Tổng Hợp MOF-808 Khuyết Tật, Định Hướng Ứng Dụng Để Hấp Phụ Các Chất Màu Hữu Cơ

• Tác giả: Hồ Vĩnh Khánh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đăng Khoa
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hoá học
• Đề tài: Tổng hợp MOF-808 khuyết tật, định hướng ứng dụng để hấp phụ các chất màu hữu cơ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về vật liệu khung cơ kim (Metal-organic Frameworks - MOFs)
• 1.2. Tính chất của vật liệu khung cơ kim
• 1.2.1. Độ bền của vật liệu khung cơ kim
• 1.2.1.1. Độ bền nhiệt
• 1.2.1.2. Độ bền hóa học
• 1.3. Diện tích bề mặt và độ xốp của vật liệu khung cơ kim
• 1.4. Khung cơ kim dựa trên zirconium. Sơ lược về lịch sử của Zr-MOF
• 1.5. Các phương pháp tổng hợp Zr-MOF
• 1.6. Vật liệu khung cơ kim với cấu trúc khuyết tật
• 1.6.1. Giới thiệu chung về vật liệu khung cơ kim với cấu trúc khuyết tật
• 1.6.2. Phương pháp tổng hợp MOFs với cấu trúc khuyết tật
• 1.6.3. Tính chất của vật liệu khung cơ kim với cấu trúc khuyết tật
• 1.6.4. Ứng dụng của vật liệu khung cơ kim với cấu trúc khuyết tật
• 1.7. Mục tiêu đề tài
• 2. CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Hóa chất và thiết bị phân tích
• 2.4. Tổng hợp vật liệu MOF-808 có cấu trúc khuyết tật
• 2.5. Khảo sát hấp phụ
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tổng hợp vật liệu MOF-808-SO3H
• 3.2. Phân tích các đặc trưng của vật liệu
• 3.2.1. Độ tinh thể và hình thái của MOF-808 và MOF-808-SO3H
• 3.2.2. Xác định sự hiện diện của khuyết tật trong cấu trúc MOF-808-SO3H
• 3.2.3. Độ bền nhiệt của MOF-808-SO3H
• 3.3. Khảo sát quá trình hấp phụ các chất màu hữu cơ
• 3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của MOF-808-SO3H
• 3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch ban đầu đến khả năng hấp phụ của MOF-808-SO3H
• 3.3.3. Ảnh hưởng của khuyết tật đến khả năng hấp phụ
• 3.3.4. Khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF-808-SO3H trong hỗn hợp các thuốc nhuộm anion và cation
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Tổng quan về vật liệu MOF 808 Cấu trúc và ứng dụng

Vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal-Organic Frameworks - MOFs) như MOF-808, được giới thiệu từ những năm 90, nổi bật với cấu trúc mao quản đồng đều, diện tích bề mặt lớn, và khả năng tùy chỉnh linh hoạt. MOF-808 được hình thành từ liên kết phối trí giữa tâm kim loại và cầu nối hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển tinh thể và hệ thống mao quản. Vật liệu này thường được tổng hợp từ muối vô cơ của kim loại chuyển tiếp và cầu nối hữu cơ. Đến nay, hơn 20000 cấu trúc MOFs đã được công bố, ứng dụng trong lưu trữ năng lượng, phân tách khí, xúc tác, và dẫn truyền thuốc. Diện tích bề mặt của MOFs thường từ 1000 đến 10000 m2/g, vượt trội so với than hoạt tính và zeolite.

1.1. Cấu trúc cơ bản của Metal Organic Frameworks MOFs

MOFs được hình thành từ các đơn vị thứ cấp (SBUs) vô cơ là ion kim loại hoặc cụm kim loại, kết nối với nhau thông qua liên kết phối trí với các phối tử hữu cơ chứa carboxylate, phosphonate, pyridyl, imidazolate, hoặc azolate. Cấu trúc SBUs, hình dạng và kích thước của các cầu nối hữu cơ xác định loại MOF. Bằng cách lựa chọn SBUs và cầu nối phù hợp, có thể tổng hợp MOFs với kích thước mao quản và tính chất mong muốn. Một số MOF tiêu biểu như MOF-5, UiO-66, HKUST-1, MIL-101 đã được nghiên cứu rộng rãi.

