Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự xuất hiện của dư lượng kháng sinh trong môi trường nước đang là thách thức nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Kháng sinh xâm nhập vào nguồn nước chủ yếu qua phân và nước tiểu của người và động vật, cũng như từ dòng thải của các cơ sở sản xuất dược phẩm và bệnh viện. Khi đi vào cơ thể, khoảng 40% đến 90% lượng kháng sinh không được hấp thụ mà bị đào thải trực tiếp ra ngoài ở dạng hợp chất gốc. Thống kê toàn cầu năm 2010 cho thấy lượng tiêu thụ kháng sinh trong chăn nuôi đạt 63.151 tấn và ước tính tăng 67% vào năm 2030. Riêng đối với Tetracycline (TCH) — một kháng sinh phổ rộng thuộc nhóm cyclines ($C_{22}H_{25}ClN_2O_8$, phân tử lượng 480,896 g/mol) — lượng tiêu thụ hàng năm tại Nga đạt 13.579 tấn, Trung Quốc đạt 6.950 tấn, Mỹ đạt 3.230 tấn và Liên minh Châu Âu đạt 2.575 tấn. Tại Việt Nam, các khảo sát tại Hà Nội ghi nhận dư lượng TCH trong nước thải trang trại chăn nuôi lên tới 318,6 ng/L và hệ thống thoát nước đô thị là 258 ng/L. Các quy trình xử lý nước thải sinh học và cơ học thông thường không thể loại bỏ triệt để hợp chất này, dẫn đến nguy cơ gia tăng các chủng vi khuẩn mang gen kháng thuốc và gây độc cho sinh vật thủy sinh.

Để phân hủy các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học như TCH, quá trình oxy hóa bậc cao (AOPs), đặc biệt là phản ứng Fenton dị thể và phản ứng kích hoạt persulfate tạo gốc sulfate ($SO_4^{-\bullet}$), được đánh giá là giải pháp triển vọng. Tuy nhiên, các hạt xúc tác oxit sắt kích thước nano như goethite ($\alpha$-FeOOH) thường có xu hướng kết tụ, làm giảm diện tích tiếp xúc và hoạt tính xúc tác. Việc sử dụng chất mang carbon từ phế phẩm nông nghiệp giúp phân tán tốt pha hoạt tính, đồng thời hỗ trợ chuyển điện tử. Bã đậu nành là phụ phẩm dồi dào phát sinh từ chế biến thực phẩm (trung bình 250 kg đậu nành tươi cho ra 1.000 L sữa đậu nành, tương ứng khoảng $8 \times 10^5$ tấn bã thải mỗi năm với hàm lượng 46,8% protein, 27% polysaccharides/sucrose và 6,8% cellulose).

Đề tài "Đánh giá khả năng xúc tác của $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ cho quá trình Oxy hóa Tetracycline trên vật liệu C-Fe được tổng hợp từ bã đậu nành và quặng goethite" được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ sau:

  • Mục tiêu nghiên cứu:
    1. Nghiên cứu quy trình tổng hợp vật liệu composite bằng phương pháp thủy nhiệt goethite và than sinh học từ bã đậu nành.
    2. Xác định các điều kiện tối ưu cho quá trình oxy hóa Tetracycline trong nước dưới tác nhân $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ trên vật liệu composite.
    3. Phân tích động học và nhiệt động lực học của phản ứng phân hủy TCH.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Khảo sát nhiệt độ và thời gian thủy nhiệt để tổng hợp vật liệu composite (BC@Fe).
    2. Xác định các thông số tối ưu của quá trình oxy hóa bậc cao: pH, thời gian phản ứng, nhiệt độ và nồng độ tác nhân oxy hóa ($H_2O_2$, $K_2S_2O_8$).
    3. So sánh hiệu suất phân hủy TCH giữa vật liệu composite và xúc tác $\alpha$-FeOOH đơn lẻ không có chất nền than sinh học.
    4. Khảo sát dư lượng tác nhân oxy hóa tiêu thụ trong quá trình phản ứng.
    5. Xác định bậc phản ứng, hằng số tốc độ ($k$) và các thông số nhiệt động lực học ($\Delta H$, $\Delta S$, $\Delta G$, năng lượng hoạt hóa $E_a$).
    6. Đánh giá tính ổn định và khả năng tái sử dụng của vật liệu qua 5 chu kỳ phản ứng.
    7. Khảo sát hiệu quả khoáng hóa thông qua đo lường tổng hàm lượng carbon hữu cơ (TOC).
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Kháng sinh Tetracycline Hydrochloride (TCH); than sinh học chế tạo từ bã đậu nành (BC); quặng goethite ($\alpha$-FeOOH) tổng hợp từ $FeCl_3$ và $KOH$; tác nhân oxy hóa Hydrogen Peroxide ($H_2O_2$) và Potassium Persulfate ($K_2S_2O_8$).
    • Phạm vi nghiên cứu: Thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm trên mẫu nước thải giả lập chứa TCH; thời gian thực hiện từ ngày 15/10/2023 đến 30/07/2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình phản ứng

