Than sinh học, hay còn gọi là biochar (BC), là sản phẩm của quá trình nhiệt phân các nguồn sinh khối hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy ở nhiệt độ 250 – 1000oC1. Là một loại vật liệu hữu cơ giàu carbon, cấu trúc hình thể của BC có các đặc tính vật lý như diện tích bề mặt cao, độ xốp cao hơn so với vật liệu sinh khối ban đầu do quá trình khử nước ở nhiệt độ 100 – 250oC và sự mất cellulose, lignin, và hemicellulose ở nhiệt độ cao hơn 250 – 700oC2. Chính cấu trúc xốp này của BC đã tạo ra các vùng hấp phụ vật lý để giữ những chất ô nhiễm. BC cũng có thể được biến tính bằng cách kết hợp với các nhóm chức khác nhau như oxít sắt từ (Fe3O4), maghemite (Fe2O3, g-Fe2O3) hay hạt nano - sắt hóa trị zero (nZVI) để cải thiện các đặt tính nguyên thủy của nó như tính từ tính và khả năng phản ứng. Ứngdụng của vật liệu than từ tính để làm chất hấp phụ trong xử lý nước thải đang là mối quan tâm lớn vì khả năng dễ dàng tách vật liệu than nhiễm từ này ra khỏi dòng nước đã xử lý bằng nam châm. Đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng của nZVI để khử các chất ô nhiễm khác nhau như chlorinated, halogenated aliphatic, nitrates, nitro aro-matic carbons, kim loại nặng, các hợp chất vô cơ... được công bố. Tuy nhiên, việc kết hợp nZVI lên nền vật liệu than từ tính, mà nó được mong đợi sẽ cải thiện các tính chất của các vật liệu riêng lẽ, còn rất mới mẻ và do vậy vẫn cần có thêm nhiều nghiên cứu hơn nữa.

Cấu trúc hình dáng của (a) than trấu (BC600), (b) cấu trúc hạt nano sắt hóa trị zero (nZVI ), (c) than trấu từ tính (BC - mag), và (d) cấu trúc than trấu tư tính kết hợp nano sắt hóa trị zero (BC600-mag-nZVI), đươc xem tư kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1400 Transmission Electron Micrographs (JOEL USA Inc., MA,USA ) với đô phóng đại x 5 0.000 lần.

Mặt khác, trấu là một trong những nguồn sinh khối dồi dào ở Việt Nam có thể được tận dụng để sản xuất BC. Trấu có chứa khoảng 75–90% vật chất hữu cơ như là lignin, cellulose và hemicelluloses, và phần còn lại là nước, silica, chất khoáng, và các nguyên tố vết. Năm 2017, Việt Nam đã sản xuất 43 triệu tấn lúa và trở thành nước sản xuất lúa lớn thứ năm trên thế giới.Theo số liệu đã được công bố thì tỷ lệ khối lượng giữa trấu và lúa là 20%. Với tỷ lệ này thì lượng trấu sinh ra hàng năm ở Viêt Nam được ước tính là 9 triệu tấn (trong 43 triệu tấn lúa). Do vậy trấu được sử dụng để chế tạo BC trong nghiên cứu này.

Công nghiệp dệt nhuộm đã và đang phát triển nhanh chóng ở Việt Nam. Bên cạnh những đóng góp to lớncho nền kinh tế, ngành này cũng gây ra các tác động đáng kể đến môi trường, đăc biệt là môi trường nước bởi vì lượng nước thải lớn và ô nhiễm nặng của nó. Đã có nhiều giải pháp được công bố nhằm hạn chế ô nhiêm màu trong nước thải nhuộm như ứng dụng BC từ tre và các loại chất thải nông nghiệp khác để hấp phụ các loại thuốc nhuộm; hay ứng dụng nhựa kết hợp với nZVI để khử màu acidblue113... Việc khử các loại thuốc nhuộm bằng cách gắn nZVI trên nền các loại vật liệu như là nhựa, niken, kẽm, ben-tonite, biopolymer, kaolin, hay graphene... cũng đã có nhiều nhiều nghiên cứu được công bố. Tuy nhiên, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về ứng dụng của than trấu từ tính kết hợp với nZVI để khử màu trong nước thải dệt nhuộm được công bố.

Nghiên cứu này nhằm mục đích chế tạo ra BC bằng quá trình nhiệt phân thiếu khí vật liệu trấu ở 600oC trong điều kiện phòng thí nghiệm. BC sau đó được biến tính với oxít sắt từ để tạo ra sản phẩm trung gianlà BC từ tính. Vật liệu nZVI được tổng hợp trên nền BC từ tính để tạo ra sản phẩm sau cùng là BC từ tính kết hợp nZVI. Hiệu quả khử màu của vật liệu BC từtính kết hợp nZVI này được đánh giá bằng cách cho tiếp xúc với các dung dịch thuốc nhuộm khác nhau thông qua các thí nghiệm dạng mẻ.

Kết quả nghiên cứu cho thấy than trấu biến tính với oxít sắt từ và nano sắt hóa trị zero đã cho thấy hiệu quả vượt trội của vật liệu này trong việc khử màu của các loại thuốc nhuộm hoạt tính vàng RY 145, đỏ RR 195, và xanh RB 19 trong nước thải dệt nhuộm. Khi liều lượng của than biến tính (BC600-mag-nZVI) tăng thì hiệu quả khử màu cũng tăng tương ứng, đạt đến 100% đối với màu vàng RY 145 và đỏ RR 195 vàhơn 70% đối với màu xanh RB 19. Hơn nữa sự gắn kết hạt nZVI lên nền BC đã hạn chế được nhược điểm kết khối của vật liệu ZVI và từ đó làm gia tăng hiệu quả khử màu của vật liệu than biến tính với nZVI này.Việc ứng dụng nguồn trấu dồi dào để tạo ra BC - một loại vật liệu hữu cơ, thân thiện môi trường, sẽ góp phần giảm thiểu sự phát thải khí nhà kính vào môi trường.