Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu

ống độ sâu khoảng 1 mét và loại đất này rất màu mỡ khi so sánh với đất xung quanh. Điều này đã dẫn đến ý tưởng có thể áp dụng cho đất trong việc cô lập các bon và duy trì hoặc cải thiện chức năng sản xuất của đất, cũng như các điều chỉnh các chức năng và chức năng môi trường sống của đất. Các thí nghiệm đối chứng đã được thực hiện để xem xét các tác động của các tỉ lệ ứng dụng khác nhau của trong đất. Chất hữu cơ của một số loại đất ở châu Âu đã có hàm lượng khoảng 14% (có thể lên đến 45%) TSH. Tải lượng lên đến 140 tấn C ha-1 đất nhiệt đới) vẫn có ảnh hưởng tích cực đến năng suất. Khả năng gây cháy Một yếu tố cần quan tâm về khả năng chịu tải TSH của đất là nguy cơ gây cháy âm ỉ. Chất hữu cơ của đất ở trạng thái khô có khả năng cháy âm ỉ dưới mặt đất liên tục trong khoảng thời gian dài. Điều này là khả năng cao khi trong đất có tỉ lệ TSH lớn và ở trong điều kiện đủ khô có thể tạo điều kiện cho việc cháy âm ỉ trong đất. Việc bắt lửa cháy như vậy có thể xảy ra ở cả tự nhiên và nhân tạo, ví dụ như chị cháy bởi sét tấn công, hoặc do hoạt động đốt phụ phẩm của con người. Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Đất xám bạc màu (Haplic Acrisols được lấy tại xã Bắc Phú, huyện óc ơn, thành phố Hà Nội. - TSH từ phụ phẩm nông nghiệp (vật liệu rơm rạ và trấu) sau thu hoạch tại ruộng nghiên cứu. - Rau muống (Ipomoea aquatica) được gieo từ hạt. - L a hang Dân 18 được sử dụng phổ biến tại huyện óc ơn, thành phố Hà Nội. 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu đề tài đã sử dụng các phương pháp như: Phương pháp điều tra thu thập tài liệu; Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu; Phương pháp ố trí thí nghiệm: Thí nghiệm 1: đánh giá sự thay đổi tính chất hóa lý của đất sau khi phối trộn TSH. Mục đích của nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng cải tạo một số tính chất đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH, phối trộn vào đất xám bạc màu với các tỉ lệ 0%, 1%; 5%; 10% TSH theo trọng lượng sau thời gian ủ 4 tuần. Thí nghiệm 2: đánh giá ảnh hưởng của pH đến sự biến thiên điện tích bề mặt của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH Thí nghiệm 3: đánh giá khả năng xử lý KLN của TSH. Mục đích của thí nghiệm này nhằm đánh giá khả năng xử lý KLN của TSH trong dung dịch dưới sự biến thiên của pH. 7 Thí nghiệm 4: đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH. Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ sung TSH theo các tỉ lệ 0%, 1%, 5%, 10% TSH trong dung dịch chứa LN dưới tác động của các yếu tố: thời gian hấp phụ, pH và nồng độ KLN. Thí nghiệm 5: thí nghiệm đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ sung TSH dưới tác động của dung dịch chiết CaCl2 0,01 M. Mục đích nhằm đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu đã phối trộn dưới tác động của môi trường dung dịch CaCl2 0,01 M theo thời gian. Thí nghiệm 6: đánh giá khả năng h t thu LN của cây rau muống trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH. Mục đích của thí nghiệm này nhằm đánh giá khả cố định LN được gây nhiễm nhân tạo trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH, Thí nghiệm 7: thí nghiệm đánh giá khả năng cải tạo đất và nâng cao năng suất cho cây lúa của TSH. Mục đích của thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng cải tạo một số tính chất lý hóa đất xám bạc màu và nâng cao năng suất cây lúa của TSH. Các chỉ tiêu theo dõi trong vật liệu như: p , CEC, các cation kiềm, KLN, N, P, K tổng số, khả năng giữ nước, điện tích bề mặt. Các chỉ tiêu được phân tích bằng các phương pháp thông dụng trong phòng thí nghiệm. Số liệu được xử lý tính toán thống kê mô tả và so sánh sự khác biệt các giá trị trung bình trên Excel. Sử dụng các phương trình động học Lagergren và Elovich để mô tả động học hấp phụ của vật liệu và khả năng chiết KLN của dung dịch CaCl2 0,01 M trong thí nghiệm. Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Tính chất lý hóa của đất bạc màu và TSH Tiến hành phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của đất xám bạc màu và TSH cho thấy, Đất bạc màu có pHH2O = 5,2, pHKCl = 4,2 (tỷ lệ chiết 1:2,5 , hàm lượng CaCO3 thấp, Ca-CaCO3 = 0,004%. Khả năng trao đổi cation thấp, CEC = 9,24 cmolc/kg, các cation hòa tan Ca 2+ , Mg 2+ , K + và Na + có giá trị tương ứng là 2,0, 0,2, 0,2 và 0,1 cmol/kg. KLN tổng số Cu, Pb và Zn có giá trị tương ứng là 25,73, 13,11 và 74,59 mg/kg và đều ở dưới tiêu chuẩn cho phép LN trong đất (QCVN 03:2008/BTNMT). Khả năng giữ nước (WHC) thấp, W C = 36,6%. Điện tích bề mặt là -4,2 mmolc/kg. Ngược lại với những đặc tính trên, TSH trong nghiên cứu có pH kiềm tính, pHH2O = 10,6, pHKCl = 10,0 (tỷ lệ chiết 1:10), phù hợp với hàm lượng CaCO3 khá cao có trong TSH, Ca-CaCO3 = 1%. CEC của khá cao, đạt 80,43 cmolc/kg, các cation hòa tan Ca 2+ , Mg 2+ , K + và Na + có giá trị tương ứng là 16,8, 6,9, 229,8 và 8,5 cmol/kg. KLN tổng số Cu, Pb và Zn có giá trị tương ứng là 0,73, 2,10 và 13,93 mg/kg. Khả năng giữ nước cao, W C = 82,2%. Điện tích bề mặt là -20,0 mmolc/kg. 3.2. Tính chất lý hóa của vật liệu phối trộn sau 4 tuần ủ Thí nghiệm ủ các vật liệu đã phối trộn TSH với đất xám bạc màu theo các tỉ lệ 0%, 1%; 5%; 10% TSH trong buồng và duy trì ở 75% khả năng giữ nước sau 4 tuần cho kết quả ở TSH có thể gián tiếp ảnh hưởng đến khả năng dễ tiêu của các chất dinh dưỡng bằng cách thay đổi độ pH của đất. So với đối chứng (0% TSH), Bổ sung TSH theo các tỉ lệ 1%; 5%; 10% TSH tương ứng làm tăng pHH20 lên 1,3, 3,1 và 4,0 đơn vị và pHKCl tăng lên 1,2, 3,2 và 4,1 đơn vị. CEC của TSH cao góp phần làm cho CEC của đất tăng lên với mức tăng của hàm lượng TSH. So với đối chứng (0% TSH), bổ sung với các mức 1%; 5%; 10% TSH vào làm CEC của đất tăng lên tương ứng 0,6, 3,4 và 8,3 cmolc/kg. 8 cũng làm tăng các cation Ca, Mg, và Na trong đất, Ca tăng từ 2,2 đến 4,2 cmol/kg, Mg tăng từ 0,3 đến 1,0 cmol/kg, tăng từ 2,5 đến 24,5 cmol/kg và Na tăng từ 0,2 đến 0,9 cmol/kg tương ứng với 1%; 5% và 10% ón vào đất. Các cation này góp phần làm tăng p của đất đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng khi bổ sung vào đất. cũng làm độ kiềm tổng số (Ca-CaCO3) của đất tăng lên so với mức tăng của ón vào đất, Ca-CaCO3 tăng 0,013, 0,05 và 0,09% tương ứng với 1%, 5% và 10% ón vào đất. Hình 3.1 ÷ 3.5. Sự thay đổi một số chỉ tiêu lý hóa trong đất sau khi bổ sung than sinh học Hình 3.6. Sự phụ thuộc điện tích bề mặt vào pH của đất sau khi bổ sung TSH Đất xám bạc màu và TSH sau khi phối trộn ở các tỉ lệ khác nhau đều mang điện tích âm và biến đổi theo p môi trường, p càng cao thì điện tích âm của vật liệu càng lớn. pH của môi trường thay đổi từ 2,1 đến 11,2 thì điện tích mặt của vật liệu có tỉ lệ phối trộn 0%, 1%; 5%; 10% TSH biến đổi tương ứng từ -1,4 ÷ -12,4; -1,3 ÷ -11,7; -1,8 ÷ -12,4; -2,1 ÷ -16,1 mmolc/kg. Như vậy, điện tích âm bề mặt của đất tăng theo tỉ lệ tăng của hàm lượng TSH. Các bằng chứng trên cho thấy, việc bổ sung vào đất có tác dụng cải tạo đất một cách rõ rệt. Mẫu đất sau khi được phối trộn với TSH ở các tỷ lệ khác nhau với khoảng thời gian 4 tuần ủ đã cho thấy có 9 sự tăng lên về các chỉ tiêu p , CEC, cation trao đổi, độ giữ nước của đất và điện tích bề mặt so với mẫu đối chứng. Qua đó có thể khẳng định vai trò cải tạo môi trường đất xám bạc màu bởi TSH. 3.3. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của TSH trong môi trƣờng nƣớc 3.3.1. Khả năng đệm pH của TSH Khi thêm H + hoặc OH- vào dung dịch, tại hệ không có bổ sung , p dao động trong khoảng từ 2,1 đến 11,9. Đối với các hệ có bổ sung TSH, pH của dung dịch hầu như không đổi đáng kể so với sự thay đổi pH của dung dịch đối chứng mặc dù lượng H+ hoặc OH- thêm vào tương đương nhau. p của mẫu thử nghiệm dao động trong khoảng từ 8,6 đến 10,7 (Hình 3.7), chứng tỏ TSH có khả năng đệm tốt. Khả năng đệm của TSH là số mol của H+ hoặc OH- thêm vào 1 lít dung dịch có bổ sung để pH của nó tăng lên hoặc giảm xuống 1 đơn