NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ NITRAT CỦA CHẾ PHẨM THAN SINH HỌC ĐƯỢC SẢN XUẤT TỪ CÀNH THANH LONG (Hylocereus sp.)

Abstract

The present study evaluated the nitrate removal efficiency in aqueous solution using biochar (BC) produced from the fruit dragon branches. The BC produced through pyrolysis at 450°C for 120 minutes, exhibited a rough, porous and heterogeneous surface morphology, making it suitable for adsorption applications. Optimal adsorption conditions were achieved at a pH of 2, 3.0 g of biochar having particles size of 0.054 - 0.105 mm, a contact time of 60 minutes, 50 mL initial nitrate concentration of 80.0 mg/L and room temperature, yielding an adsorption efficiency and adsorption capacity of 93.4% and 1.25 mg/g, respectively. The strong influence of solution pH on adsorption efficiency was demonstrated by a significant decrease in efficiency as the pH solution increased, highlighting the role of electrostatic attraction between the positively charged biochar surface (below the point of zero charge (PZC) of 7.6) and the nitrate anions. The adsorption process followed the Langmuir isotherm model having q_max of 1.437 mg/g and the pseudo-second-order kinetic, indicating that chemisorption was the dominant mechanism. This research contributes to elucidating the potential for using agricultural by-products in nitrate treatment and proposes using the post-adsorption biochar as a slow-release fertilizer, aligning with the circular agriculture model.

Tóm tắt

Nghiên cứu này đánh giá hiệu quả bỏ nitrat ra khỏi nước của than sinh học (TSH) được sản xuất từ cành thanh long. TSH được sản xuất từ quá trình nhiệt phân ở 450°C trong 120 phút có hình thái bề mặt thô, xốp và không đồng nhất, phù hợp với ứng dụng hấp phụ. Khi sử dụng 3,0 g TSH có đường kính hạt khoảng 0,054 - 0,105 mm trong 50 mL dung dịch chứa 80 mg/L nitrat ở điều kiện pH 2, thời gian tiếp xúc 60 phút và nhiệt độ phòng thì khả năng hấp phụ tối đa của TSH là 1,25 g nitrat/1 g TSH với hiệu suất loại bỏ nitrat là 93,4%. Ảnh hưởng mạnh của pH dung dịch tới hiệu suất hấp phụ thể hiện thông qua việc hiệu suất giảm đáng kể khi pH dung dịch tăng, từ đó làm nổi bật vai trò của lực hút tĩnh điện giữa bề mặt TSH tích điện dương (dưới PZC 7,6) và các anion nitrat. Quá trình hấp phụ nitrat tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir (q_max = 1,437 mg/g) và động học bậc hai, chứng tỏ cơ chế chủ yếu là hấp phụ hóa học. Nghiên cứu này góp phần làm rõ tiềm năng ứng dụng của phụ phẩm nông nghiệp trong xử lý nitrat, đồng thời đề xuất hướng sử dụng TSH sau hấp phụ như phân bón chậm giải phóng, phù hợp với mô hình nông nghiệp tuần hoàn.