1.2. Ưu điểm vượt trội của MOFs so với vật liệu xốp truyền thống

Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng MOFs có hiệu quả tốt trong các ứng dụng khác nhau khi so sánh với zeolite, carbon hoạt tính hay mesoporous silica. Tuy nhiên, các kết quả này chủ yếu dựa trên các điều kiện lý tưởng, chưa thực hiện đánh giá trong các điều kiện thực tế. Không giống như các vật liệu mao quản truyền thống đã được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp, MOFs được hình thành bởi các liên kết phối trí của các cụm SBUs với các cầu nối hữu cơ. Vì thế, khả năng bền vững của MOF bắt nguồn từ bản chất thuận nghịch của liên kết phối trí.

II. Thách thức về độ bền của MOF 808 Giải pháp nào

Trong giai đoạn đầu nghiên cứu về MOFs, các nhà khoa học thường tập trung vào tổng hợp MOF với diện tích bề mặt và thể tích mao quản lớn. Gần đây, các nghiên cứu về thiết kế cấu trúc có độ bền cao được quan tâm, cho phép ứng dụng trong điều kiện khắc nghiệt (pH thấp/cao). Độ bền của MOFs bao gồm độ bền nhiệt và độ bền hóa học. Độ bền nhiệt liên quan trực tiếp đến độ bền hóa học, vì nhiệt độ cao có thể làm thay đổi cấu trúc MOFs hoặc tăng tốc độ phản ứng, dẫn đến sụp đổ khung vật liệu. Nghiên cứu cải thiện độ bền của MOF thông qua tăng hóa trị tâm kim loại và tăng độ âm điện cầu nối hữu cơ là hướng đi tiềm năng.

2.1. Độ bền nhiệt MOF Phương pháp đánh giá và yếu tố ảnh hưởng

Độ bền nhiệt của MOFs là khả năng tránh thay đổi về vật lý/hóa học khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Kỹ thuật đánh giá độ bền nhiệt còn hạn chế; phân tích nhiệt trọng lượng (TGA) thường được sử dụng nhưng không phù hợp với điều kiện thực tế. Phân tích PXRD tại điều kiện sử dụng có thể phù hợp hơn. Nhìn chung, độ bền nhiệt phụ thuộc vào bản chất cation kim loại và phối tử hữu cơ. Cation kim loại có số oxy hóa cao thường có độ bền nhiệt cao hơn. Việc tăng độ âm điện của các phối từ hữu cơ cũng là một phương pháp phổ biến để tăng độ bền nhiệt của vật liệu.

2.2. Độ bền hóa học MOF Khía cạnh quan trọng để ứng dụng thực tế

Độ bền hóa học là một trong những yếu tố cơ bản được yêu cầu trong quá trình tổng hợp MOFs để có khả…

III. Tổng hợp MOF 808 khuyết tật Quy trình và tối ưu hóa

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp MOF-808 với cấu trúc khuyết tật MOF, từ đó mở ra hướng ứng dụng trong việc hấp phụ chất màu hữu cơ. Quá trình tổng hợp sử dụng phương pháp nhiệt dung môi với hỗn hợp phối tử hữu cơ, bao gồm 1,3,5-benzenetricarboxylic acid và 5-sulfoisophthalic acid, tạo ra vật liệu MOF-808-SO3H. Vật liệu này giữ nguyên cấu trúc và hình thái tinh thể, đồng thời có độ bền nhiệt tương đương MOF-808. Phổ 1H-NMR xác nhận sự có mặt của phối tử 5-sulfoisophthalate trong cấu trúc MOF-808, chiếm khoảng 6% tổng số phối tử.

3.1. Phương pháp nhiệt dung môi để tổng hợp MOF 808 SO3H

Phương pháp nhiệt dung môi được sử dụng để tổng hợp MOF-808-SO3H sử dụng hỗn hợp hai loại phối tử hữu cơ là 1,3,5-benzenetricarboxylic acid và 5-sulfoisophthalic acid.