vị. Theo tính toán cho thấy, trung bình khả năng đệm axit của hệ có bổ sung TSH (TSH-Cu, TSH-Pb, TSH-Zn) là 9,6 mmol H+/L và khả năng đệm azơ của hệ có bổ sung TSH là 18,5 mmolOH - /L. Hình 3.7. Biến thiên pH của dung dịch khi thêm H+ hoặc OH- đối với hệ có bổ sung TSH và đối chứng 3.3.2. Khả năng xử lý Cu của TSH Cũng trong thí nghiệm 3, tiến hành khảo sát sự thay đổi của p và phân tích hàm lượng KLN còn lại trong dung dịch cho thấy: Bảng 3.4. Sự thay đổi pH của dung dịch Cu2+ sau khi bổ sung TSH Thí nghiệm Ban đầu Bổ sung TSH, tỷ lệ vật liệu và dung dịch chứa kim loại là 1:45 pH 4,42 8,6 9,1 9,3 9,7 9,9 10,0 10,0 10,1 10,3 10,3 10,7 Cu (mg/L) 74 0,17 0,22 1,20 2,25 2,56 1,04 2,43 2,58 3,01 2,69 2,02 Hiệu suất (%) 0 99,8 99,7 98,4 97,0 96,5 98,6 96,7 96,5 95,9 96,4 97,3 Theo bảng 3.4, pH dung dịch chứa kim loại Cu ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,6 đến 10,7. Nồng độ Cu còn lại trong dung dịch dao động 0,17 – 3,01 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Cu của TSH dao động 95,9 – 99,8%. Trong thí nghiệm, hiệu suất kết tủa đạt cao nhất ở pH = 8,6. 3.3.3. Khả năng xử lý Pb của TSH Bảng 3.5. Sự thay đổi pH của dung dịch Pb2+ sau khi bổ sung TSH Thí nghiệm Ban đầu Bổ sung TSH, tỷ lệ vật liệu và dung dịch chứa kim loại là 1:45 pH 4,96 8,9 9,1 9,4 9,5 9,8 9,8 9,8 9,9 10,0 10,1 10,2 10 Pb (mg/L) 183,8 1,06 2,57 2,77 2,18 3,94 3,36 3,37 2,78 2,67 2,66 2,74 Hiệu suất (%) 0 99,4 98,6 98,5 98,8 97,9 98,2 98,2 98,5 98,6 98,6 98,5 Theo bảng 3.5, pH dung dịch chứa kim loại Pb ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,9 đến 10,2. Nồng độ Pb còn lại trong dung dịch dao động 1,06 – 3,94 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Pb của TSH dao động 97,9 – 99,4%. Trong thí nghiệm, hiệu suất kết tủa đạt cao nhất ở pH = 8,9. 3.3.4. Khả năng xử lý Zn của TSH Theo bảng 3.6, pH dung dịch chứa kim loại Zn ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,9 đến 9,9. Nồng độ Zn còn lại trong dung dịch dao động 0,63 – 1,62 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Zn của TSH dao động 98,1 – 99,3%. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất kết tủa trong thí nghiệm đạt cao nhất ở pH = 9,4. Bảng 3.6. Sự thay đổi pH của dung dịch Zn2+ sau khi bổ sung TSH Thí nghiệm Ban đầu Bổ sung TSH, tỷ lệ vật liệu và dung dịch chứa kim loại là 1:45 pH-Zn 4,3 9,0 8,9 9,2 9,4 9,5 9,6 9,5 9,7 9,7 9,9 9,9 Zn (mg/L) 83,5 0,66 0,98 1,39 0,63 1,62 0,68 1,32 1,05 1,04 1,47 1,31 Hiệu suất (%) 0 99,2 98,8 98,3 99,3 98,1 99,2 98,4 98,7 98,8 98,2 98,4 3.4. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn của đất sau khi bổ sung TSH Ngoài việc đánh giá khả năng xử lý LN trong môi trường nước của TSH, nghiên cứu cũng ố trí thí nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ KLN của đất trong môi trường nước sau khi bổ sung dưới tác động của các yếu tố môi trường (thời gian hấp phụ, pH và nồng độ KLN). Nghiên cứu sử dụng phương trình Lagergren (bậc 1) mô tả quá trình động học hấp phụ và đánh giá sự hấp phụ của kim loại trên mẫu nghiên cứu về mức độ phù hợp với mô hình Freundlich. 3.4.1. Khả năng hấp phụ Cu của đất phối trộn với TSH 3.4.1.1. Động học hấp phụ của Cu Hình 3.8. Động học quá trình hấp phụ Cu bởi vật liệu theo thời gian Lượng Cu bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều tăng nhanh trong khoảng 40 ph t đầu tiên. Đối với vật liệu 0% đối chứng), tốc độ tăng từ 0,01 – 0,13 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,007 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như không tăng <0,006 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Cu bị 11 hấp phụ/tổng lượng Cu đạt 64,2%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,25 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,007 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như không tăng <0,007 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 71,4%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,34 