổng hợp các hạt nano từ Fe3O4 đã được suối Thác Lạc (huyện Đồng Hỷ), suối Nghinh phát triển mạnh mẽ không chỉ cho nghiên cứu Tường - Sảng Mộc (huyện Võ Nhai), mỏ Núi cơ bản mà còn có nhiều ứng dụng trong công Pháo cho thấy môi trường nước xung quanh nghệ như hình ảnh cộng hưởng từ, dẫn truyền các mỏ than và mỏ kim loại đã có dấu hiệu ô thuốc, thiết bị ghi từ, vv Đặc biệt, việc sử nhiễm, có nơi ô nhiễm trầm trọng. Môi trường dụng các hạt nano từ như là chất hấp phụ trong xử lý nước để tách và loại bỏ các ion * Email: luyennt@tnus.edu.vn kim loại nặng bằng cách sử dụng từ trường 119
2. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 ngoài đang được quan tâm nghiên cứu. Thông như: rơm rạ, vỏ trấu, thân lõi cây ngô, mùn thường, các hạt nano từ dễ bị oxi hóa trong cưa, vỏ trai hến, bùn đỏ, Đây là nguồn phế không khí và kết tụ lại trong hệ thống nước phẩm rất dồi dào trong nông nghiệp, có giá [4]. Vì vậy, việc chức năng hóa bề mặt của thành thấp tại Việt Nam. Do diện tích bề mặt các hạt nano từ để ổn định bề mặt là điều cần lớn nên than sinh học có khả năng hấp phụ các thiết. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các ion kim loại và chất màu hữu cơ. Trên Hình 1 hạt nano từ có kích thước < 30 nm thường có trình bày minh họa quá trình tạo ra than sinh diện tích bề mặt lớn, thể hiện tính chất siêu học từ các phế phụ phẩm nông nghiệp. thuận từ [5–7], những tính chất này rất hữu ích trong việc tách các ion kim loại nặng. Tuy nhiên, các công bố cho thấy [5–17] việc chức năng hóa bề mặt các hạt nano từ để xử lý môi trường thường cho hiệu quả hấp phụ các ion kim loại nặng không cao, hơn nữa công nghệ chế tạo lại phức tạp và không hiệu quả về kinh tế. Gần đây, việc nghiên cứu vật liệu tổ hợp cấu trúc nano Fe3O4 - than sinh học (MBC) [18– 24] với công nghệ đơn giản, giá thành rẻ, đặc Hình 1. Quá trình chế tạo than sinh học từ các biệt tăng cường khả năng hấp phụ các ion kim phế phụ phẩm nông nghiệp [25]. loại nặng và tái sử dụng chúng trong xử lý Mặc dù than sinh học có khả năng hấp phụ môi trường đã được quan tâm. Trong bài tổng các ion kim loại nặng và chất màu hữu cơ quan này, chúng tôi tập trung tìm hiểu về cao, tuy nhiên, chúng vẫn còn có hạn chế công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc trong việc tái sử dụng đó là phải ly tâm, lọc nano Fe3O4 – than sinh học với nguồn nguyên rửa. Để khắc phục nhược điểm này, các nhà liệu từ phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, khoa học đã nghiên cứu kết hợp hạt nano oxit thân lõi cây ngô, vỏ trấu, mùn cưa, vỏ trai sắt từ với than sinh học để làm tăng cường hến, bùn đỏ, Đây là một hướng nghiên cứu khả năng hấp phụ và dễ dàng đưa vào tái sử mới về xử lý nguồn nước bị ô nhiễm, có khả dụng bằng cách sử dụng một từ trường ngoài năng hấp phụ cao, dễ dàng tái sử dụng, giá thành thấp, mang lại triển vọng kinh tế cao. mà không cần ly tâm và lọc rửa. Trên Hình 2 và Hình 3 tương ứng trình bày mô hình công nghệ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ chế tạo MBC, trong đó than sinh học được tạo HỢP CẤU TRÚC NANO OXIT SẮT TỪ- THAN SINH HỌC ra từ nguồn phế phẩm trong nông nghiệp là vỏ lạc và lá bạch đàn. MBC được chế tạo bằng Than sinh học được tạo ra bằng quá trình phương pháp biến đổi đồng kết tủa. carbon hóa từ các phế phụ phẩm nông nghiệp Hình 2. Mô hình minh họa công nghệ chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc nano Fe3O4 – than sinh học [24]. 120
3. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 Hình 3. (a) Mô hình minh họa công nghệ chế tạo MBC, với nguồn than sinh học được sử dụng từ lá bạch đàn; (b) Mô hình tách MBC từ dung dịch nước lọc [26] Bảng 1. So sánh khả năng hấp phụ một số ion kim loại của MBC Chất hấp phụ Ion kim loại bị Dung lượng hấp phụ TLTK hấp phụ qe (mg/g) 6+ Hạt nano Fe3O4 Cr 20,2 [27] 6+ Hạt nano Fe3O4-đất sét Cr 13,88 [28] 6+ Hạt nano α-Fe2O3-đất sét-than sinh học từ Cr 81,7 [21] vỏ cây thông 5+ Hạt nano α-Fe2O3+Fe3O4 – than sinh học As 1,91 [29] từ vỏ óc chó As5+ 3,147 [30] Hạt nano γ – Fe2O3 than sinh học 2+ Hạt nano Fe3O4-than sinh học từ xương Pb 344,8 [31] lạc đà Cd2+ 322,6 Co2+ 294,1 2+ Hạt nano α-Fe2O3 – than sinh học từ rơm rạ Cd 49,3 [32] Cơ chế hình thành các hạt nano từ Fe3O4 bằng - Trong suốt quá trình bốc bay dung môi, phương pháp đồng kết tủa được giải thích Fe(OH)2 và Fe(OH)3 bị mất nước để tạo ra hạt theo phương trình (1) đến (4) [27]: nano từ Fe3O4 3+ - Fe +3OH Fe(OH)3(s) (1) - Sau khi than sinh học được xử lý với axit, Fe(OH)3(s) FeOOH(s)+H2O (2) chúng được bơm vào các hạt nano từ Fe3O4 2+ - để bao phủ lên bề mặt của hạt. Fe +2OH Fe(OH)2(s) (3) 2FeOOH(s)+Fe(OH)2(s) Fe3O4+H2O (4) KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ION KIM LOẠI Hay phương trình (1) đến (4) được viết lại: NẶNG VÀ CHẤT MÀU HỮU CƠ CỦA 3+ 2+ - MỘT SỐ VẬT LIỆU 2Fe +Fe +8OH 2Fe(OH)3+Fe(OH)2 Một thông số quan trọng để đánh giá khả Fe3O4(s)+4H2O (5) năng hấp phụ các ion kim loại nặng hoặc chất Cơ chế hình thành MBC theo phương pháp màu hữu cơ (chất bị hấp phụ) có trong nguồn biến đổi đồng kết tủa có thể được lý giải theo nước bị ô nhiễm đó là dung lượng hấp phụ các bước sau: cân bằng (qe). Dung lượng hấp phụ cân bằng 2+ 3+ - Fe và Fe được khuấy trộn trong nước cất là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị dưới điều kiện khuấy từ khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng - Fe(OH)2 và Fe(OH)3 được hình thành bằng trong điều kiện xác định về nồng độ và nhiệt cách thêm vào hỗn hợp dung dịch NH4OH độ [18–21] : 121
4. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 qe = (6) của MBC bao gồm: carboxylate – COOH, hydroxyl – OH, chúng có thể tương tác mạnh Trong đó: qe là dung lượng hấp phụ cân bằng với các ion kim loại nặng thông qua tương tác (mg/g); V là thể tích dung dịch chất bị hấp hút tĩnh điện, trao đổi ion hay phức hợp bề phụ (lít); m là khối lượng chất bị hấp phụ (g); mặt. Những ảnh hưởng này có thể được C0 là nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời chứng minh thông qua sự thay đổi nhóm chức điểm ban đầu (mg/l); Ccb là nồng độ của chất của MBC trước và sau khi hấp phụ ion kim bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/l). loại nặng [20,26-31]. Hơn nữa, các thành CƠ CHẾ HẤP PHỤ phần khoáng chất trong MBC, diện tích bề Để đánh giá hiệu quả loại bỏ các chất gây ô mặt, cấu trúc xốp cũng đóng vai trò quan nhiễm từ vật liệu tổ hợp cấu trúc