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ oxy hóa bậc cao (AOPs) dựa trên hai hệ xúc tác dị thể:

  1. Hệ Fenton dị thể kích hoạt Hydrogen Peroxide ($H_2O_2$): Quá trình khử goethite trên bề mặt sinh ra $Fe^{2+}$, sau đó phản ứng với $H_2O_2$ sinh ra gốc hydroxyl tự do ($\text{OH}^\bullet$, thế oxy hóa chuẩn $E^0 = 2,73\text{ V} - 2,8\text{ V}$), có khả năng phân hủy không chọn lọc các phân tử TCH thành các hợp chất trung gian và khoáng hóa thành $CO_2$, $H_2O$.
  2. Hệ oxy hóa dựa trên gốc Sulfate ($SO_4^{-\bullet}$): Tác nhân Peroxydisulfate ($S_2O_8^{2-}$, $E^0 = 2,01\text{ V}$) từ muối $K_2S_2O_8$ được kích hoạt bởi các tâm sắt hoạt tính trên bề mặt composite, sản sinh gốc tự do $SO_4^{-\bullet}$ và $\text{OH}^\bullet$. Gốc sulfate có tính chọn lọc cao, thời gian bán hủy dài hơn và hoạt động hiệu quả trong dải pH rộng.

Phương pháp điều chế và đặc trưng vật liệu

  • Điều chế vật liệu: Than sinh học (BC) được tạo thành từ bã đậu nành rửa sạch, sấy khô và nhiệt phân ở nhiệt độ cao. Quặng goethite ($\alpha$-FeOOH) được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa từ dung dịch $FeCl_3$ và $KOH$. Quá trình gắn kết goethite lên khung carbon được thực hiện bằng phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal Carbonization - HTC) trong thiết bị Autoclave ở các tỷ lệ khối lượng phối trộn khác nhau (tạo ra các mẫu BC@Fe5, BC@Fe9, BC@Fe11 tương ứng với tỷ lệ goethite/BC tăng dần).
  • Phương pháp phân tích hóa lý:
    • Kính hiển vi điện tử quét (SEM): Quan sát hình thái bề mặt, độ xốp và sự phân bố của các hạt nano oxit sắt trên khung than sinh học.
    • Đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ $N_2$ (BET): Xác định diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ xốp và kích thước mao quản theo phân loại chuẩn IUPAC.
    • Quang phổ nhiễu xạ tia X (XRD): Nhận diện cấu trúc tinh thể của $\alpha$-FeOOH và sự phân tán pha tinh thể trên chất mang carbon.
    • Quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis: Đo độ hấp thụ quang tại bước sóng đặc trưng để định lượng nồng độ TCH dư sau phản ứng.
    • Đo tổng carbon hữu cơ (TOC): Xác định mức độ khoáng hóa chất hữu cơ trong dung dịch.
    • Phương pháp chuẩn độ / so màu: Xác định dư lượng tác nhân oxy hóa $H_2O_2$, $K_2S_2O_8$ và lượng sắt tổng hòa tan/rửa trôi từ vật liệu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về nguồn gốc phát sinh, cơ chế khuếch tán và tác động sinh thái tiêu cực của dư lượng kháng sinh, đặc biệt là nhóm Tetracycline. Tác giả tổng quan chi tiết các phương pháp xử lý TCH hiện hữu (hấp phụ, lọc màng MBR, xử lý sinh học bằng enzyme peroxidase) và chỉ ra ưu thế vượt trội của các quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs). Đồng thời, chương này phân tích sâu cơ chế phản ứng Fenton đồng thể, Fenton dị thể và quá trình kích hoạt persulfate; đặc tính cấu trúc mạng tinh thể goethite ($\alpha$-FeOOH); tiềm năng của than sinh học từ bã đậu nành với hàm lượng protein và nhóm chức chứa oxy phong phú; cùng tổng quan các công trình nghiên cứu xúc tác carbon-sắt trong và ngoài nước.