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 92,1%. Đối với vật liệu 10%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,43 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 99,4%. Như vậy, tốc độ hấp phụ và hiệu suất hấp phụ Cu của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào. Bảng 3.7. Các tham số mô tả động học hấp phụ Cu của vật liệu KHM q>120 (mg/g) qe (mg/g) k Phương trình R2 0%TSH 0,35 0,34 -0,042 qt=qe(1-e -kt ) 0,97 1%TSH 0,45 0,44 -0,039 0,92 5%TSH 0,56 0,55 -0,042 0,89 10%TSH 0,64 0,63 -0,041 0,85 q>120 giá trị trung bình Cu đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm qe lượng Cu hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t. Phương trình Lagergren mô tả động học hấp phụ Cu bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số hấp phụ Lagergren (k) của Cu tương ứng với các giá trị 0,042, 0,039, 0,042, 0,041. Sự khác biệt không có ý nghĩa giữa các giá trị thực nghiệm (q>120) và tính toán hồi quy (qe) cùng với hệ số tương quan R cao 0,85 – 0,97) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Cu bởi vật liệu trong nghiên cứu. 3.4.1.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Cu bị hấp phụ bởi TSH Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Cu của vật liệu. Đối với vật liệu 0%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,17 mg/g ở p = 5,94 tương ứng với hiệu suất 97,96%. Với vật liệu 1%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,05 mg/g ở p = 6,78 tương ứng với hiệu suất 98,01%. Với vật liệu 5%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,25 mg/g ở pH = 6,58 12 tương ứng với hiệu suất 98,31%. Với vật liệu 10%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,48 mg/g ở p = 7,27 tương ứng với hiệu suất 98,96%. Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn làm tăng p trong dung dịch cao hơn và hiệu suất hấp phụ Cu cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp. 3.4.1.3. Tỉ lệ vật liệu/ nồng độ Cu Hình 3.10. Mối liên hệ giữa nồng độ Cu trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Cu hấp phụ bởi vật liệu (mg/g) Mối tương quan giữa hàm lượng Cu bị hấp phụ với nồng độ Cu trong dung dịch an đầu được biểu diễn ở hình 3. 10. Ở cả 4 vật liệu, lượng Cu bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Cu trong dung dịch an đầu từ 0,2 đến 1,0 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Cu bị hấp phụ tăng lên từ 0,24 đến 0,62 mg/g và đạt bão hòa ở nồng độ an đầu là 0,6 mmol/L, tương ứng với hệ số tương quan R2) là 0,81. Ở các mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Cu bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,6 đến 1,37 mg/g, từ 0,64 đến 2,94 mg/g và từ 0,66 đến 3,12 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,94, 0,994 và 0,995. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái bão hòa và còn có khả năng hấp phụ thêm Cu. 3.4.2. Khả năng hấp phụ Pb của đất phối trộn với TSH 3.4.2.1. Động học hấp phụ của Pb Hình 3.11. Động học quá trình hấp phụ Pb bởi vật liệu theo thời gian Lượng Pb bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều tăng nhanh trong khoảng 40 ph t đầu tiên. Đối với vật liệu 0% đối chứng), tốc độ tăng từ 0,02 – 0,15 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,01 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như không tăng <0,014 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Pb bị hấp phụ/tổng lượng P đạt 92,5%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,02 – 0,25 mg/g/ph t, sau đó 13 giảm xuống 0,01 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như không tăng <0,014 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 94,4%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,02 – 0,42 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,015 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như không tăng <0,015 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 99,0%. Đối với vật liệu 10%TSH, tốc độ tăng từ 0,02 – 0,59 