nano oxit sắt trọng trong quá trình hấp phụ. từ - than sinh học, việc xác định cơ chế của Đối với các chất màu hữu cơ, cơ chế hấp phụ quá trình hấp phụ là rất cần thiết. Các đặc của MBC cũng thường là sự kết hợp của các trưng hấp phụ của MBC với các chất gây ô loại tương tác khác nhau [8,17,32-33]. Nhìn nhiễm như các ion kim loại nặng, các chất chung, tương tác tĩnh điện, hiệu ứng kị nước, màu hữu cơ là khác nhau. Ngoài ra, cơ chế liên kết hyđro, sự làm đầy lỗ có thể là cơ chế hấp phụ cũng còn phụ thuộc vào các đặc hấp phụ chính của MBC đối với các chất màu trưng khác nhau của MBC như nhóm chức bề hữu cơ. Các cơ chế khác nhau cho sự tương mặt, diện tích bề mặt cụ thể, cấu trúc xốp. tác của MBC đối với các chất màu hữu cơ Đối với các ion kim loại nặng, cơ chế hấp phụ được chỉ ra trên Hình 5. Cơ chế hấp phụ các thường liên quan đến hiệu ứng tích hợp của chất hữu cơ khác nhau và chúng liên quan đến một vài loại tương tác bao gồm: tương tác hút đặc trưng của MBC. Thứ nhất, đặc trưng bề tĩnh điện, trao đổi ion, hấp phụ vật lý, sự phức mặt của MBC đóng vai trò quan trọng trong hợp bề mặt hoặc sự kết tủa. Hình 4 minh họa hấp phụ các chất màu hữu cơ. Bề mặt của sự đa dạng các cơ chế hấp phụ của MBC đối MBC là không đồng nhất do cùng tồn tại cả với ion kim loại. carbon hóa và không carbon hóa, và các giai Các ion kim loại khác nhau, cơ chế hấp phụ đoạn của carbon hóa và không carbon hóa của khác nhau và phụ thuộc vào đặc tính của bề MBC thường đại diện cho các cơ chế hấp phụ mặt của MBC. Các nhóm chức trên bề mặt khác nhau. Bảng 2. So sánh khả năng hấp phụ một số chất màu hữu cơ của MBC Chất màu hữu cơ bị hấp Dung lượng hấp phụ q TLTK Chất hấp phụ e phụ (mg/g) Thuốc nhuộm màu 111,8 [9] Hạt nano Fe3O4 Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ cây Thuốc nhuộm màu 30,21 [18] dương xỉ Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ lá vả Thuốc nhuộm màu 53,47 [18] Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ vỏ lạc Thuốc nhuộm màu 58,69-64,12 [33] Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ bã chè Thuốc nhuộm màu 113,64 [34] Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ cây Xanh methylene 25 [18] dương xỉ Hạt nano Fe3O4 – than sinh học từ lá vả Xanh methylene 61,72 [18] 122
5. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 Hình 4. Sơ đồ minh họa cơ chế hấp phụ ion kim loại nặng của MBC [35] Hình 5. Sơ đồ minh họa cơ chế hấp phụ các chất màu hữu cơ của MBC [35]. KẾT LUẬN Bài tổng quan này đã cho thấy, sử dụng vật liệu tổ hợp cấu trúc nano của các hạt nano oxit từ - than sinh học, trong đó than sinh học được tạo ra từ các nguồn phế phụ phẩm trong nông nghiệp để xử lý nguồn nước bị ô nhiễm đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm. Chúng không những mang lại hiệu quả hấp phụ các ion kim loại nặng và chất màu hữu cơ cao, mà còn có thể dễ dàng tái sử dụng, có giá trị kinh tế cao. LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu này được tài trợ bởi Chương trình Nghị định thư Việt Nam – Italia, mã số nhiệm vụ: NĐT.05.ITA/15. 123
6. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO adsorption on Fe3O4nanoparticle-coated boron 1. nitride nanotubes, J. Colloid Interface Sci. 359 kien-moi-truong/9-000-nguoi-tu-vong-moi-nam- (2011) 261–268. doi:10.1016/j.jcis.2011.02.071. vi-nguon-nuoc-18577.htm. 12. Y. Wang, G. Morin, G. Ona-Nguema, F. 2. Y. Chen, B. Pan, H. Li, W. Zhang, L. Lv, J. Juillot, G. Calas, G.E. Brown, Distinctive Wu, Selective removal of Cu(II) ions by using arsenic(V) trapping modes by magnetite cation-exchange resin-supported nanoparticles induced by different sorption polyethyleneimine (PEI) nanoclusters, Environ. processes, Environ. Sci. Technol. 45 (2011) 7258– Sci. Technol. 44 (2010) 3508–3513. 7266. doi:10.1021/es200299f. doi:10.1021/es100341x. 13. M.R. Shishehbore, A. Afkhami, H. Bagheri, 3. S. Chen, Y. Zou, Z. Yan, W. Shen, S. Shi, X. Salicylic acid functionalized silica-coated Zhang, H. Wang, Carboxymethylated-bacterial magnetite nanoparticles for solid phase extraction cellulose for copper and lead ion removal, J. and preconcentration of some heavy metal ions Hazard. Mater. 161 (2009) 1355–1359. from various real samples, Chem. Cent. J. 5 doi:10.1016/j.jhazmat.2008.04.098. (2011) 17–20. doi:10.1186/1752-153X-5-41. 4. D. Maity, D.C. Agrawal, Synthesis of iron 14. M. Zhang, G. Pan, D. Zhao, G. He, XAFS oxide nanoparticles under oxidizing environment study of starch-stabilized magnetite nanoparticles and their stabilization in aqueous and non-aqueous and surface speciation of arsenate, Environ. Pollut. media, J. Magn. Magn. Mater. 308 (2007) 46–55. 159 (2011) 3509–3514. doi:10.1016/j.jmmm.2006.05.001. doi:10.1016/j.envpol.2011.08.017. 5. I.Y. Goon, C. Zhang, M. Lim, J.J. Gooding, R. 15. W. Yantasee, C.L. Warner, T. Sangvanich, Amal, Controlled fabrication of polyethylenimine- R.S. Addleman, T.G. Carter, R.J. Wiacek, G.E. functionalized magnetic nanoparticles for the Fryxell, C. Timchalk, M.G. Warner, Removal of sequestration and quantification of free Cu 2+, heavy metals from aqueous systems with thiol Langmuir. 26 (2010) 12247–12252. functionalized superparamagnetic nanoparticles, doi:10.1021/la101196r. Environ. Sci. Technol. 41 (2007) 5114–5119. 6. C.-M. Chou, H.-L. Lien, Dendrimer-conjugated doi:10.1021/es0705238. magnetic nanoparticles for removal of zinc (II) from 16. W. Yang, A.T. Kan, W. Chen, M.B. Tomson, aqueous solutions, J. Nanoparticle Res. 13 (2011) PH-dependent effect of zinc on arsenic adsorption 2099–2107. doi:10.1007/s11051-010-9967-5. to magnetite nanoparticles, Water Res. 44 (2010) 7. A.Z.M. Badruddoza, A.S.H. Tay, P.Y. Tan, K. 5693–5701. doi:10.1016/j.watres.2010.06.023. Hidajat, M.S. Uddin, Carboxymethyl-??- 17. Y. Wu, J. Zhang, Y. Tong, X. Xu, Chromium cyclodextrin conjugated magnetic nanoparticles as (VI) reduction in aqueous solutions by Fe3O4- nano-adsorbents for removal of copper ions: stabilized Fe0nanoparticles, J. Hazard. Mater. 172 Synthesis and adsorption studies, J. Hazard. (2009) 1640–1645. Mater. 185 (2011) 1177–1186. doi:10.1016/j.jhazmat.2009.08.045. doi:10.1016/j.jhazmat.2010.10.029. 