Tổng hợp than sinh học từ phế phẩm nông nghiệp hấp phụ amoni và ortho-photphat trong nước

28/12/2021

Tóm tắt

    Nghiên cứu đã tổng hợp thành công than sinh học bằng phương pháp nhiệt phân vỏ trấu tẩm MgCl₂ 10%. Dung lượng hấp phụ tối đa đối với amoni và ortho-photphat lần lượt là 58,56 mg/g và 74,88 mg/g với nồng độ ô nhiễm ban đầu là 100 mg/L sau 8 giờ. Động học quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình động học giả bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Kết quả này là cơ sở cho nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ vỏ trấu để hấp phụ amoni và ortho-photphat trong nước nhằm giải quyết một số vấn đề ô nhiễm môi trường hiện nay.

Từ khóa: NH₄⁺, PO₄^3-, than sinh học, vỏ trấu, hấp phụ.

Nhận bài: 10/11/2021; Sửa chữa: 30/11/2021; Duyệt đăng: 2/12/2021.

1. Đặt vấn đề

    Ngày nay, rất dễ bắt gặp tình trạng nước sông, hồ, ao, suối có màu xanh rêu, nổi váng, có mùi tanh hôi, hoặc thủy sinh chết hàng loạt. Đấy là biểu hiện của hiện tượng phú dưỡng hóa gây ra bởi nồng độ cao của nitơ amoni (NH₄⁺) và photpho (P) trong môi trường nước. Hiện tượng phú dưỡng thường xảy ra khi hàm lượng N > 500 µg/L và P > 20 µg/L [1]. Qua quá trình hòa tan và chuyển hóa trong nước, 1 kg N và 1 kg P dưới dạng hợp chất hoá học vào môi trường nước sẽ sinh ra 20 kg COD và 138 kg COD dưới dạng tảo chết [2]. Nồng độ cao của NH₄⁺ thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các loại thực vật phù du như rêu, tảo gây mất cân bằng hệ sinh thái dưới nước, giảm oxy hòa tan, phá vỡ chuỗi thức ăn, sản sinh nhiều chất độc có khả năng tiêu diệt nhiều loại sinh vật. Tại Việt Nam, phú dưỡng hóa xảy ra chủ yếu do hoạt động chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, trồng trọt và hoạt động xả thải của một số ngành công nghiệp chưa qua xử lý. Dựa trên kết quả phân hạng mức độ phú dưỡng hóa theo nồng độ NH₄⁺, tác giả Nguyễn Văn Phước (2021) dự báo các hoạt động công nghiệp là nguồn nguy cơ cao nhất gây hiện tượng tảo nở hoa (cấp IV - V), chế biến thủy sản và nuôi trồng thủy sản có khả năng gây phú dưỡng ở cấp độ II đến III, trong khi các trạm xử lý nước thải tập trung khu đô thị Cần Giờ có nguy cơ ở cấp độ II [3]. Nồng độ NH₄⁺ và PO₄^3- trong nước thải của một số ngành công nghiệp là cực kỳ cao. Vì vậy, chúng cần được xử lý trước khi thải ra môi trường. Một số phương pháp xử lý trong thực tế hiện nay là phương pháp xử lý hóa lý, hóa học, trao đổi ion, sinh học, lọc màng và hấp phụ. Trong đó, hấp phụ là một trong những quá trình được ứng dụng rộng rãi và phát triển lâu đời. Một số vật liệu hấp phụ phổ biến hiện nay phải kể đến là than hoạt tính, silicagel, zeolit, biochar… Trong đó, than sinh học (biochar) là một sản phẩm của quá trình nhiệt phân vật liệu hữu cơ (200 - 900°C) trong môi trường yếm khí. Biochar có ý nghĩa lớn trong việc cố định các bon theo chu trình tuần hoàn vật chất các bon trong khí quyển. Ngoài ra, biochar có tính đa nhiệm rất cao trong việc lưu giữ năng lượng và các thành phần ô nhiễm trên bề mặt do cấu trúc lỗ xốp cao. Cho đến nay, đã có nhiều báo cáo liên quan về giải pháp sử dụng biochar hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- trong nước không chỉ trên thế giới mà còn tại Việt Nam [4].