Phương pháp Fenton Chất xúc tác Ưu điểm chính Nhược điểm chính
Fenton cổ điển (đồng thể) $Fe^{2+}$ hòa tan Vận hành đơn giản, hóa chất ban đầu rẻ Tối ưu ở pH hẹp (<4), sinh lượng bùn thải lớn, không thu hồi được sắt
Fenton dị thể Khoáng sắt rắn / Oxit sắt Hoạt động ở dải pH rộng, ít rò rỉ sắt, có thể thu hồi và tái sử dụng Tốc độ phản ứng bề mặt có thể chậm hơn, giảm hoạt tính sau nhiều chu kỳ
Photo-Fenton Sắt + Bức xạ UV-Vis Tăng tốc độ sinh gốc tự do, giảm lượng xúc tác Chi phí năng lượng cao, thiết bị phản ứng quang hóa phức tạp
Electro-Fenton Điện hóa tạo $H_2O_2$ và $Fe^{2+}$ Sản sinh tác nhân tại chỗ, tái sinh liên tục $Fe^{2+}$ Chi phí điện năng và cấu hình điện cực phức tạp

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết toàn bộ quy trình thực nghiệm từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, quy trình nhiệt phân bã đậu nành, tổng hợp pha $\alpha$-FeOOH đến quá trình thủy nhiệt trong bình phản ứng áp suất cao. Mô tả chi tiết các bước thiết lập thí nghiệm phân hủy TCH dạng mẻ để khảo sát từng biến số: thời gian thủy nhiệt (2 giờ, 3 giờ), nhiệt độ thủy nhiệt ($140^\circ\text{C} - 200^\circ\text{C}$), pH môi trường ($2 - 10$), nồng độ chất oxy hóa ($20 - 80\text{ mM}$), nhiệt độ phản ứng ($30^\circ\text{C} - 50^\circ\text{C}$) và khối lượng xúc tác. Chương này cũng chuẩn hóa phương pháp xây dựng đường chuẩn UV-Vis, quy trình lọc tách mẫu, phương pháp tính toán động học bậc một, bậc hai và phương trình Arrhenius để xác định các thông số nhiệt động lực học.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Tập trung phân tích các dữ liệu thực nghiệm thu được từ quá trình đặc trưng vật liệu và các mẻ phản ứng xúc tác oxy hóa TCH:

  • Đặc trưng hóa lý: Ảnh SEM cho thấy sau quá trình thủy nhiệt kết hợp nhiệt phân, bề mặt than sinh học hình thành cấu trúc dạng lưới xốp đồng đều, các hạt nano goethite bám dính dày đặc và phân tán đều trên các lỗ xốp. Kết quả đo BET xác nhận diện tích bề mặt riêng của composite BC@Fe11 đạt $33,7369\text{ m}^2/\text{g}$, cải thiện rõ rệt so với than sinh học thô. Giản đồ XRD của BC@Fe11 xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (110), (130), (111), (140) và (221) của khoáng goethite.
  • Tối ưu hóa các thông số phản ứng: Quá trình phân hủy TCH đạt hiệu suất cao nhất tại môi trường acid mạnh (pH 2), nồng độ tác nhân oxy hóa 60 mM và nhiệt độ $30^\circ\text{C}$. Khi tăng nồng độ tác nhân vượt mức tối ưu (>60 mM), hiệu suất xử lý có xu hướng chững lại do hiện tượng bão hòa và phản ứng tự tiêu hao gốc tự do.
Mô hình biến thiên hiệu suất phân hủy TCH trên vật liệu BC@Fe11:
- Dưới tác nhân H2O2 (quá trình Fenton dị thể):
  Thời gian phản ứng: 90 phút | pH: 2 | Nồng độ H2O2: 60 mM | Hiệu suất: 88,9%
- Dưới tác nhân K2S2O8 (kích hoạt persulfate):
  Thời gian phản ứng: 15 phút | pH: 2 | Nồng độ K2S2O8: 60 mM | Hiệu suất: 83,4%
  • Vai trò của chất nền carbon: Thí nghiệm đối chứng chứng minh việc gắn $\alpha$-FeOOH lên chất mang than sinh học (BC) giúp hiệu suất phân hủy tăng vượt bậc so với việc sử dụng $\alpha$-FeOOH đơn lẻ hoặc quá trình hấp phụ thuần túy của BC.
  • Động học và nhiệt động lực học: Dữ liệu thực nghiệm của cả hai hệ $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ đều tương thích hoàn toàn với mô hình động học phản ứng bậc hai ($R^2$ cao). Các thông số nhiệt động học xác định được gồm biến thiên enthalpy $\Delta H > 0$ (phản ứng thu nhiệt), biến thiên entropy $\Delta S > 0$ (mức độ hỗn loạn của hệ tăng) và biến thiên năng lượng tự do Gibbs $\Delta G < 0$ tại $30^\circ\text{C}$ (quá trình phản ứng diễn ra tự phát).
  • Độ ổn định và khoáng hóa TOC: Sau 5 chu kỳ tái sử dụng liên tiếp, hiệu suất phân hủy TCH trên BC@Fe11 chỉ suy giảm nhẹ. Khảo sát TOC xác nhận quá trình khoáng hóa diễn ra hiệu quả, chuyển hóa phần lớn mạch vòng phức tạp của kháng sinh thành các hợp chất vô cơ đơn giản.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Các kết quả thực nghiệm và thông số kỹ thuật được tổng hợp chi tiết trong các bảng số liệu dưới đây:

Mẫu vật liệu composite Tỷ lệ thành phần Hiệu suất phân hủy TCH với $H_2O_2$ (90 phút, pH 2, 60 mM) Hiệu suất phân hủy TCH với $K_2S_2O_8$ (15 phút, pH 2, 60 mM)
BC@Fe5 Tỷ lệ phối trộn mức thấp 61,5% 62,3%
BC@Fe9 Tỷ lệ phối trộn mức trung bình 81,4% 81,2%
BC@Fe11 Tỷ lệ phối trộn tối ưu 88,9% 83,4%
Thông số nhiệt động / động học Hệ xúc tác BC@Fe11 + $H_2O_2$ Hệ xúc tác BC@Fe11 + $K_2S_2O_8$ Ý nghĩa vật lý - hóa học
Mô hình động học Bậc hai Bậc hai Tốc độ phản ứng phụ thuộc đồng thời vào nồng độ TCH và tâm xúc tác
Biến thiên Enthalpy ($\Delta H$) $\Delta H > 0$ $\Delta H > 0$ Quá trình oxy hóa là phản ứng thu nhiệt
Biến thiên Entropy ($\Delta S$) $\Delta S > 0$ $\Delta S > 0$ Mức độ hỗn loạn tại bề mặt tiếp xúc pha tăng lên
Năng lượng Gibbs ($\Delta G$ ở $30^\circ\text{C}$) $\Delta G < 0$ $\Delta G < 0$ Phản ứng diễn ra tự phát ở điều kiện nhiệt độ thường
Độ ổn định tái sử dụng (5 chu kỳ) Giảm từ 89,6% xuống 81,7% Giảm từ 84,9% xuống 76,5% Vật liệu duy trì độ bền liên kết và hạn chế rò rỉ pha sắt