18. N. Alizadeh, S. Shariati, N. Besharati, 8. J. Wang, S. Zheng, Y. Shao, J. Liu, Z. Xu, D. Adsorption of Crystal Violet and Methylene Blue Zhu, Amino-functionalized Fe3O4@SiO2core- on Azolla and Fig Leaves Modified with shell magnetic nanomaterial as a novel adsorbent Magnetite Iron Oxide Nanoparticles, Int. J. for aqueous heavy metals removal, J. Colloid Environ. Res. 11 (2017) 197–206. Interface Sci. 349 (2010) 293–299. doi:10.1007/s41742-017-0019-1. doi:10.1016/j.jcis.2010.05.010. 19. P. Sun, C. Hui, R.A. Khan, X. Guo, S. Yang, 9. S. Singh, K.C. Barick, D. Bahadur, Surface Y. Zhao, Mechanistic links between magnetic engineered magnetic nanoparticles for removal of nanoparticles and recovery potential and enhanced toxic metal ions and bacterial pathogens, J. capacity for crystal violet of nanoparticles-coated Hazard. Mater. 192 (2011) 1539–1547. kaolin, J. Clean. Prod. 164 (2017) 695–702. doi:10.1016/j.jhazmat.2011.06.074. doi:10.1016/j.jclepro.2017.07.004. 10. B. An, Q. Liang, D. Zhao, Removal of 20. P. Sun, C. Hui, R. Azim Khan, J. Du, Q. arsenic(V) from spent ion exchange brine using a Zhang, Y.-H. Zhao, Efficient removal of crystal new class of starch-bridged magnetite violet using Fe3O4-coated biochar: the role of the nanoparticles, Water Res. 45 (2011) 1961–1972. Fe3O4 nanoparticles and modeling study their doi:10.1016/j.watres.2011.01.004. adsorption behavior, Sci. Rep. 5 (2015) 12638. 11. R. Chen, C. Zhi, H. Yang, Y. Bando, Z. doi:10.1038/srep12638. Zhang, N. Sugiur, D. Golberg, Arsenic (V) 21. Z.H. Ruan, J.H. Wu, J.F. Huang, Z.T. Lin, 124
7. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 Y.F. Li, Y.L. Liu, P.Y. Cao, Y.P. Fang, J. Xie, supported magnetite nanoparticles for the removal G.B. Jiang, Facile preparation of rosin-based of hexavalent chromium [Cr(VI)] from aqueous biochar coated bentonite for supporting α- solutions, J. Hazard. Mater. 166 (2009) 821–829. Fe2O3nanoparticles and its application for Cr(vi) doi:10.1016/j.jhazmat.2008.11.083. adsorption, J. Mater. Chem. A. 3 (2015) 4595– 29. X. Duan, C. Zhang, C. Srinivasakannan, X. 4603. doi:10.1039/c4ta06491g. Wang, Waste walnut shell valorization to iron 22. H. Wang, Y. Liu, M. Li, H. Huang, H.M. Xu, loaded biochar and its application to arsenic R.J. Hong, H. Shen, Multifunctional removal, Resour. Technol. 3 (2017) 29–36. TiO2nanowires-modified nanoparticles bilayer doi:10.1016/j.reffit.2017.01.001. film for 3D dye-sensitized solar cells, 30. M. Zhang, B. Gao, S. Varnoosfaderani, A. Optoelectron. Adv. Mater. Rapid Commun. 4 Hebard, Y. Yao, M. Inyang, Preparation and (2010) 1166–1169. doi:10.1039/b000000x. characterization of a novel magnetic biochar for 23. J. Ifthikar, T. Wang, A. Khan, A. Jawad, T. arsenic removal, Bioresour. Technol. 130 (2013) Sun, X. Jiao, Z. Chen, J. Wang, Q. Wang, H. 457–462. doi:10.1016/j.biortech.2012.11.132. Wang, A. Jawad, Highly Efficient Lead 31. A.A. Alqadami, M.A. Khan, M. Otero, M.R. Distribution by Magnetic Sewage Sludge Biochar: Siddiqui, B.H. Jeon, K.M. Batoo, A magnetic Sorption Mechanisms and Bench Applications, nanocomposite produced from camel bones for an Bioresour. Technol. 238 (2017) 399–406. efficient adsorption of toxic metals from water, J. doi:10.1016/j.biortech.2017.03.133. Clean. Prod. 178 (2018) 293–304. 