I. Tổng quan về phụ phẩm đài sen và vật liệu cacbon mao quản từ tính
Phụ phẩm đài sen, một nguồn tài nguyên phong phú từ nông nghiệp, thường bị bỏ qua trong quá trình sản xuất. Việc tận dụng phụ phẩm đài sen để tổng hợp cacbon mao quản từ tính không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra giá trị kinh tế cho nông dân. Cacbon mao quản từ tính (MPC) được biết đến với khả năng hấp phụ tốt và tính chất xúc tác hiệu quả trong việc xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng MPC từ phụ phẩm đài sen có thể cải thiện hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước, đặc biệt là trong ngành công nghiệp dệt nhuộm, nơi mà chất hữu cơ ô nhiễm thường được thải ra. Theo nghiên cứu, việc sử dụng cacbon mao quản từ tính không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu lượng CO2 phát thải trong quá trình sản xuất.
1.1. Tính chất và ứng dụng của cacbon mao quản từ tính
Cacbon mao quản từ tính (MPC) có khả năng hấp phụ tốt nhờ vào cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng MPC có thể được sử dụng trong các quá trình xử lý nước thải, giúp loại bỏ các chất hữu cơ ô nhiễm như Ponceau 4R và Orange G. Việc sử dụng MPC không chỉ giúp cải thiện hiệu suất xử lý mà còn có thể được tái sử dụng nhờ vào tính chất từ tính của nó, cho phép dễ dàng tách ra khỏi hỗn hợp sau khi xử lý. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
II. Phương pháp tổng hợp và hoạt hóa cacbon mao quản từ tính
Phương pháp tổng hợp cacbon mao quản từ tính từ phụ phẩm đài sen được thực hiện thông qua quá trình nhiệt phân một giai đoạn kết hợp với FeCl3. Quá trình này không chỉ giúp hình thành các tinh thể oxit sắt mà còn tạo ra cấu trúc mao quản tối ưu cho vật liệu. Kết quả cho thấy, diện tích bề mặt riêng của vật liệu đạt 349 m2/g, thể tích lỗ xốp là 0,31 cm3/g. Để cải thiện tính chất của vật liệu, quá trình hoạt hóa bằng ZnCl2 được thực hiện, giúp tăng diện tích bề mặt lên tới 1148 m2/g và thể tích lỗ xốp lên 0,75 cm3/g, tạo điều kiện cho việc xử lý hiệu quả hơn các chất ô nhiễm trong nước.
2.1. Quá trình hoạt hóa cacbon mao quản
Quá trình hoạt hóa cacbon mao quản không chỉ cải thiện diện tích bề mặt mà còn làm tăng độ từ hóa của vật liệu. Sự tăng trưởng này giúp cho vật liệu có khả năng hấp phụ và xử lý các chất ô nhiễm hiệu quả hơn. Nghiên cứu cho thấy, hoạt tính xúc tác của MPC được đánh giá thông qua khả năng xử lý Ponceau 4R và Orange G bằng H2O2. Kết quả cho thấy, tại pH 3,0, MPC có thể làm mất màu 83% Ponceau 4R và 96% Orange G chỉ trong một khoảng thời gian ngắn, chứng minh hiệu quả cao trong việc xử lý các chất hữu cơ ô nhiễm.
III. Đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ ô nhiễm
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng cacbon mao quản từ tính và cacbon mao quản có hoạt hóa (AMPC) trong xử lý chất hữu cơ ô nhiễm mang lại hiệu quả cao. AMPC cho thấy khả năng xử lý Orange G gần như hoàn toàn chỉ trong 30 phút với các điều kiện tối ưu. Bên cạnh đó, lượng COD trong nước thải cũng giảm đáng kể sau quá trình xử lý. Điều này khẳng định tiềm năng của cacbon mao quản trong việc xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt nhuộm, nơi mà ô nhiễm là một vấn đề nghiêm trọng.
3.1. Tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn
Tiềm năng ứng dụng của cacbon mao quản từ tính trong xử lý nước thải là rất lớn. Với khả năng tái sử dụng và hiệu quả xử lý cao, MPC và AMPC có thể trở thành giải pháp bền vững cho các vấn đề ô nhiễm trong ngành công nghiệp. Việc phát triển và ứng dụng các vật liệu này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế.