Đóng góp khoa học và ứng dụng thực tiễn

  1. Về mặt khoa học: Công trình đã làm sáng tỏ cơ chế đồng vận giữa chất mang carbon sinh học nguồn gốc bã đậu nành và các tâm hoạt tính goethite nano trong việc kích hoạt hai tác nhân oxy hóa mạnh là $H_2O_2$ và $S_2O_8^{2-}$. Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện về hằng số tốc độ, cơ chế động học bậc hai và các chỉ số nhiệt động lực học cho quá trình phân hủy TCH.
  2. Về mặt thực tiễn: Đề xuất quy trình tái chế phụ phẩm bã đậu nành thành vật liệu xử lý môi trường giá trị cao, giúp giảm thiểu chất thải rắn trong ngành thực phẩm. Tạo ra vật liệu xúc tác dị thể chi phí thấp, hiệu quả phân hủy cao đối với nước thải y sinh chứa kháng sinh khó phân hủy, khắc phục hoàn toàn nhược điểm tạo bùn thải thứ cấp của phương pháp Fenton đồng thể truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của nghiên cứu:
    • Toàn bộ thí nghiệm mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm trên nền nước thải giả lập đơn cấu tử; chưa tiến hành thử nghiệm trên các nguồn nước thải y tế hoặc nước thải chăn nuôi thực tế với thành phần ion vô cơ cạnh tranh ($Cl^-$, $HCO_3^-$, $NO_3^-$) và chất hữu cơ nền phức tạp.
    • Nghiên cứu chưa phân tích, định danh cụ thể các sản phẩm phân hủy trung gian sinh ra trong quá trình oxy hóa không hoàn toàn của TCH và chưa đánh giá độc tính sinh thái chi tiết của các hợp chất trung gian này đối với môi trường.
    • Tín hiệu phân tích XRD của một số mẫu composite chứa than sinh học còn có cường độ peak tương đối thấp do ảnh hưởng của nền carbon vô định hình.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng đánh giá hiệu năng xử lý của vật liệu BC@Fe trên mẫu nước thải thực tế từ bệnh viện hoặc trang trại chăn nuôi gia súc.
    • Ứng dụng kỹ thuật sắc ký khối phổ (LC-MS/MS) để xác định con đường chuyển hóa, cấu trúc các sản phẩm trung gian và đánh giá độc tính tế bào của dung dịch sau phản ứng.
    • Thử nghiệm tích hợp vật liệu BC@Fe vào hệ thống cột lọc dòng chảy liên tục để phục vụ chuyển giao quy mô kỹ thuật.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên cao học và nhà nghiên cứu thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu, đặc biệt là những người định hướng nghiên cứu về vật liệu composite carbon-kim loại và công nghệ oxy hóa bậc cao (AOPs).
  • Các kỹ sư công nghệ xử lý nước thải: Tham khảo quy trình chế tạo chất xúc tác từ sinh khối phế thải và các thông số vận hành thực tế (pH, liều lượng tác nhân, thời gian phản ứng) trong quá trình xử lý kháng sinh và các hợp chất hữu cơ bền vững.
  • Phần nội dung đáng giá nhất để tra cứu: Chương 2 (chi tiết quy trình thủy nhiệt và phương pháp chuẩn độ/UV-Vis) và Chương 3 (bộ dữ liệu thực nghiệm so sánh đối đầu giữa hệ $H_2O_2$ và hệ $K_2S_2O_8$, cùng phương pháp tính toán động học và nhiệt động học).

Câu hỏi thường gặp

1. Vật liệu composite BC@Fe được tổng hợp bằng những phương pháp nào và tỷ lệ nào cho hiệu quả xúc tác cao nhất?

Vật liệu được tổng hợp qua hai giai đoạn kết hợp: nhiệt phân bã đậu nành thành than sinh học (BC) và thủy nhiệt (HTC) trong Autoclave để gắn quặng goethite ($\alpha$-FeOOH) lên nền BC. Trong các tỷ lệ khảo sát (BC@Fe5, BC@Fe9, BC@Fe11), mẫu BC@Fe11 (tỷ lệ sắt cao nhất) đạt diện tích bề mặt $33,7369\text{ m}^2/\text{g}$ và mang lại hiệu suất phân hủy TCH cao nhất ở cả hai hệ tác nhân.