24 .Y. Han, X. Cao, X. Ouyang, S.P. Sohi, J. Chen doi:10.1016/j.jclepro.2018.01.023. (2016), Adsorption kinetics of magnetic biochar 32. Z. Tan, Y. Wang, C. Huang, P. Ai, Cadmium derived from peanut hull on removal of Cr (VI) removal potential by rice straw-derived magnetic from aqueous solution: Effects of production biochar, 2 (2016). doi:10.1007/s10098-016-1264-2. conditions and particle size, Chemosphere. 145 33. K.P. Singh, S. Gupta, A.K. Singh, S. Sinha, 336–341. doi:10.1016/j.chemosphere.2015.11.050. Optimizing adsorption of crystal violet dye from 25. M.J. Ahmed, Potential of Arundo donax L. water by magnetic nanocomposite using response stems as renewable precursors for activated surface modeling approach, J. Hazard. Mater. 186 carbons and utilization for wastewater treatments: (2011) 1462–1473. Review, J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 63 (2016) doi:10.1016/j.jhazmat.2010.12.032. 336–343. doi:10.1016/j.jtice.2016.03.030. 34. T. Madrakian, A. Afkhami, M. Ahmadi, 26. S.Y. Wang, Y.K. Tang, K. Li, Y.Y. Mo, H.F. Adsorption and kinetic studies of seven different Li, Z.Q. Gu, Combined performance of biochar organic dyes onto magnetite nanoparticles loaded sorption and magnetic separation processes for treatment of chromium-contained electroplating tea waste and removal of them from wastewater wastewater, Bioresour. Technol. 174 (2014) 67– samples, Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. 73. doi:10.1016/j.biortech.2014.10.007. Spectrosc. 99 (2012) 102–109. 27. S. Rajput, C.U. Pittman, D. Mohan, Magnetic doi:10.1016/j.saa.2012.09.025. magnetite (Fe3O4) nanoparticle synthesis and 35. X. Tan, Y. Liu, G. Zeng, X. Wang, X. Hu, Y. applications for lead (Pb2+) and chromium (Cr6+) Gu, Z. Yang, Application of biochar for the removal from water, J. Colloid Interface Sci. 468 removal of pollutants from aqueous solutions, (2016) 334–346. doi:10.1016/j.jcis.2015.12.008. Chemosphere. 125 (2015) 70–85. 28. P. Yuan, M. Fan, D. Yang, H. He, D. Liu, A. doi:10.1016/j.chemosphere.2014.12.058. Yuan, J.X. Zhu, T.H. Chen, Montmorillonite- 125
8. Nguyễn Thị Luyến và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 119 - 126 ABSTRACT PERSPECTIVE OF IRON OXIDE-BIOCHAR NANOCOMPOSITE MATERIALS NANOSTRUCTURES FOR WASTE WATER TREATMENT Nguyen Thi Luyen*, Ha Minh Viet, Vu Tien Thanh University of Sciences – TNU Recently, heavy metal ions and organic dyes in waste water are a matter of concern in Vietnam. While conventional treatment methods have some drawbacks, nanotechnology incorporates iron oxide- biochar capable of recovering products after adsorption treatment for reuse and saving costs, also enhancing the adsorption capacity. In this article, we present an overview of research on fabrication of Fe3O4-biochar nanocomposite for the wastewater treatment. In there, the Fe3O4- biochar nanocomposite is synthesized by co-precipitation, the biochar is generated from agricultural products such as straw, corn stalks, rice husk shell, mud shell, red mud The mechanism and process of adsorption of heavy metal ions, dyes are also discussed. Keywords: iron oxide, biochar, nanotechnology, heavy metal ions, dyes Ngày nhận bài: 14/11/2018; Ngày hoàn thiện: 27/11/2018; Ngày duyệt đăng: 15/12/2018 * Email: luyennt@tnus.edu.vn 126