3.2. Phân tích đặc trưng vật liệu MOF 808 SO3H sau tổng hợp

Vật liệu MOF-808-SO3H thu được vẫn giữ nguyên cấu trúc, hình thái tinh thể và có độ bền nhiệt tương đương với vật liệu MOF-808, được kiểm chứng thông qua kết quả PXRD, hình chụp SEM, và dữ liệu TGA. Phổ 1H-NMR của mẫu vật liệu sau phân rã đã xác nhận sự có mặt của phối tử 5-sulfoisophthalate trong cấu trúc MOF-808.

IV. Hấp phụ chất màu hữu cơ bằng MOF 808 khuyết tật Hiệu quả

Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của khuyết tật MOF trong cấu trúc MOF-808 thông qua khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ, bao gồm quinoline yellow, sunset yellow, rhodamine B, và malachite green. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ ban đầu của dung dịch cũng được khảo sát. Kết quả cho thấy khả năng hấp phụ lần lượt là 722 mg/g (quinoline yellow), 670 mg/g (sunset yellow), 184 mg/g (rhodamine B), và 259 mg/g (malachite green). Quá trình loại bỏ chất màu hữu cơ trong nước của MOF-808 với cấu trúc khuyết tật phù hợp với mô hình động học hấp phụ bậc 2 và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

4.1. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ đến khả năng hấp phụ

Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ dung dịch ban đầu đến khả năng hấp phụ các màu bao gồm quinoline yellow, sunset yellow, rhodamine B, và malachite green của MOF-808-SO3H.

4.2. Mô hình động học và đẳng nhiệt hấp phụ của MOF 808 khuyết tật

Từ kết quả này có thể thấy rằng quá trình loại bỏ các chất màu hữu cơ trong nước của MOF-808 với cấu trúc khuyết tật phù hợp với mô hình động học hấp phụ bậc 2 và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir.

V. Ứng dụng tiềm năng MOF 808 khuyết tật Xử lý nước thải

Khảo sát khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF-808-SO3H đối với hỗn hợp màu anion-cation (quinoline yellow - rhodamine B và sunset yellow - rhodamine B) so với MOF-808 cho thấy tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu MOF hiệu quả trong việc loại bỏ chất màu hữu cơ từ môi trường nước.

5.1. So sánh khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF 808 SO3H và MOF 808

Khảo sát khả năng hấp phụ chọn lọc với tổ hợp màu anion – cation bao gồm quinoline yellow – rhodamine B và sunset yellow – rhodamine B và của MOF-808-SO3H so với MOF-808.

5.2. Triển vọng ứng dụng trong xử lý nước thải chứa chất màu hữu cơ

Kết quả nghiên cứu mở ra hướng phát triển vật liệu MOF hiệu quả trong việc loại bỏ chất màu hữu cơ từ môi trường nước và ứng dụng tiềm năng trong xử lý nước thải.

VI. Kết luận MOF 808 khuyết tật và hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu MOF-808-SO3H với cấu trúc khuyết tật, đồng thời chứng minh khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ hiệu quả. Kết quả này tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa cấu trúc khuyết tật và mở rộng ứng dụng của MOF-808 trong các lĩnh vực khác, đặc biệt là xử lý nước thải công nghiệp.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu về MOF 808 SO3H

Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu MOF-808-SO3H với cấu trúc khuyết tật, đồng thời chứng minh khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ hiệu quả.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển ứng dụng MOF 808 trong tương lai

Kết quả này tạo tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa cấu trúc khuyết tật và mở rộng ứng dụng của MOF-808 trong các lĩnh vực khác, đặc biệt là xử lý nước thải công nghiệp.

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu khung cơ kim (Metal-Organic Frameworks - MOFs) đã trở thành chủ đề nghiên cứu nổi bật trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học nhờ vào cấu trúc mao quản đồng đều, diện tích bề mặt riêng lớn và khả năng tùy chỉnh linh hoạt. Đặc biệt, MOF-808, một loại Zr-MOF với cấu trúc khuyết tật, được đánh giá cao về độ bền và khả năng ứng dụng trong hấp phụ các chất màu hữu cơ trong môi trường nước. Nghiên cứu này tập trung tổng hợp MOF-808 có cấu trúc khuyết tật bằng phương pháp nhiệt dung môi, sử dụng phối tử hữu cơ 1,3,5-benzenetricarboxylic acid và 5-sulfoisophthalic acid với tỉ lệ mol 3:1, nhằm tăng số lượng trung tâm điện tích dương hoạt tính trong cấu trúc vật liệu.

Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện hấp phụ như thời gian, nồng độ ban đầu và sự có mặt của khuyết tật lên khả năng hấp phụ các thuốc nhuộm hữu cơ anion và cation, bao gồm quinoline yellow, sunset yellow, rhodamine B và malachite green. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. Hồ Chí Minh trong năm 2023, với phạm vi khảo sát trong môi trường nước ở nhiệt độ phòng. Kết quả thu được không chỉ cung cấp số liệu cụ thể về dung lượng hấp phụ (ví dụ: 722 mg/g với quinoline yellow, 670 mg/g với sunset yellow) mà còn đề xuất các mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và động học phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng MOF-808 trong xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất màu hữu cơ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết vật liệu khung cơ kim (MOFs): MOFs là vật liệu mao quản được hình thành từ các liên kết phối trí giữa các cụm kim loại (SBUs) và các phối tử hữu cơ, tạo nên cấu trúc xốp với diện tích bề mặt lớn, có thể điều chỉnh kích thước mao quản và chức năng bề mặt.

• Khuyết tật trong MOFs: Khuyết tật điểm như thiếu liên kết (missing linker) và thiếu cụm (missing cluster) tạo ra các vị trí hoạt động không bão hòa phối hợp (CUSs), làm tăng khả năng hấp phụ và xúc tác của vật liệu. Tuy nhiên, khuyết tật cũng có thể ảnh hưởng đến độ bền hóa học và cơ học của MOFs.

• Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich: Mô hình Langmuir giả định hấp phụ đơn lớp với các vị trí hấp phụ đồng nhất, trong khi mô hình Freundlich mô tả hấp phụ đa lớp trên bề mặt không đồng nhất.

• Mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 1 và bậc 2: Mô hình bậc 1 tập trung vào hấp phụ vật lý và khuếch tán, còn mô hình bậc 2 phù hợp với quá trình hấp phụ hóa học và tương tác mạnh giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Vật liệu MOF-808-SO3H được tổng hợp tại phòng thí nghiệm 209B2, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. Hồ Chí Minh. Các thuốc nhuộm hữu cơ được chuẩn bị với nồng độ từ 100 đến 2000 ppm trong dung dịch nước.

• Phương pháp tổng hợp: Phương pháp nhiệt dung môi với hỗn hợp phối tử 1,3,5-benzenetricarboxylic acid và 5-sulfoisophthalic acid theo tỉ lệ mol 3:1, nung ở 80 ºC trong 72 giờ.

• Phân tích đặc trưng vật liệu: PXRD để xác định cấu trúc tinh thể, SEM để quan sát hình thái và kích thước tinh thể, 1H-NMR để xác định phần trăm khuyết tật, FTIR để nhận diện nhóm chức, TGA để đánh giá độ bền nhiệt.

• Khảo sát hấp phụ: Thí nghiệm hấp phụ các thuốc nhuộm anion và cation trong dung dịch nước, khảo sát ảnh hưởng của thời gian (5 đến 300 phút) và nồng độ ban đầu (100-2000 ppm). Nồng độ thuốc nhuộm trước và sau hấp phụ được đo bằng UV-Vis.

• Phân tích dữ liệu: Áp dụng mô hình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2, mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich để mô tả quá trình hấp phụ. Cỡ mẫu vật liệu sử dụng là 0.01 g trong mỗi thí nghiệm, với thể tích dung dịch 15 mL.

• Timeline nghiên cứu: Tổng hợp và phân tích vật liệu trong 3 tháng đầu, khảo sát hấp phụ và phân tích mô hình trong 3 tháng tiếp theo, hoàn thiện luận văn trong 1 tháng cuối năm 2023.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp thành công MOF-808-SO3H với cấu trúc khuyết tật: PXRD cho thấy vật liệu giữ nguyên cấu trúc tinh thể tương tự MOF-808 truyền thống. Phổ 1H-NMR xác nhận phối tử 5-sulfoisophthalate chiếm khoảng 6% tổng số phối tử, tạo ra các vị trí khuyết tật trong cấu trúc.