    Trong nghiên cứu này, chúng tôi tổng hợp và biến tính biochar có nguồn gốc từ các loại phế phẩm nông nghiệp khác nhau, sau đó thử nghiệm khả năng hấp phụ của chúng đối với NH₄⁺ và PO₄^3-. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ sẽ được khảo sát. Kết quả nghiên cứu là cơ sở cho ứng dụng tổng hợp biochar từ phế phẩm nông nghiệp hấp phụ nitơ và photpho trong nước.

2. Đối tượng và phương pháp

2.1. Vật liệu

    Biochar được tổng hợp từ một số loại phế phẩm nông nghiệp và biến tính với MgCl₂ 10% (Hình 1). Phế phẩm nông nghiệp (thân chuối, trấu, rơm, mùn cưa, bã mía, vỏ cam, vỏ bưởi, vụn dừa và bã cà phê) được thu gom tại một số điểm phát thải trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh; rửa qua nước máy; phơi và sấy ở nhiệt độ 55°C đến khô; tiếp tục cắt nhỏ ở kích thước từ 5 - 10 mm. Ngâm 25g phế phẩm nông nghiệp với 250 ml MgCl₂ 10%, lắc 120 vòng/phút ở nhiệt độ phòng (25°C) trong 24 giờ. Cuối cùng, cho dung dịch vào cốc sứ, sấy khô ở 105°C trong 16 giờ; nung ở 550°C trong 10 phút thu được biochar.

2.2. Thí nghiệm hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3-

Dung dịch nước giả thải (C₀ = 50 mg/L) được chuẩn bị bằng cách cân 0,1486g NH₄Cl.6H₂O và 0,2195 g KH₂PO₄ cho vào bình định mức 1000 mL và định mức đến vạch. Thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- của các loại biochar được tiến hành như sau: Cân 0,1g biochar vào erlen 250 mL chứa 100 mL dung dịch nước giả thải. Đặt lên máy lắc và lắc với tốc độ 120 vòng/phút, ở nhiệt độ phòng (25°C) trong 24 giờ. Lọc dung dịch qua giấy lọc và sử dụng nước sau lọc để xác định nồng độ NH₄⁺ và PO₄^3- .

2.3. Phân tích

    Nồng độ NH₄⁺ trong nước được phân tích bằng phương pháp Kjeldahl (TCVN 5988:1995) đối với nồng độ > 2 mg/L và phương pháp Phenat (SMEWW 4500-NH₃ F:2012) với nồng độ < 2 mg/L. PO₄^3- được xác định bằng phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat (TCVN 6202:2008).

    Hiệu suất xử lý được tính toán theo công thức:

                                         (1)

    Dung lượng hấp phụ của than được tính theo công thức:

                                (2)

    Tốc độ hấp phụ (pha lỏng vào pha rắn) là sự thay đổi nồng độ chất bị hấp phụ trong pha lỏng (C, mg/L) hoặc sự thay đổi dung lượng hấp phụ của pha rắn (q, mg/g) theo thời gian:

                         (3)

                                (4)

    Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir [2]:                   (5)

    Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich [2]:                     (6)

    Trong đó:

    C₀, C_t, và C_e lần lượt là nồng độ chất ô nhiễm ban đầu, ở thời điểm t và chất bị hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/L).

    V: Thể tích dung dịch (mL).

    M: Khối lượng than (g).

    T: Thời gian hấp phụ (giờ).

    k_n: Hằng số tốc độ hấp phụ bậc n (g^n-1.mg^1-n.h^-1).

    q_e: Dung lượng hấp phụ ở trạng thái cân bằng (mg/g).

    q_m: Dung lượng hấp phụ cực đại của chất bị hấp phụ (mg/g).

    K_L: Hằng số hấp phụ Langmuir, đặc trưng cho lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ tại một nhiệt độ xác định (mg/g).

