I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ô nhiễm kim loại nặng đã trở thành một trong những vấn đề môi trường nghiêm trọng hiện nay. Nhiều phương pháp tách kim loại nặng khỏi nước thải đã được nghiên cứu, trong đó hấp phụ là phương pháp hiệu quả và kinh tế. Việc tìm kiếm các chất hấp phụ mới vẫn là thách thức lớn. Graphen là vật liệu nano cacbon hai chiều, có nhiều tính chất đặc biệt như độ dẫn điện và độ bền cơ học cao. Nghiên cứu về graphen đã phát triển nhanh chóng từ khi tách thành công vào năm 2004. Các nghiên cứu thường dựa trên việc oxy hóa graphit thành graphit oxit và sau đó khử thành graphen. Axit ascorbic được xem là tác nhân khử không độc và thân thiện với môi trường. Fe3O4/rGO là một trong những vật liệu biến tính được nghiên cứu ứng dụng trong hấp phụ các ion kim loại nặng độc hại như As(III), As(V), Pb(II) với dung lượng hấp phụ cao. Vật liệu này còn được ứng dụng làm vật liệu anot cho pin liti và cảm biến điện hóa.
II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Nghiên cứu về graphit, graphit oxit và graphen oxit đã được thực hiện từ lâu. Graphit có kiến trúc lớp, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Graphit oxit (GrO) là sản phẩm trung gian quan trọng trong quá trình tổng hợp graphen. GrO có nhiều nhóm chức chứa oxy, tạo nên các khuyết tật về cấu trúc. Các phương pháp tổng hợp GrO đã được cải tiến qua nhiều năm, từ phương pháp của Brodie đến phương pháp Hummers. Mặc dù có nhiều nghiên cứu, nhưng cấu trúc hóa học chính xác của GrO vẫn còn mơ hồ. Graphen oxit dạng khử (rGO) được tạo ra bằng cách loại bỏ các nhóm chức chứa oxy từ GrO, giúp khôi phục lại cấu trúc liên hợp của graphen. Việc khử GrO thành graphen có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp khử hóa học được sử dụng phổ biến.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận án tập trung vào việc tổng hợp nanocomposit Fe3O4/rGO và ứng dụng của nó trong hấp phụ ion kim loại nặng. Các phương pháp tổng hợp được sử dụng bao gồm phương pháp hóa học và phương pháp nhiệt. Nanocomposit Fe3O4/rGO được tổng hợp từ hỗn hợp hai muối FeCl3 và FeCl2, thể hiện hoạt tính hấp phụ tốt đối với các ion As(V), Ni(II) và Pb(II). Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá dung lượng hấp phụ và tốc độ hấp phụ của vật liệu. Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại tương ứng là 54,48; 76,34 và 65,79 mg/g. Ngoài ra, vật liệu này còn được sử dụng để biến tính điện cực than thủy tinh, cải thiện độ nhạy trong việc xác định paracetamol.
IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả nghiên cứu cho thấy nanocomposit Fe3O4/rGO có độ nhạy tốt, độ chọn lọc và độ ổn định cao đối với các ion kim loại nặng. Việc sử dụng Fe3O4/rGO trong cảm biến điện hóa cho thấy khả năng xác định paracetamol với giới hạn phát hiện thấp. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng độ thu hồi không bị ảnh hưởng bởi sự có mặt của các chất khác như axit ascorbic và axit uric. Những kết quả này chứng minh rằng Fe3O4/rGO không chỉ có khả năng hấp phụ ion kim loại nặng mà còn có thể ứng dụng trong các lĩnh vực khác như cảm biến và lưu trữ năng lượng.
V. KẾT LUẬN
Luận án đã tổng hợp thành công nanocomposit Fe3O4/rGO và chứng minh được khả năng hấp phụ ion kim loại nặng của vật liệu này. Những đóng góp mới của nghiên cứu bao gồm việc phát triển vật liệu có khả năng hấp phụ cao và ứng dụng trong cảm biến điện hóa. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả trong xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng độc hại từ nước thải.