2. Sự khác biệt căn bản về hiệu suất và thời gian phản ứng giữa tác nhân $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ trên vật liệu BC@Fe11 là gì?

Tác nhân $K_2S_2O_8$ (kích hoạt gốc sulfate) có tốc độ phản ứng nhanh vượt trội, đạt hiệu suất 83,4% chỉ trong vòng 15 phút. Trong khi đó, tác nhân $H_2O_2$ (Fenton dị thể kích hoạt gốc hydroxyl) đạt hiệu suất cực đại cao hơn là 88,9% nhưng đòi hỏi thời gian phản ứng kéo dài 90 phút (ở cùng điều kiện pH 2, $30^\circ\text{C}$ và nồng độ tác nhân 60 mM).

3. Phản ứng phân hủy TCH trong nghiên cứu tuân theo quy luật động học và nhiệt động lực học nào?

Phản ứng phân hủy TCH dưới cả hai tác nhân $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ đều tuân theo mô hình động học phản ứng bậc hai. Về nhiệt động lực học, quá trình phân hủy là phản ứng thu nhiệt ($\Delta H > 0$), làm tăng độ hỗn loạn của hệ ($\Delta S > 0$) và có khả năng tự diễn ra tự phát ở nhiệt độ $30^\circ\text{C}$ ($\Delta G < 0$).

4. Độ ổn định và khả năng tái sử dụng của vật liệu BC@Fe11 sau 5 chu kỳ thực nghiệm được ghi nhận như thế nào?

Vật liệu thể hiện độ bền cấu trúc tốt qua 5 chu kỳ tái sinh liên tiếp: khi sử dụng tác nhân $H_2O_2$, hiệu suất phân hủy giảm nhẹ từ 89,6% xuống 81,7%; khi sử dụng tác nhân $K_2S_2O_8$, hiệu suất giảm từ 84,9% xuống 76,5%, chứng minh pha sắt gắn kết chặt chẽ trên khung than sinh học và hạn chế hiện tượng rửa trôi ion sắt ra môi trường.

5. Tại sao nghiên cứu cần kết hợp goethite với than sinh học thay vì sử dụng goethite đơn lẻ?

Các hạt nano goethite ($\alpha$-FeOOH) đơn lẻ có năng lượng bề mặt cao nên dễ bị kết tụ, làm giảm diện tích tiếp xúc hoạt tính. Nền than sinh học từ bã đậu nành cung cấp khung cấu trúc xốp dạng lưới giúp phân tán đều các hạt nano sắt, tăng diện tích bề mặt riêng, đồng thời đóng vai trò chất mang dẫn truyền điện tử thúc đẩy chu trình chuyển hóa $Fe^{3+}/Fe^{2+}$, nâng cao rõ rệt hiệu suất phân hủy TCH so với khi dùng goethite tự do.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của Huỳnh Nguyễn Cao Thông và Nguyễn Thảo Hà đã chế tạo thành công vật liệu composite quang/xúc tác dị thể BC@Fe từ bã đậu nành và quặng goethite, ứng dụng hiệu quả cho quá trình xử lý kháng sinh Tetracycline. Hệ xúc tác BC@Fe11 kết hợp với $H_2O_2$ và $K_2S_2O_8$ đạt hiệu suất phân hủy TCH lần lượt là 88,9% (trong 90 phút) và 83,4% (trong 15 phút), tuân theo động học bậc hai và phản ứng tự phát thu nhiệt. Công trình mang giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao khi vừa giải quyết bài toán tái chế phụ phẩm nông nghiệp, vừa cung cấp giải pháp xử lý nước thải y tế bền vững, không phát sinh bùn thải độc hại.