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,017 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như không tăng <0,017 mg/g/phút). Tại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 99,5%. Như vậy, tốc độ hấp phụ và hiệu suất hấp phụ Pb của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào. Phương trình Lagergren mô tả động học hấp phụ Pb bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số hấp phụ Lagergren (k) của Pb tương ứng với các giá trị 0,053, 0,040, 0,039, 0,048. Sự khác biệt không có ý nghĩa giữa các giá trị thực nghiệm (q>120) và tính toán hồi quy (qe) cùng với hệ số tương quan R2 cao (0,95 – 0,99) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Pb bởi vật liệu trong nghiên cứu. Bảng 3.8. Các tham số mô tả động học hấp phụ Pb của vật liệu. KHM q>120 (mg/g) qe (mg/g) k Phương trình R2 0%TSH 0,86 0,86 -0,054 qt=qe(1-e -kt ) 0,99 1%TSH 0,93 0,93 -0,040 0,99 5%TSH 0,96 0,96 -0,039 0,93 10%TSH 1,03 1,03 -0,048 0,94 q>120 giá trị trung ình Pb đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm qe lượng Pb hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t. 3.4.2.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Pb của vật liệu. Đối với vật liệu 0%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 7,95 mg/g ở p = 7,80 tương ứng với hiệu suất 97,1%. Với vật liệu 1%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,08 mg/g ở p = 7,12 tương ứng với hiệu suất 98,6%. Với vật liệu 5%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,25 mg/g ở p = 7,8 tương ứng với hiệu suất 99,0%. Với vật liệu 10%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,33 mg/g ở pH = 7,75 tương ứng với hiệu suất 99,9% (Hình 3.12.). Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn làm tăng p trong dung dịch cao hơn và hiệu suất hấp phụ P cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp. Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Pb bị hấp phụ bởi TSH 14 3.4.2.3. Đường cong hấp phụ của Pb Hình 3.13. Mối liên hệ giữa nồng độ Pb trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Pb hấp phụ bởi vật liệu (mg/g) Mối tương quan giữa hàm lượng Pb bị hấp phụ với nồng độ Pb trong dung dịch an đầu được biểu diễn ở hình 3. 13. Ở cả 4 vật liệu, lượng Pb bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Pb trong dung dịch an đầu từ 0,1 đến 0,5 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Pb bị hấp phụ tăng lên từ 0,77 đến 3,02 mg/g và đạt bão hòa ở nồng độ an đầu là 0,4 mmol/L, tương ứng với hệ số tương quan R2) là 0,949. Ở các mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Pb bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,79 đến 3,87 mg/g, từ 0,77 đến 4,30 mg/g và từ 0,80 đến 4,33 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,954, 0,980 và 0,971. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái bão hòa và còn có khả năng hấp phụ thêm Pb. 3.4.3. Khả năng hấp phụ Zn của đất phối trộn với TSH 3.4.3.1. Động học hấp phụ của Zn Lượng Zn bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều tăng nhanh trong khoảng 40 ph t đầu tiên. Hình 3.14. Động học quá trình hấp phụ Zn bởi vật liệu theo thời gian Đối với vật liệu 0% đối chứng), tốc độ tăng từ 0,01 – 0,05 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,006 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như không tăng <0,006 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Zn bị hấp phụ/tổng lượng Zn đạt 61,7%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,06 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,007 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như không tăng <0,007 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 77,8%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,09 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009 15 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 96,2%. Đối với vật liệu 10%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,16 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 