2. Dung lượng hấp phụ cao đối với các thuốc nhuộm hữu cơ: MOF-808-SO3H đạt dung lượng hấp phụ lần lượt 722 mg/g với quinoline yellow, 670 mg/g với sunset yellow, 184 mg/g với rhodamine B và 259 mg/g với malachite green. So với MOF-808 truyền thống, dung lượng hấp phụ tăng từ 30% đến 60% đối với các thuốc nhuộm anion và 5-15% đối với thuốc nhuộm cation.

3. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ ban đầu: Khả năng hấp phụ tăng nhanh trong 60 phút đầu và đạt cân bằng sau khoảng 180 phút. Dung lượng hấp phụ tăng theo nồng độ ban đầu, đạt tối đa ở khoảng 1500 ppm. Mô hình động học hấp phụ bậc 2 phù hợp với dữ liệu thực nghiệm hơn mô hình bậc 1, cho thấy quá trình hấp phụ chủ yếu là hóa học.

4. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt: Dữ liệu hấp phụ phù hợp với mô hình Langmuir hơn Freundlich, chứng tỏ hấp phụ đơn lớp trên bề mặt đồng nhất của MOF-808-SO3H. Hằng số Langmuir KL cao cho thấy lực tương tác mạnh giữa thuốc nhuộm và vật liệu.

5. Khả năng hấp phụ chọn lọc: MOF-808-SO3H thể hiện khả năng hấp phụ chọn lọc tốt hơn đối với hỗn hợp thuốc nhuộm anion – cation (quinoline yellow – rhodamine B và sunset yellow – rhodamine B) so với MOF-808 truyền thống, nhờ vào các vị trí khuyết tật và nhóm chức sulfonic tạo điện tích âm trên bề mặt.

Thảo luận kết quả

Sự tăng dung lượng hấp phụ của MOF-808-SO3H so với MOF-808 truyền thống được giải thích bởi sự hiện diện của các khuyết tật cấu trúc, tạo ra các vị trí Lewis acid không bão hòa, tăng cường tương tác với các phân tử thuốc nhuộm. Các khuyết tật này cũng làm tăng kích thước mao quản, giúp phân tử thuốc nhuộm dễ dàng tiếp cận bề mặt hấp phụ hơn. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về MOFs khuyết tật, cho thấy sự cân bằng giữa số lượng khuyết tật và độ bền vật liệu là yếu tố quyết định hiệu quả hấp phụ.

Mô hình động học bậc 2 phản ánh quá trình hấp phụ chủ yếu là hóa học, liên quan đến sự trao đổi điện tích và tương tác phối trí giữa các nhóm chức trên MOF và thuốc nhuộm. Mô hình Langmuir phù hợp với hấp phụ đơn lớp, cho thấy các vị trí hấp phụ trên MOF-808-SO3H có tính đồng nhất cao, điều này được minh họa rõ qua biểu đồ đường thẳng Langmuir.

Khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF-808-SO3H đối với hỗn hợp thuốc nhuộm anion và cation được giải thích bởi sự tương tác điện tích giữa nhóm sulfonic (-SO3H) trên MOF và các phân tử thuốc nhuộm mang điện tích trái dấu, làm tăng hiệu quả loại bỏ trong môi trường phức tạp. Biểu đồ phổ UV-Vis trước và sau hấp phụ minh họa rõ sự giảm nồng độ thuốc nhuộm trong dung dịch, chứng minh hiệu quả hấp phụ chọn lọc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa tỷ lệ phối tử trong tổng hợp MOF-808-SO3H: Điều chỉnh tỉ lệ phối tử 1,3,5-benzenetricarboxylic acid và 5-sulfoisophthalic acid để tăng mật độ khuyết tật, từ đó nâng cao dung lượng hấp phụ các chất màu hữu cơ. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể: nhóm nghiên cứu vật liệu.

2. Phát triển quy trình tái sinh vật liệu: Xây dựng quy trình tái sinh MOF-808-SO3H sau khi hấp phụ để đảm bảo khả năng tái sử dụng và giảm chi phí vận hành. Thời gian thực hiện: 3 tháng. Chủ thể: phòng thí nghiệm và đơn vị xử lý nước thải.