    K_F là hằng số hấp phụ Freundlich, là đại lượng có thể dùng để đặc trưng cho khả năng hấp phụ của hệ (mg/g).

    N: Số mũ Freundlich.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Hiệu quả hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- bằng các loại biochar khác nhau

    Khả năng hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- của biochar có nguồn gốc từ các loại phế phẩm nông nghiệp khác nhau được thể hiện ở Hình 3. Nhìn chung, tất cả các loại phế phẩm nông nghiệp bỏ đi đều có thể tổng hợp và biến tính với MgCl₂ 10% để tạo thành vật liệu hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- trong nước. Đối với PO₄^3-, dung lượng hấp phụ của các loại biochar này tương đối cao và cao hơn hẳn so với NH₄⁺, hiệu suất xử lý đều đạt trên 80% ngoại trừ biochar từ vỏ bưởi. Trong khi đó, hiệu suất hấp phụ NH₄⁺ chỉ đạt trung bình khoảng 52,2%. Điều này tương đối phù hợp với báo cáo của Zheng [5] về hiệu quả hấp phụ PO₄^3- (99%) và NH₄⁺ (40 - 45%) bằng biochar. Đối với PO₄^3-, lại không có sự khác biệt đáng kể về dung lượng hấp phụ sau 24 giờ, trung bình dao động từ 46,76 - 54,75 mg/g. Sau quá trình hấp phụ, pH dung dịch đều tăng lên khoảng 9. Điều này xảy ra do ảnh hưởng của việc biến tính MgCl₂ 10% đã tạo dung dịch có tính kiềm, mục đích để tăng cường hiệu quả hấp phụ PO₄^3- [6]. Theo Tổ chức năng lượng quốc tế (IEA), chất lượng và sản lượng biochar phụ thuộc rất lớn vào quá trình nhiệt phân [7]. Nguyên liệu khác nhau sẽ có thành phần cấu tạo và nguyên tố khác nhau, thể hiện các tính chất khác nhau. Vì vậy, hiệu suất và dung lượng hấp phụ của các biochar khác nhau đối với NH₄⁺ và PO₄^3- là khác nhau.

Hình 3. Hiệu suất và dung lượng hấp phụ của các loại biochar đối với NH₄⁺ và PO₄^3- ([NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 50 mg/L, [vật liệu] = 1,2 g/L, 24 giờ)

    Kết quả khảo sát của biochar từ trấu cho thấy, hiệu suất xử lý đồng thời NH₄⁺ và PO₄^3- cao, ổn định hơn so với các loại phế phẩm còn lại. Từ những lý do trên, vỏ trấu được chọn làm nguyên liệu để tổng hợp và biến tính với MgCl₂ 10% để thực hiện những thí nghiệm kế tiếp.

3.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ của biochar từ vỏ trấu

    Hiệu suất và dung lượng hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- sau 24 giờ được thể hiện ở Hình 4. Theo đó, có 3 giai đoạn hấp phụ chính diễn ra trong suốt quá trình. Giai đoạn 1 diễn ra ngay sau 2 giờ hấp phụ, hiệu suất xử lý tăng nhanh chóng và đạt 38% và 79,8% đối với NH₄⁺ và PO₄^3-. Giai đoạn thứ 2 diễn ra từ 2 - 8 giờ, hiệu suất và dung lượng hấp phụ tăng lên và có dấu hiệu đạt cân bằng. Hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ của NH₄⁺ và PO₄^3- lần lượt là 69,2%, 27,68 mg/g và 90,08%, 46,59 mg/g. Giai đoạn 3 kéo dài từ sau 8 - 24 giờ, hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ tăng không đáng kể và gần như không thay đổi. Trong khoảng thời gian 8 giờ đầu tiên, NH₄⁺ và PO₄^3- có xu hướng bám nhanh chóng lên bề mặt nhiều lỗ rỗng của biochar. Theo thời gian, các tâm hấp phụ của than dần dần bị lấp đầy bởi các chất ô nhiễm dẫn đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ bắt đầu tăng chậm lại. Sau đó, sự hấp phụ và nhả hấp của các chất ô nhiễm lên bề mặt than và dung dịch gần như bằng nhau, quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Lúc này, hiệu suất và dung lượng hấp phụ đạt cực đại và gần như không thay đổi. Thời gian hấp phụ được lựa chọn là 8 giờ.

