Nghiên cứu đánh giá khả năng xúc tác của H₂O₂ và K₂S₂O₈ trong quá trình oxy hóa Tetracycline trên vật liệu CFE tổng hợp từ bã đậu nành và quặng Goethite

• Tác giả: Huỳnh Nguyễn Cao Thông
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Duy Đạt
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Đánh giá khả năng xúc tác của H₂O₂ và K₂S₂O₈ trong oxy hóa Tetracycline trên vật liệu C-Fe từ bã đậu nành và quặng Goethite
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1. Kháng sinh và ô nhiễm dư lượng kháng sinh. Nguồn gốc phát sinh
• 1.2. Ảnh hưởng của chất kháng sinh đến hệ sinh thái
• 1.3. Tổng quan về Tetracycline
• 1.4. Các tác động của Tetracycline đến hệ sinh thái
• 1.5. Các phương pháp xử lí tetracycline
• 1.6. Tổng quan về vật liệu xúc tác Fenton dị thể
• 1.7. Than sinh học (BC)
• 1.8. Tổng quan về quá trình oxy hóa bậc cao
• 1.9. Ứng dụng công nghệ xử lí nước thải bằng phương pháp Fenton
• 1.10. Quá trình Fenton đồng thể
• 1.11. Quá trình Fenton dị thể
• 1.12. Vai trò của các tác nhân oxy hóa trong quá trình oxy hóa bậc cao để phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ
• 1.13. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.13.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.13.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Điều chế than sinh học từ bã đậu nành (BC)
• 2.2.2. Điều chế quặng Goethite (α-FeOOH)
• 2.2.3. Vật liệu composite tổng hợp từ than sinh học bã đậu nành và quặng Goethite (BC@Fe)
• 2.3. Phân tích hình thái bề mặt vật liệu
• 2.3.1. Phân tích sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.2. Phân tích diện tích bề mặt (BET)
• 2.3.3. Phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4. Thiết lập các thí nghiệm phân hủy TCH
• 2.4.1. Phương pháp xác định nồng độ TCH
• 2.4.2. Thí nghiệm xác định điều kiện tổng hợp vật liệu

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào đánh giá khả năng xúc tác của H₂O₂ và K₂S₂O₈ trong quá trình oxy hóa Tetracycline trên vật liệu CFE được tổng hợp từ bã đậu nành và quặng Goethite. Tetracycline là một loại kháng sinh phổ biến, gây ô nhiễm môi trường nước do khả năng tồn tại lâu dài và khó phân hủy. Quá trình oxy hóa bậc cao (AOP) được xem là giải pháp hiệu quả để xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân hủy như Tetracycline. Vật liệu CFE được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu tự nhiên như bã đậu nành và quặng Goethite, mang lại tính bền vững và thân thiện với môi trường.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Ô nhiễm nước do dư lượng Tetracycline đang là vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Tetracycline có khả năng tồn tại lâu trong môi trường, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc tìm ra phương pháp xử lý hiệu quả là cấp thiết. Quá trình oxy hóa bậc cao với sự hỗ trợ của H₂O₂ và K₂S₂O₈ được xem là giải pháp tiềm năng.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng xúc tác của H₂O₂ và K₂S₂O₈ trong quá trình oxy hóa Tetracycline trên vật liệu CFE. Mục tiêu cụ thể bao gồm tối ưu hóa các điều kiện phản ứng, so sánh hiệu suất phân hủy, và khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp vật liệu CFE từ bã đậu nành và quặng Goethite thông qua quá trình nhiệt phân và thủy nhiệt. Các thí nghiệm được thiết kế để khảo sát hiệu suất phân hủy Tetracycline dưới tác dụng của H₂O₂ và K₂S₂O₈. Các phương pháp phân tích bao gồm SEM, BET, và XRD để đánh giá đặc tính vật liệu.

2.1. Tổng hợp vật liệu CFE

Vật liệu CFE được tổng hợp từ bã đậu nành và quặng Goethite qua hai giai đoạn: nhiệt phân và thủy nhiệt. Quá trình này giúp tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt lớn và khả năng xúc tác cao.

2.2. Thiết kế thí nghiệm

Các thí nghiệm được thiết kế để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như pH, nhiệt độ, nồng độ tác nhân oxy hóa đến hiệu suất phân hủy Tetracycline. Phương pháp UV-Vis được sử dụng để đo nồng độ Tetracycline trước và sau phản ứng.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu CFE có khả năng xúc tác hiệu quả trong quá trình oxy hóa Tetracycline với sự hỗ trợ của H₂O₂ và K₂S₂O₈. Hiệu suất phân hủy đạt cao nhất ở điều kiện pH 2, nhiệt độ 30°C, và nồng độ tác nhân 60mM. Vật liệu CFE cũng thể hiện khả năng tái sử dụng tốt qua 5 chu kỳ phản ứng.

3.1. Hiệu suất phân hủy Tetracycline

Hiệu suất phân hủy Tetracycline đạt 88.9% với H₂O₂ và 83.4% với K₂S₂O₈ trong thời gian ngắn. Kết quả này cho thấy CFE là vật liệu xúc tác hiệu quả trong quá trình oxy hóa bậc cao.

3.2. Khả năng tái sử dụng của vật liệu

Vật liệu CFE duy trì hiệu suất phân hủy cao qua 5 chu kỳ phản ứng, với sự suy giảm không đáng kể. Điều này khẳng định tính bền vững và khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu.

IV. Kết luận và ứng dụng

Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của vật liệu CFE trong việc xúc tác quá trình oxy hóa Tetracycline với sự hỗ trợ của H₂O₂ và K₂S₂O₈. Vật liệu này không chỉ mang lại hiệu suất cao mà còn thân thiện với môi trường và có khả năng tái sử dụng. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng ứng dụng mới trong xử lý nước thải chứa hợp chất hữu cơ khó phân hủy.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của CFE trong quá trình oxy hóa bậc cao, đồng thời cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Vật liệu CFE có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và y tế, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do dư lượng kháng sinh.