Phế thải nông nghiệp là một trong những nguồn tài nguyên sinh khối dồi dào, có thể tái tạo và chưa được sử dụng hết trên toàn thế giới. Khi sản lượng nông nghiệp toàn cầu tăng lên, một lượng lớn phế thải – như vỏ trấu, mùn cưa, lõi ngô, bã mía, vỏ dừa và vỏ trái cây – được tạo ra hàng năm. Theo truyền thống, những phế thải này được đốt, chôn lấp hoặc để phân hủy, những hoạt động này góp phần gây ô nhiễm không khí, phát thải khí nhà kính và suy thoái môi trường. Tuy nhiên, trong những thập kỷ gần đây, nhiều nghiên cứu quan trọng đã tập trung vào việc chuyển đổi phế thải nông nghiệp thành vật liệu hấp phụ hiệu suất cao để xử lý môi trường. Cách tiếp cận này không chỉ cung cấp một chiến lược quản lý nguồn phế phụ phẩm bền vững mà còn cung cấp các lựa chọn thay thế chi phí thấp cho các chất hấp phụ thông thường như than hoạt tính, zeolite và polymer tổng hợp.
Trấu hun (than sinh học)
Nguồn:dantri.com.vn/kinh-doanh
Các chất hấp phụ từ phế thải nông nghiệp thường được điều chế thông qua các quá trình hoạt hóa vật lý, hoạt hóa hóa học hoặc nhiệt phân nhằm tăng diện tích bề mặt, độ xốp và sự phong phú của các nhóm chức. Ví dụ, vỏ trấu và vỏ dừa chứa hàm lượng lignocellulose cao và khung silica hoặc carbon nội tại, khiến chúng trở thành tiền chất tuyệt vời cho than hoạt tính với cấu trúc vi xốp và trung xốp phát triển tốt. Quá trình hoạt hóa hóa học bằng các chất như KOH, H₃PO₄ hoặc ZnCl₂ giúp tăng cường hơn nữa sự phát triển lỗ xốp và tăng số lượng vị trí hoạt động, từ đó cải thiện khả năng hấp phụ chất gây ô nhiễm. Các vật liệu khác, chẳng hạn như vỏ chuối, vỏ cam và bã mía, rất giàu nhóm carboxyl, hydroxyl và phenolic có thể liên kết các ion kim loại và chất ô nhiễm hữu cơ thông qua cơ chế tạo phức hoặc trao đổi ion.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của các chất hấp phụ có nguồn gốc từ sinh khối này là loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải. Các kim loại như Pb²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Cu²⁺ và Cr⁶⁺ rất bền, không phân hủy sinh học và độc hại ngay cả ở nồng độ thấp. Than hoạt tính có nguồn gốc từ vỏ dừa, tro trấu biến tính và than sinh học từ thân cây ngô đã chứng minh ái lực mạnh mẽ đối với các ion này nhờ cấu trúc xốp và các nhóm chức năng trên bề mặt. Ngoài việc xử lý kim loại nặng, các chất hấp phụ từ phế thải nông nghiệp còn thể hiện hiệu suất tuyệt vời trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ như thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu và dư lượng dược phẩm. Than sinh học được sản xuất từ tre hoặc bã mía cho thấy ái lực cao đối với các phân tử thuốc nhuộm thơm do tương tác π–π và hiệu ứng kỵ nước. Vỏ cam và vỏ chuối, khi được xử lý hóa học, hấp phụ hiệu quả các thuốc nhuộm anion thông qua lực hút tĩnh điện. Hơn nữa, các vật liệu composite kết hợp giữa than sinh học nông nghiệp với oxit kim loại (ví dụ: Fe₃O₄, TiO₂, ZnO) hoặc polymer sinh học (ví dụ: chitosan) cung cấp khả năng hấp phụ-quang xúc tác hoặc hấp phụ-tách, nâng cao hiệu quả và khả năng tái chế.
Than sinh học nói chung đã nổi lên như một vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường nhờ ưu điểm như thu giữ CO2 bên trong xi măng, đồng thời cải thiện độ bền cho bê tông
(Nguồn: Soha.vn)
Một ứng dụng mới nổi khác là hấp phụ khí, đặc biệt là để thu giữ CO₂, khử mùi và làm sạch không khí trong nhà. Than hoạt tính từ vỏ quả hạch và vỏ trấu thể hiện độ xốp vi mô cao, phù hợp cho việc hấp thụ CO₂. Ngoài ra, các bộ lọc dựa trên than sinh học ngày càng được sử dụng rộng rãi trong gia đình và nông nghiệp để giảm thiểu amoniac và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC).
Bên cạnh những lợi ích về môi trường, các chất hấp phụ có nguồn gốc từ phế thải nông nghiệp còn góp phần vào các nguyên tắc kinh tế tuần hoàn bằng cách chuyển đổi sinh khối rẻ tiền, sẵn có thành các vật liệu có giá trị gia tăng. Việc sản xuất chúng thường yêu cầu lượng năng lượng đầu vào thấp hơn so với các chất hấp phụ truyền thống và các vật liệu thu được dễ phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường hơn. Hơn nữa, việc sử dụng phế thải nông nghiệp hỗ trợ nền kinh tế nông thôn bằng cách tạo ra các nguồn thu nhập mới và giảm chi phí quản lý chất thải.
Tóm lại, việc chuyển đổi phế thải nông nghiệp thành vật liệu hấp phụ là một cách tiếp cận đầy hứa hẹn và bền vững để giải quyết cả thách thức quản lý chất thải và ô nhiễm môi trường. Những vật liệu này cung cấp các giải pháp thay thế tiết kiệm chi phí, hiệu quả và thân thiện với môi trường để xử lý nước, đất và không khí bị ô nhiễm. Những tiến bộ liên tục trong công nghệ biến đổi bề mặt, tổng hợp vật liệu composite và sản xuất quy mô lớn dự kiến sẽ tiếp tục nâng cao hiệu suất và thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi hơn trong công nghiệp xử lý môi trường.
