Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC ứng dụng xử lý môi trường

• Tác giả: Nguyễn Thị Thùy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Hảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC định hướng xử lý môi trường
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về than hoạt tính (Activated carbon – AC)
• 1.2. Nguồn gốc và cấu trúc than hoạt tính
• 1.3. Thành phần hóa học của than
• 1.4. Phương pháp chế tạo than hoạt tính
• 1.4.1. Quá trình than hóa
• 1.4.2. Quá trình hoạt hóa
• 1.5. Ứng dụng than hoạt tính
• 1.6. Tổng quan về vật liệu Fe3O4
• 1.6.1. Vật liệu Fe3O4 dạng khối
• 1.6.1.1. Cấu trúc tinh thể
• 1.6.2. Tính chất vật lý
• 1.7. Vật liệu Fe3O4 dạng hạt kích thước nano mét
• 1.7.1. Tính chất liên quan đến hiệu ứng bề mặt
• 1.7.2. Tính chất liên quan đến hiệu ứng kích thước
• 1.8. Khái quát về tình hình nghiên cứu hạt nano từ Fe3O4
• 1.8.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.9. Chất màu hữu cơ và phương pháp xử lý
• 1.9.1. Giới thiệu về ô nhiễm chất màu hữu cơ
• 1.9.2. Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm hoạt tính trong nước thải dệt nhuộm
• 1.10. Giới thiệu về phương pháp hấp phụ
• 1.10.1. Khái niệm về sự hấp phụ
• 1.10.2. Hấp phụ vật lý
• 1.10.3. Hấp phụ hoá học
• 1.10.4. Cân bằng hấp phụ
• 1.10.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nguyên liệu và hóa chất
• 2.2. Tổng hợp vật liệu
• 2.2.1. Chế tạo than hoạt tính (AC)
• 2.2.2. Chế tạo hạt nano Fe3O4
• 2.2.3. Chế tạo composit Fe3O4/AC
• 2.3. Phương pháp khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu nano chế tạo được
• 2.3.1. Quang phổ hấp thụ UV-Vis
• 2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.3. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 2.3.4. Phương pháp chụp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.3.5. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.3.6. Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng của vật liệu
• 2.3.7. Phương pháp quang phổ hồng ngoại
• 2.3.8. Phương pháp phổ Raman
• 2.3.9. Phương pháp nghiên cứu khả năng hấp phụ chất màu của vật liệu
• 2.3.9.1. Ảnh hưởng của pH
• 2.3.9.2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc
• 2.3.9.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu ban đầu
• 2.3.9.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.3.10. Xác định điểm điện tích không của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả chế tạo than hoạt tính
• 3.2. Kết quả chế tạo vật liệu nanocomposit và các đặc trưng
• 3.2.1. Phân tích cấu trúc vật liệu sử dụng phép đo nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.2.2. Phân tích các liên kết của vật liệu sử dụng phép đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier và phổ tán xạ Raman
• 3.2.3. Phân tích hình thái bề mặt của vật liệu bằng ảnh SEM và TEM
• 3.2.3.1. Diện tích bề mặt riêng của vật liệu
• 3.2.3.2. Hình thái học bề mặt (SEM và TEM) của vật liệu
• 3.3. Thử nghiệm ứng dụng Fe3O4/AC để xử lý chất màu Red 21 trong nước
• 3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của độ pH của chất màu Red 21 lên vật liệu hấp phụ
• 3.3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ composit giữa Fe3O4 và AC lên độ hấp thụ Red 21
• 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian lên độ hấp thụ Red 21 của vật liệu FO/AC
• 3.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hấp phụ
• 3.3.5. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu nanocomposite Fe3O4 AC

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực xử lý môi trường. Vật liệu này kết hợp giữa Fe3O4 và than hoạt tính (AC), mang lại nhiều lợi ích trong việc hấp phụ các chất ô nhiễm. Việc tìm hiểu về cấu trúc, tính chất và ứng dụng của vật liệu này là rất cần thiết để phát triển các giải pháp hiệu quả cho vấn đề ô nhiễm môi trường.

1.1. Giới thiệu về vật liệu nanocomposite Fe3O4 AC

Vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC được chế tạo từ sự kết hợp giữa Fe3O4 và than hoạt tính. Sự kết hợp này không chỉ cải thiện khả năng hấp phụ mà còn tăng cường tính chất từ tính của vật liệu, giúp dễ dàng tách ra khỏi dung dịch sau khi xử lý.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu vật liệu nanocomposite

Nghiên cứu về vật liệu nanocomposite không chỉ giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong công nghiệp và môi trường. Việc phát triển các vật liệu này có thể giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường và thách thức hiện tại

Ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm nước, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Các chất màu hữu cơ, như thuốc nhuộm, là một trong những tác nhân chính gây ô nhiễm. Việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe con người và hệ sinh thái.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước

Các ngành công nghiệp như dệt nhuộm, hóa chất, và thực phẩm thải ra nhiều chất ô nhiễm, trong đó có các hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Những chất này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn gây hại cho sức khỏe con người.

2.2. Thách thức trong xử lý ô nhiễm

Các phương pháp xử lý hiện tại như hóa học, sinh học thường gặp nhiều khó khăn trong việc loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm. Do đó, việc phát triển các vật liệu mới như Fe3O4/AC là cần thiết để nâng cao hiệu quả xử lý.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4 AC

Chế tạo vật liệu Fe3O4/AC được thực hiện thông qua phương pháp đồng kết tủa. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, giúp tạo ra vật liệu với các tính chất tối ưu cho ứng dụng xử lý môi trường.

3.1. Quy trình chế tạo Fe3O4

Quy trình chế tạo Fe3O4 bao gồm các bước như tổng hợp, xử lý nhiệt và kiểm tra tính chất. Việc kiểm soát các điều kiện trong quá trình chế tạo là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của vật liệu.

3.2. Quy trình chế tạo than hoạt tính AC

Than hoạt tính được chế tạo từ các nguyên liệu tự nhiên như vỏ bưởi, vỏ trấu. Quá trình này bao gồm các bước than hóa và hoạt hóa, giúp tạo ra vật liệu với diện tích bề mặt lớn và khả năng hấp phụ tốt.

3.3. Kết hợp Fe3O4 và AC để tạo nanocomposite

Sau khi chế tạo Fe3O4 và AC, hai vật liệu này được kết hợp với nhau để tạo thành nanocomposite Fe3O4/AC. Sự kết hợp này giúp tăng cường khả năng hấp phụ và tính chất từ tính của vật liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu nanocomposite Fe3O4 AC

Vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC đã được chứng minh là có khả năng hấp phụ tốt đối với các chất màu hữu cơ trong nước. Các nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu này có thể loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm, góp phần cải thiện chất lượng nước.

4.1. Khả năng hấp phụ chất màu Red 21

Nghiên cứu cho thấy Fe3O4/AC có khả năng hấp phụ cao đối với chất màu Red 21, một trong những chất ô nhiễm phổ biến trong nước thải dệt nhuộm. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ đạt được là rất ấn tượng.

4.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải

Vật liệu Fe3O4/AC có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm một cách hiệu quả. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo vật liệu nanocomposite Fe3O4/AC mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Với những ưu điểm vượt trội, vật liệu này có thể trở thành giải pháp hiệu quả cho các vấn đề ô nhiễm nước hiện nay.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy Fe3O4/AC có khả năng hấp phụ tốt, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước. Điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong thực tiễn.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện tính chất của vật liệu Fe3O4/AC và mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau như xử lý khí thải và hấp phụ các chất ô nhiễm khác.