Hình 4. Hiệu suất và dung lượng hấp phụ của NH₄⁺ và PO₄^3- sau 24 giờ ([NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 50 mg/L, [biochar] = 1g/L, 25°C)

3.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm ban đầu

    Nồng độ NH₄⁺ và PO₄^3- đã được thay đổi từ 20 - 100 mg/L để xem xét ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến khả năng hấp phụ của than. Hiệu suất hấp phụ tăng khi nồng độ chất ô nhiễm ban đầu tăng. Khi tăng nồng độ NH₄⁺ và PO₄^3- từ 20 - 100 mg/L, dung lượng hấp phụ tăng từ 14,40 - 58,58 mg/g đối với NH₄⁺ và 19,19 - 74,88 mg/g đối với PO₄^3-. Tuy nhiên, hiệu suất xử lý tỷ lệ nghịch với nồng độ chất ô nhiễm. Hiệu suất xử lý của than đối với NH₄⁺ và PO₄^3- giảm lần lượt từ 72 xuống 58,56 % và 95,95 xuống 74,88%, tương ứng. Trong khoảng thời gian 8 giờ, nồng độ các chất ô nhiễm càng cao thì khả năng các chất ô nhiễm sẽ di chuyển nhanh chóng và lấp đầy các vị trí tâm hấp phụ của than, dẫn đến dung lượng hấp phụ sẽ tăng đáng kể. Ngược lại, hiệu suất xử lý sẽ giảm do lượng lớn nồng độ chất ô nhiễm chưa được hấp phụ lên bề mặt thì than đã bị bão hòa. Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Sarkhot và cộng sự [8].

Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ chất ô nhiễm ban đầu đến hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ ([NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 20 - 100 mg/L, [biochar] = 1g/L)

3.4. Ảnh hưởng của liều lượng vật liệu hấp phụ

    Liều lượng vật liệu hấp phụ là yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất xử lý do nó quyết định số lượng tâm hấp phụ có khả năng hấp phụ chất ô nhiễm. Từ đồ thị Hình 6 cho thấy, khối lượng than tăng làm tăng hiệu xuất xử lý và giảm dung lượng hấp phụ. Theo đó, do bước nhảy của khối lượng than không lớn nên hiệu suất xử lý tăng không đáng kể. Cụ thể, hiệu suất xử lý NH₄⁺ và PO₄^3- tăng 13,02% và 18,62%, tương ứng khi tăng liều lượng than từ 0,8 lên 2 g/L. Trong khi đó, dung lượng hấp phụ của than thay đổi đáng kể hơn. Dung lượng hấp phụ của NH₄⁺ và PO₄^3- giảm gần một nửa khi tăng thêm 1,2 g/L vật liệu, chỉ còn 18,52 mg NH₄⁺/g và 25,28 mg PO₄^3-/g. Hiệu suất xử lý tăng lên khi tăng liều lượng than có thể giải thích do sự tăng lên cả về diện tích bề mặt và các vị trí tâm hấp phụ.

Hình 6. Ảnh hưởng của liều lượng than đến hiệu suất và dung lựng hấp phụ chất ô nhiễm ([NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 50 mg/L, [biochar] = 0,8 - 2g/L, 2°C)