97,7%. Như vậy, tốc độ hấp phụ và hiệu suất hấp phụ Zn của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào. Phương trình Lagergren mô tả động học hấp phụ Zn bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số hấp phụ Lagergren (k) của Zn tương ứng với các giá trị 0,036, 0,039, 0,040, 0,041. Sự khác biệt không có ý nghĩa giữa các giá trị thực nghiệm (q>120) và tính toán hồi quy (qe) cùng với hệ số tương quan R2 cao (0,93 – 0,99) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Zn bởi vật liệu trong nghiên cứu. Bảng 3.9. Các tham số mô tả động học hấp phụ Zn của vật liệu. Vật liệu qe (mg/g) k Phương trình R2 0%TSH 0,38 -0,037 qt=qe(1-e -kt ) 0,97 1%TSH 0,45 -0,039 0,94 5%TSH 0,55 -0,041 0,93 10%TSH 0,59 -0,042 0,99 q>120 giá trị trung ình Zn đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm qe lượng Zn hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t. 3.4.3.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Zn Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Zn của TSH Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Zn của vật liệu. Đối với vật liệu 0%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,57 mg/g ở p = 7,55 tương ứng với hiệu suất 93,61%. Với vật liệu 1%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,63 mg/g ở p = 7,89 tương ứng với hiệu suất 94,86%. Với vật liệu 5%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,82 mg/g ở pH = 7,09 tương ứng với hiệu suất 97,53%. Với vật liệu 10%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,94 mg/g ở p = 7,74 tương ứng với hiệu suất 98,50%. Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn sẽ làm tăng p trong dung dịch cao hơn và hiệu suất hấp phụ Zn cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp. 16 3.4.3.3. Đường cong hấp phụ của Zn Hình 3.16. Mối liên hệ giữa nồng độ Zn trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Zn hấp phụ bởi vật liệu (mg/g) Mối tương quan giữa hàm lượng Zn bị hấp phụ với nồng độ Zn trong dung dịch an đầu được biểu diễn ở hình 3. 16. Ở cả 4 vật liệu, lượng Zn bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Zn trong dung dịch an đầu từ 0,2 đến 1,0 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Zn bị hấp phụ tăng lên từ 0,24 đến 1,11 mg/g và đạt bão hòa ở nồng độ an đầu là 0,8 mmol/L, tương ứng với hệ số tương quan R2) là 0,941. Ở các mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Zn bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,41 đến 1,48 mg/g, từ 0,57 đến 2,73 mg/g và từ 0,59 đến 3,76 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,922, 0,965 và 0,986. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái bão hòa và còn có khả năng hấp phụ thêm Zn. 3.5. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn trong môi trƣờng đất Phần nghiên cứu này tìm hiểu khả năng cố định và hạn chế sự tích luỹ Cu, P và Zn trong cây dưới tác dụng của trên đất bạc màu thông qua các thí nghiệm về gây nhiễm kim loại nặng cho đất, bổ sung các tỷ lệ vào đất bạc màu, ủ trong buồng tối và tiến hành chiết bằng dung dịch CaCl2 0,1M theo thời gian và theo dõi sự tích luỹ kim loại nặng trong cây rau muống. 3.5.1. Khả năng cố định KLN của TSH dưới tác động của dịch chiết CaCl2 0,01M 3.5.1.1. Khả năng chiết Cu của CaCl2 0,01M Hình 3.17. Nồng độ Cu được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01M theo thời gian Khả năng chiết Cu của CaCl2 0,01M giảm theo thời gian. So với đối chứng, khả năng chiết Cu của dung dịch CaCl2 0,01M sau 1 giờ của thí nghiệm ủ giảm 74,2, 84,1 và 88,4% tương ứng với tỉ lệ 1%, 5% và 10% TSH. So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của CaCl2 đối với kim loại Cu ở cuối thí nghiệm thấp hơn lần lượt là 5,9, 4,9 và 5,2 lần ở các mức TSH 1%, 5% và 10% TSH. Sau thời gian từ 504 giờ, nồng độ 17 Cu chiết được không có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 0,05. p đo được sau khi kết thúc thủ tục chiết trong thí nghiệm hầu như không thay đổi theo thời