I. Vật liệu tổ hợp nano Fe3O4 Ag và than sinh học
Nghiên cứu tập trung vào vật liệu tổ hợp nano Fe3O4-Ag kết hợp với than sinh học để xử lý xanh methylene. Vật liệu nano này được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa, mang lại hiệu quả cao trong việc hấp phụ chất màu hữu cơ. Than sinh học được sản xuất từ phế phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, mang lại giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Sự kết hợp giữa Fe3O4-Ag và than sinh học tạo ra vật liệu có diện tích bề mặt lớn, khả năng hấp phụ cao và dễ dàng tách khỏi dung dịch bằng từ trường.
1.1. Chế tạo vật liệu tổ hợp nano
Quy trình chế tạo vật liệu bao gồm các bước: tổng hợp Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa, phủ bạc lên bề mặt Fe3O4, và kết hợp với than sinh học. Phương pháp này đơn giản, hiệu quả và có thể áp dụng trên quy mô lớn. Vật liệu tổ hợp nano thu được có cấu trúc đồng nhất, kích thước hạt nano từ 10-50 nm, đảm bảo tính chất siêu thuận từ và khả năng hấp phụ cao.
1.2. Ứng dụng vật liệu tổ hợp nano
Vật liệu tổ hợp nano Fe3O4-Ag-than sinh học được ứng dụng trong xử lý nước thải chứa xanh methylene. Nhờ tính chất siêu thuận từ, vật liệu dễ dàng tách khỏi dung dịch sau quá trình hấp phụ, giảm chi phí xử lý. Ứng dụng vật liệu tổ hợp này không chỉ hiệu quả trong xử lý chất màu mà còn có tiềm năng trong các lĩnh vực khác như y sinh và năng lượng.
II. Xử lý hấp phụ xanh methylene
Nghiên cứu khảo sát khả năng xử lý hấp phụ xanh methylene của vật liệu tổ hợp nano Fe3O4-Ag-than sinh học. Kết quả cho thấy vật liệu này có hiệu suất hấp phụ cao, đạt trên 90% trong điều kiện tối ưu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bao gồm pH, nồng độ xanh methylene, thời gian và khối lượng vật liệu. Hấp phụ xanh methylene tuân theo mô hình Langmuir, cho thấy quá trình hấp phụ xảy ra trên bề mặt đồng nhất của vật liệu.
2.1. Ảnh hưởng của pH và nồng độ
pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ xanh methylene. Kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ cao nhất ở pH = 10. Nồng độ xanh methylene ban đầu cũng ảnh hưởng đáng kể đến dung lượng hấp phụ, với nồng độ tối ưu là 30 mg/L. Vật liệu tổ hợp nano thể hiện khả năng hấp phụ ổn định trong khoảng nồng độ rộng.
2.2. Động học và nhiệt học hấp phụ
Quá trình hấp phụ xanh methylene tuân theo mô hình động học giả bậc 2, cho thấy quá trình hấp phụ chủ yếu xảy ra do tương tác hóa học. Nhiệt học hấp phụ được mô tả bằng mô hình Langmuir, Freundlich và Temkin, trong đó mô hình Langmuir phù hợp nhất, với dung lượng hấp phụ tối đa đạt 120 mg/g. Kết quả này khẳng định hiệu quả của vật liệu tổ hợp nano trong xử lý chất màu hữu cơ.
III. Công nghệ nano và ứng dụng thực tiễn
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của công nghệ nano trong việc chế tạo vật liệu tổ hợp nano Fe3O4-Ag-than sinh học để xử lý xanh methylene. Vật liệu nano không chỉ hiệu quả trong xử lý nước thải mà còn có thể tái sử dụng nhiều lần, giảm chi phí và tác động môi trường. Ứng dụng vật liệu tổ hợp này có thể mở rộng sang các lĩnh vực khác như y sinh, năng lượng và xử lý ô nhiễm kim loại nặng.
3.1. Tái sử dụng vật liệu
Vật liệu tổ hợp nano Fe3O4-Ag-than sinh học có thể tái sử dụng nhiều lần mà không giảm đáng kể hiệu suất hấp phụ. Sau 5 chu kỳ sử dụng, hiệu suất hấp phụ vẫn đạt trên 85%. Điều này khẳng định tính bền vững và hiệu quả kinh tế của vật liệu trong các ứng dụng thực tiễn.
3.2. Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Ngoài xử lý xanh methylene, vật liệu tổ hợp nano này có tiềm năng ứng dụng trong xử lý các chất ô nhiễm khác như kim loại nặng và hợp chất hữu cơ độc hại. Công nghệ nano và vật liệu tổ hợp mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực môi trường và công nghiệp.