3.5. Mô hình động học hấp phụ

    Mô hình động học hấp phụ của NH₄⁺ và PO₄^3- được khảo sát ở dạng phương trình giả động học 1 và bậc 2 (phương trình (3) và (4)). Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở đồ thị Hình 7. Hệ số tương quan R² của mô hình động học giả bậc 1 và bậc 2 đều cao hơn 0,92. Tuy nhiên, mô hình động học giả bậc 2 có hệ số tương quan R² cao hơn cho cả NH₄⁺ và PO₄^3- (R²_amoni = 0,9915; R²_{ortho-photphat} = 0,9992). Do đó, đối với quá trình hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- ở nồng độ 50 mg/L phù hợp với phương trình động học giả bậc 2 hơn. Khi tính toán dựa trên mô hình động học và thực nghiệm, dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (q_e) theo mô hình động học giả bậc 2 đối với cả NH₄⁺ (q_e,cal = 31,5 mg/g) và PO₄^3- (q_e,cal = 50,76 mg/g) đều phù hợp hơn so với bậc 1. Do đó, có thể kết luận rằng, quá trình hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- tuân theo mô hình động học giả bậc 2.

a)

b)

Hình 7. Mô hình động học giả bậc 1 (a) và bậc 2 (b) của quá trình hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- ([NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 50 mg/L, [biochar] = 1g/L, 25°C)

3.6. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

    Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- được xây dựng dựa trên phương trình (5) và (6). Phương trình đẳng nhiệt Langmuir được dựng từ đồ thị C_e/q_e phụ thuộc vào C_e, từ đó xác định được hằng số hấp phụ K_L và độ hấp phụ cực đại q_m (Hình 8a). Phương trình đẳng nhiệt Freundlich được dựng từ đồ thị lnq_e phụ thuộc lnC_e, từ đó, xác định được hằng số hấp phụ K_F và số mũ Freundlich n (Hình 8b). Tham số R_L phụ thuộc vào nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ C₀ (Hình 8c). Giá trị C₀ càng tăng thì giá trị R_L càng tiến về 0, khi nồng độ đầu vào của chất bị hấp phụ càng tăng lên thì mô hình càng có xu hướng tiến dần đến quá trình không thuận nghịch (R_L = 0), tức là chỉ diễn ra một chiều. Từ kết quả ở Hình 8a và b, mô hình đẳng nhiệt hấp phụ theo Langmuir và Feundlich đều có hệ số tương quan R² cao (> 0,97). Tuy nhiên, đối với PO₄^3-, mô hình đẳng nhiệt Langmuir có vẻ phù hợp hơn. Đối với NH₄⁺, không có sự khác biệt đáng kể giữa 2 mô hình (độ chênh lệch = 0,0006). Khalil và cộng sự thực hiện hấp phụ NH₄⁺ (3 - 25 mg/L) bằng than sinh học từ vỏ trấu cho kết quả phù hợp với mô hình Feundlich [9]. Báo cáo của Rounghua Li và cộng sự cho rằng quá trình hấp phụ PO₄^3- bằng biochar từ vỏ trấu biến tính MgCl₂ 20% phù hợp hơn với mô hình Langmuir [10]. Đối với trường hợp này, quá trình hấp phụ đồng thời NH₄⁺ và PO₄^3- phù hợp hơn với mô hình hấp phụ Langmuir.

a)

b)

c)

4. Kết luận

    Nghiên cứu đã tổng hợp thành công biochar từ vỏ trấu bằng phương pháp nhiệt phân vỏ trấu tẩm MgCl₂ 10% dùng để hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- trong nước. Điều kiện hoạt động tối ưu cho quá trình này bao gồm [NH₄⁺] = [PO₄^3-] = 50 mg/L, [biochar] = 1,0 g/L, thời gian phản ứng 8 giờ ở nhiệt độ phòng 25°C. Hiệu suất và dung lượng hấp phụ NH₄⁺ và PO₄^3- đạt lần lượt là 69,2%, 27,68 mg/g và 90,08%, 46,59 mg/g. Động học phản ứng và mô hình đẳng nhiệt hấp phụ của NH₄⁺ và PO₄^3- bằng biochar từ vỏ trấu biến tính MgCl₂ 10% phù hợp với phương tình giả động học bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng lớn trong việc tổng hợp và biến tính than sinh học từ trấu để làm vật liệu hấp phụ chất ô nhiễm dinh dưỡng trong nước.