3. Mở rộng khảo sát với các loại thuốc nhuộm và chất ô nhiễm khác: Nghiên cứu khả năng hấp phụ của MOF-808-SO3H đối với các loại thuốc nhuộm khác và các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải công nghiệp để đánh giá tính ứng dụng rộng rãi. Thời gian thực hiện: 9 tháng. Chủ thể: nhóm nghiên cứu môi trường.

4. Ứng dụng MOF-808-SO3H trong hệ thống xử lý nước thải quy mô pilot: Thiết kế và vận hành hệ thống xử lý nước thải sử dụng MOF-808-SO3H để kiểm chứng hiệu quả trong điều kiện thực tế. Thời gian thực hiện: 12 tháng. Chủ thể: doanh nghiệp và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về tổng hợp và ứng dụng MOFs khuyết tật, giúp phát triển các đề tài nghiên cứu liên quan đến vật liệu hấp phụ và xử lý môi trường.

2. Chuyên gia phát triển vật liệu và công nghệ xử lý nước: Thông tin về khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ của MOF-808-SO3H hỗ trợ trong việc thiết kế vật liệu mới và cải tiến công nghệ xử lý nước thải.

3. Doanh nghiệp sản xuất và xử lý nước thải công nghiệp: Kết quả nghiên cứu giúp đánh giá tiềm năng ứng dụng MOF-808-SO3H trong xử lý nước thải chứa các chất màu hữu cơ, từ đó đưa ra giải pháp hiệu quả và bền vững.

4. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn và hướng dẫn xử lý nước thải công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

1. MOF-808-SO3H có ưu điểm gì so với MOF-808 truyền thống?
   MOF-808-SO3H có cấu trúc khuyết tật tạo ra các vị trí hoạt động không bão hòa, tăng dung lượng hấp phụ các chất màu hữu cơ lên đến 60% so với MOF-808 truyền thống, đồng thời giữ được độ bền nhiệt và cấu trúc tinh thể ổn định.

2. Quá trình hấp phụ các thuốc nhuộm diễn ra trong bao lâu?
   Khả năng hấp phụ tăng nhanh trong 60 phút đầu và đạt cân bằng sau khoảng 180 phút, phù hợp với mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2, cho thấy quá trình hấp phụ chủ yếu là hóa học.

3. MOF-808-SO3H có thể tái sử dụng được không?
   Mặc dù nghiên cứu chưa tập trung vào tái sử dụng, các MOFs khuyết tật tương tự đã được chứng minh có thể tái sinh qua các quy trình rửa và sấy, do đó MOF-808-SO3H có tiềm năng tái sử dụng trong các chu kỳ hấp phụ tiếp theo.

4. Khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF-808-SO3H như thế nào?
   MOF-808-SO3H thể hiện khả năng hấp phụ chọn lọc tốt hơn đối với hỗn hợp thuốc nhuộm anion – cation nhờ nhóm sulfonic (-SO3H) tạo điện tích âm trên bề mặt, giúp tương tác hiệu quả với các phân tử mang điện tích trái dấu.

5. Ứng dụng thực tế của MOF-808-SO3H trong xử lý nước thải?
   MOF-808-SO3H có thể được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp chứa các chất màu hữu cơ, giúp loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm, cải thiện chất lượng nước và giảm thiểu tác động môi trường.

Kết luận

• Đã tổng hợp thành công MOF-808-SO3H với cấu trúc khuyết tật, giữ nguyên cấu trúc tinh thể và độ bền nhiệt tương đương MOF-808 truyền thống.
• MOF-808-SO3H có dung lượng hấp phụ cao với các thuốc nhuộm hữu cơ anion và cation, vượt trội so với MOF-808 truyền thống.
• Quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình động học biểu kiến bậc 2 và mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, phản ánh hấp phụ đơn lớp và tương tác hóa học mạnh.
• Khả năng hấp phụ chọn lọc của MOF-808-SO3H đối với hỗn hợp thuốc nhuộm anion – cation được cải thiện nhờ các vị trí khuyết tật và nhóm sulfonic.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa tổng hợp, tái sinh vật liệu và mở rộng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp phối hợp triển khai thử nghiệm quy mô pilot, đồng thời phát triển quy trình tái sinh vật liệu để ứng dụng bền vững trong thực tế.