Chuyển đổi sinh khối bã cà phê thành than sinh học ứng dụng trong xử lý kháng sinh trong nước

Như chúng ta đã biết, ô nhiễm kháng sinh trong nước là một vấn đề môi trường cấp bách và thách thức ở nhiều nước đang phát triển do thiếu các công nghệ xử lý nước phù hợp. Trong số các loại kháng sinh, Norfloxacin và Tetracycline là những kháng sinh được sử dụng phổ biến với hàm lượng cao. Theo ước tính, chỉ khoảng 30% kháng sinh được hấp thụ và phần còn lại sẽ được đào thải ra môi trường nước, dẫn đến nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Trong thập kỷ qua, quá trình bùn hoạt tính cũng đã được áp dụng để xử lý kháng sinh. Tuy nhiên, hiệu quả tương đối thấp hoặc hầu như không hiệu quả. Sau đó, công nghệ sinh học màng (MBR), các quy trình oxy hóa nâng cao như quang xúc tác, điện Fenton, UV-C xúc tác persulfate mang lại hiệu quả tương đối cao. Tuy nhiên, các công nghệ này đều đòi hỏi chi phí cao, vận hành phức tạp và đòi hỏi tay nghề cao. Để cải thiện những hạn chế về mặt kinh tế, quá trình hấp phụ đã được quan tâm nhiều đến nhà nghiên cứu khoa học, đặc biệt vật liệu hấp phụ được chế tạo từ các sinh khối thải bỏ trong nông nghiệp.

Việt Nam là quốc gia sản xuất cà phê lớn thứ hai thế giới. Để sản xuất ra 1 kg cà phê hòa tan chúng ta thải ra 2 kg bã cà phê. Để tận dụng sản phẩm thải bỏ này, từ năm 2019, nhóm nghiên cứu đã thực hiện nhiều nghiên cứu điều chế than sinh học (biochar) từ bã cà phê để hấp phụ Norfloxacin và Tetracycline trong nước. Kết quả cho thấy rằng khả năng hấp phụ tối đa của than sinh học từ bã cà phê đạt khoảng 70 mg/g đối với Norfloxacin và 39 mg/g đối với Tetracycline. Để tăng cường hiệu quả hấp phụ, than sinh học từ bã cà phê biến tính cũng được nghiên cứu. Kết quả khả năng hấp phụ tối đa đạt 134 – 370 mg/g đối với Tetracycline, cao gấp 2-9 lần so với than sinh học không biến tính. Ngoài ra, hydrocarbons đa vòng thơm (PAHs) trong than sinh học và dầu sinh học hình thành trong quá trình nhiệt phân cũng được xác định. Kết quả cho thấy tổng nồng độ PAH tăng từ 562 µg/kg lên 850 µg/kg khi nhiệt độ nhiệt phân tăng từ 300 °C đến 900 °C. Nồng độ PAHs thấp hơn so với các than sinh học điều chế từ gỗ đỏ, rơm rạ, ngô, gỗ mềm, gỗ tre, vỏ trấu, bùn giấy và thấp hơn ngưỡng an toàn cho than sinh học theo yêu cầu của Sáng kiến than sinh học quốc tế (IBI) và Chứng chỉ than sinh học của châu Âu. Những phát hiện này chứng minh rằng than sinh học từ bã cà phê được phát triển trong nghiên cứu này có thể được sử dụng như một chất hấp phụ hiệu quả về chi phí, thân thiện với môi trường và tiềm năng để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ mới như kháng sinh trong nước thải.

Tác giả: Võ Thị Diệu Hiền