Ảnh minh họa: Internet

Ô nhiễm kim loại nặng ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và môi trường sinh thái. Kim loại nặng tồn tại trong nước có nguồn gốc từ nước thải do hoạt động từ làng nghề, sử dụng phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp, hoạt động khai khoáng, nước thải công nghiệp. Ô nhiễm kim loại nặng thường được phát sinh nhiều tại các cơ sở sản xuất, chất thãi chưa được xử lí tốt trước khi cho thải vào môi trường (Nguyễn Văn Dục, 2001; Trần Thị Phương, 2012). Trong nước tồn tại nhiều sắt gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và cuộc sống của con người. Theo WHO mỗi người chỉ có thể bài tiết khoảng 1,2 mg/ngày bất kể hấp thụ nhiều hay ít, khi sắt đã được hấp phụ nhiều hơn lượng cần thiết, rất khó để loại ra khỏi cơ thể, phần lớn lượng dư thừa sẽ được tích trữ trong gan ở dạng phức hợp sắt - protein là ferritin. Khi ferritin bão hoà, một phức hợp sắt khác là hemosiderin được giải phóng và có thể dẫn đến hàng loạt các ảnh hưởng bất lợi lên tế bào gan (Trần Thị Phương, 2012). Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5mg/L, (Bộ Khoa học và Công Nghệ, 2006). Các phương pháp xử lý kim loại nặng như phương pháp hóa học là đưa các kim loại nặng về dạng kết tủa hoặc oxy hóa thành dạng không độc, tuy nhiên với một số kim loại nặng mà giới hạn cho phép ở nồng độ thấp thì phương pháp trên không thực sự hiệu quả. Phương pháp hấp phụ và các vật liệu hấp phụ được nghiên cứu như than hoạt tính, nhựa trao đổi ion và zeolit, (Nguyễn Hữu Phú, 2013; Nguyễn Thị Luyến, 2018). Ưu điểm các vật liệu này là khả năng hấp phụ kim loại trong nhiều loại nước thải, giá thành thấp. Than hoạt tính được sản xuất bằng cách than hóa hỗn hợp các nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật trong sự có mặt của hơi nước hoặc CO2.

Than hoạt tính được sử dụng suốt chiến tranh thế giới thứ nhất trong các mặt nạ phòng độc bảo vệ binh lính khỏi các khí độc nguy hiểm (Bansal and Goyal, 2005). Carbon là thành phần chủ yếu của than hoạt tính. Ngoài ra than hoạt tính còn có các nguyên tố khác như hydro, oxy, nitơ và lưu huỳnh. Các nguyên tử khác loại này được tạo ra từ nguồn nguyên liệu ban đầu hoặc liên kết với carbon trong suốt quá trình hoạt hóa và các quá trình khác. Than hoạt tính thường có diện tích bề mặt nằm trong khoảng 800 đến 1500m2 /g và thể tích lỗ xốp từ 0,2 đến 0,6cm3 /g. Diện tích bề mặt than hoạt tính chủ yếu là do nhiều mao quản nhỏ có bán kính nhỏ hơn 2nm (Trịnh Xuân Đại, 2013). Quá trình chế tạo gồm hai giai đoạn: than hóa ở nhiệt độ dưới 800oC trong môi trường trơ, hoạt hóa sản phẩm của quá trình than hóa ở nhiệt độ khoảng 950oC - 1000oC.

Than hoạt tính được sử dụng để hấp phụ các hơi chất hữu cơ, chất độc, lọc xử lý nước sinh hoạt và nước thải, xử lý làm sạch môi trường trong Y học, khử mùi và các tác nhân gây ảnh hưởng có hại đến sức khỏe con người, đem lại một môi trường sống trong sạch cho con người Các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa dầu, sản xuất dược phẩm, khai khoáng, nông nghiệp, bảo quản sử dụng than hoạt tính với khối lượng rất lớn. Than hoạt tính sinh học không làm thay đổi các tính chất hóa lý của nước, là vật liệu lọc được bán rộng rãi ở thị trường, có giá thành hợp lý và đã sản xuất được trong nước. Sau một thời gian sử dụng có thể tái chế để sử dụng lại, không gây ô nhiễm môi trường (Trần Tử An, 2000). Hiện nay, ở Việt Nam các nguồn nguyên liệu chính được sử dụng để sản xuất than hoạt tính là tre, chủ yếu tập trung ở một số tỉnh ở Nam Bộ và Bắc Bộ với qui mô lớn được sản xuất trong các nhà máy công nghiệp (Phạm Huy Vũ, 2020). Ở đồng bằng sông Cửu long gáo dừa là sản phẩm thải của các ngành khai thác dừa, nếu tận dụng nguồn gáo dừa này sản xuất than hoạt tính ngay tại mỗi địa phương chính là nguồn sinh khối quan trọng với giá thành rẻ. Vì thế việc nghiên cứu tìm ra quy trình thích hợp nhằm tận dụng những nguồn nguyên liệu có sẵn trong lĩnh vực xử lý môi trường là cần thiết và có ý nghĩa khoa học. Mục tiêu của nghiên cứu là sử dụng nguyên liệu gáo dừa tạo thành than hoạt tính để đánh giá khả năng hấp phụ ion kim loại Fe trong nước. Kết quả có thể cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo trong thực tế nhằm giảm ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước.

Kết quả nghiên cứu đã tạo được than hoạt tính từ gáo dừa. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính gáo dừa đối với ion Fe²⁺ trong nước có thời gian tối ưu là 180 phút, với khối lượng vật liệu hấp phụ than hoạt tính gáo dừa là 4 g. Kết quả khảo sát cho thấy quá trình hấp phụ ion Fe²⁺ tuân theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và có dung lượng hấp phụ cực đại là 625 mg/g. Vật liệu hấp phụ chế tạo than hoạt tính từ gáo dừa có triển vọng tốt trong việc hấp phụ kim loại Fe trong môi trường nước… Kết quả nghiên cứu cũng cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo theo trong thực tế để có thể tiến hành tạo ra sản phẩm như cột hấp phụ, viên hấp phụ giúp giảm ô nhiễm môi trường nước đối với ion kim loại Fe và kim loại khác.