Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường ở Việt Nam cũng như các nước trên thế giới đang là chủ đề nhận được rất nhiều sự quan tâm. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước đã và đang ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn. Môi trường nước được xem là nguồn sống của mọi sinh vật và nguồn nước sạch không phải là vô tận nhưng lại đang bị tác động mạnh mẽ bởi sự phát triển của các ngành công nghiệp, có thể kể đến như: chế biến thực phẩm, chất kích thích và bảo vệ thực vật, luyện kim, cao su, sơn. Đặc biệt là ngành công nghiệp dệt nhuộm. Cùng với sự phát triển là vấn đề ô nhiễm môi trường phát sinh từ quá trình sản xuất. Lượng nước thải trong công đoạn dệt nhuộm và nấu tẩy ở hầu hết các nhà máy, xí nghiệp dệt nhuộm chứa rất nhiều chất độc hại như kim loại, thuốc nhuộm, có độ kiềm cao, độ màu lớn (Yaseen & Scholz, 2019). Thuốc nhuộm thường có cấu trúc bền khó phân hủy sinh học, có độc tính cao đối với con người và động thực vật (Vadivelan & Kumar, 2005). Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm vượt 8,2 lần QCVN 13- MT:2015/BTNMT (Phượng & Lâm, 2018). Một trong những thuốc nhuộm phổ biến có trong công nghiệp dệt nhuộm là Methylene Blue (MB) - là hợp chất hữu cơ mang màu có nguồn gốc tổng hợp. Ảnh hưởng của nước thải dệt nhuộm đối với nguồn nước và sức khỏe con người là rất đáng quan ngại (Tara et al., 2020; Moorthy et al., 2021).

Hiện nay, việc xử lý các phẩm màu hữu cơ có thể kể đến một số phương pháp như phương pháp keo tụ - tạo bông, phương pháp trao đổi ion, phương pháp hấp phụ, phương pháp oxi hóa và xúc tác quang. Trong đó, phương pháp hấp phụ được sử dụng phổ biến nhất bởi phương pháp mang lại hiệu quả cao, dễ thực hiện (Tan et al., 2021). Hiện nay ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu các vật liệu có khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ trong nước nói chung và MB nói riêng như như sử dụng than hoạt tính từ vỏ hạt Mắc Ca được biến tính bằng KOH (Trung, 2018), biochar từ tính (Trinh & Phuong, 2020), vật liệu nano Cu2O đính TiO2 nanotubes (Pham et al., 2017), vật liệu từ tính khung cơ kim CuBDC@Fe3O4 (Long, 2020), và vật liệu tổ hợp chitosan – SiO2 (Ngọc et al., 2019).

Bên cạnh các vật liệu hấp phụ phổ biến hiện nay, những vật liệu được biến tính từ cellulose được chứng minh là có khả năng hấp phụ MB trong nước với nhiều nhóm chức có khả năng hấp phụ như acid hóa cellulose từ cây đay bằng HCl (Chan et al., 2015), hoặc tạo ra các vật liệu tổ hợp của cellulose với polyacrylamide (Zhou et al., 2014), graphene oxide (Chen et al., 2016), carbon hoạt tính (Somsesta et al., 2020) và tất cả các vật liệu này đều cho thấy khả năng loại bỏ MB ra khỏi nước là rất tốt. Bên cạnh đó, một vài nghiên cứu về việc sử dụng bã mía biến tính để loại bỏ MB cũng được báo cáo, như Utomo et al. (2015) đã biến tính bã mía với CaCl2 và NaOH để loại MB trong nước. Kết quả cho thấy bã mía biến tính với NaOH có dung lượng hấp phụ MB là 13,0 mg/g lớn hơn biến tính với CaCl2 là 10,9 mg/g. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng bã mía không biến tính có khả năng loại bỏ MB tốt hơn biến tính với CaCl2 nhưng không tốt so với biến tính bằng NaOH. Năm 2020, Andrade Siqueira et al. (2020) cũng có kết quả loại bỏ MB bằng bã mía không biến tính tương tự như kết quả của Utomo và cộng sự. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên đều tạo ra vật liệu có kích thước bé dẫn đến khó thu hồi, ít tiềm năng ứng dụng trong công nghiệp.

Bên cạnh đó, một vài bài báo về vật liệu hấp phụ dạng hạt có kích thước milimet như sự kết hợp của than hoạt tính và alginate (Alamin et al., 2021) đã cho dung lượng hấp phụ cực đại lên đến 769 mg/g khi nồng độ đầu của MB trong nước là 400 mg/L. Một nghiên cứu của Vijayalakshmi et al. (2014) đã tạo ra hạt vật liệu tổ hợp của cellulose, nanochitosan và sodium alginate với cellulose nguồn gốc từ chuối, và ứng dụng loại bỏ ion Pd(II) trong nước (Vijayalakshmi et al., 2017). Tuy nhiên, cho đến thời điểm hiện tại cellulose từ nguồn phụ phẩm bã mía kết hợp với chitosan từ phụ phẩm vỏ tôm chưa được nghiên cứu kết hợp để tạo nên một vật liệu có khả năng xử lý ô nhiễm phẩm nào hữu cơ nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cũng như nâng cao giá trị kinh tế, tận dụng nguồn phụ phế phẩm nông nghiệp. Trong nghiên cứu này, hạt vật liệu hấp phụ composite của cellulose, chitosan và alginate (CC- SA) sẽ được tổng hợp và đánh giá khả năng hấp phụ chất màu MB trong nước.

Qua quá trình nghiên cứu, hạt vật liệu composite CC-SA đã được tổng hợp thành công với cellulosethu hồi từ bã mía được kết hợp với chitosan vàsodium alginate. Các phương pháp phân tích như FTIR, TGA cho thấy vật liệu được tổng hợp thành công với nhiệt độ phân hủy 266°C, có sự tương tác giữa chitosan và alginte được thể hiện qua các giao động liên kết đặc trưng. Hạt vật liệu CC-SA có đường kính hạt khoảng 1 mm, bề mặt gồ ghề, có nhiều khe rãnh, lỗ xốp. Hạt vật liệu CC-SA đã hấp phụ MB với hiệu suất 85,33± 0,85% ứng với dung lượng 4,27 mg/g ở các điều kiện tối ưu pH 8, thời gian hấp phụ 3 giờ và nồng độ MB 10 ppm. Ngoài ra, vật liệu không những hấp phụ tốt MB mà có tiềm năng hấp phụ tốt các loại chất thải khác.