Lời cảm ơn

    Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ Đề tài mã số C2021-20-24.

Tài liệu tham khảo

1. Phạm Thị Gấm, Ô nhiễm biển do phú dưỡng có nguồn gốc từ đất liền: Luật pháp quốc tế và thực tiễn tại Việt Nam, Tạp chí Môi trường số Chuyên đề Tiếng Việt IV/2020, (2020).

2. Cát, L.V., Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho, NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Hà Nội, (2007).

3. Nguyen Van Phuoc, Nguyen Thi Thu Hien, Forecast of eutrophication levels by waste discharge from economic activities in southeast coastal, Tạp chí Môi trường số Chuyên đề Tiếng Việt IV/2020, (2020).

4. Wang, J. and S. Wang, Preparation, modification and environmental application of biochar: a review. Journal of Cleaner Production, 227, 1002 - 1022, (2017).

5. Zheng, M., et al., Biochar as a carrier of struvite precipitation for nitrogen and phosphorus recovery from urine. Journal of Environmental Engineering, 144 (10), 04018101, (2018).

6. Zhang, M., et al., Synthesis of porous MgO-biochar nanocomposites for removal of phosphate and nitrate from aqueous solutions. Chemical Engineering Journal, 210, 26 - 32, (2012).

7. Sohi, S., et al., Biochar, climate change and soil: A review to guide future research. CSIRO Land and Water Science Report, 5(09), 17 - 31, (2009).

8. Sarkhot, D.V., T.A. Ghezzehei, and A.A. Berhe, Effectiveness of biochar for sorption of ammonium and phosphate from dairy effluent. Journal of environmental quality, 42(5), 1545 - 1554, (2013).

9. Khalil, A., N. Sergeevich, and V. Borisova, Removal of ammonium from fish farms by biochar obtained from rice straw: Isotherm and kinetic studies for ammonium adsorption. Adsorption Science & Technology, 36 (5 - 6), 1294 - 1309, (2018).

10. Li, R., et al., Simultaneous capture removal of phosphate, ammonium and organic substances by MgO impregnated biochar and its potential use in swine wastewater treatment. Journal of Cleaner Production, 147, 96 - 107, (2017).

Nguyễn Thị Cẩm Tiên^1,2, Nguyễn Thị Lê Liên^2,3,*, Võ Thị Thanh Thùy^1,2,

Nguyễn Trần Ngọc Trâm⁴, Trần Thanh Trang⁴, Lâm Phạm Thanh Hiền^1,2, Nguyễn Nhật Huy^1,2,*

¹Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM

²Đại học Quốc gia TP. HCM

³Khoa Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM

⁴Khoa Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số Chuyên đề Tiếng Việt IV/2021)

 

Synthesis of biochar from agricultural residues adsorbing ammonium and ortho-phosphate in water

Nguyen Thi Cam Tien^1,2, Nguyen Thi Le Lien^2,3,*, Vo Thi Thanh Thuy^1,2, Nguyen Tran Ngoc Tram⁴, Tran Thanh Trang⁴, Lam Pham Thanh Hien^1,2, Nguyen Nhat Huy^1,2,*

¹Faculty of Environment and Natural Resources, Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT)

²Vietnam National University Ho Chi Minh City

³Faculty of Chemical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT)

⁴Faculty of Chemical and Food Technology, Ho Chi Minh City University of Technology and Education

Abstract

    Research has successfully synthesized biochar by the pyrolysis method of rice husk impregnated with MgCl₂ 10%. The maximum adsorption capacity for ammonium and orthophosphate was 58.56 mg/g and 74.88 mg/g, respectively, with an initial contaminant concentration of 100 mg/L after 8 hours. The adsorption kinetics are consistent with the pseudo-second-order kinetic model and the Langmuir adsorption isotherm model. This result is the basis for applying biochar from rice husk to adsorb ammonium and ortho-phosphate in water to solve current environmental pollution problems.

    Keywords: NH₄⁺, PO₄^3-, rice husk, biochar, adsorption.