Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite NiFe2O4C từ Ni2 Fe3 MOFs và ứng dụng hấp phụ kháng sinh

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHUNG CƠ KIM LOẠI VÀ CACBON XỐP

1.1.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs)

1.1.2. Các phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs

1.1.3. Ứng dụng của các vật liệu MOFs

1.1.4. Vật liệu lưỡng kim lượng Ni/Fe-MOFs

1.1.5. Vật liệu cacbon xốp từ khung cơ kim

1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÁNG SINH

1.2.1. Oxy hóa bậc cao

1.2.2. Phân hủy sinh học

1.3. GIỚI THIỆU KHÁNG SINH

1.3.1. Ảnh hưởng của thuốc kháng sinh đối với môi trường

1.4. NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC

1.5. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.6. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.6.2. Nội dung nghiên cứu

1.7. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM

1.7.1. Hóa chất thí nghiệm

1.8. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

1.8.1. Qui trình tổng hợp vật liệu Ni – MIL88B (Fe)

1.8.2. Quy trình tổng hợp NiFe2O4@C

1.8.3. Quy trình hấp phụ vật liệu

1.8.4. Các công thức tính

1.8.5. Phương pháp xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ kháng sinh TCC và CFX theo phương pháp UV-Vis

1.8.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX của vật liệu cacbon

1.8.7. Tối ưu hóa bằng phương pháp đáp ứng bề mặt

1.8.8. Các mô hình động học

1.9. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

1.9.1. Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD)

1.9.2. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT–IR)

1.9.3. Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM)

1.9.4. Phương pháp phân tích bề mặt (Brunauer–Emmett–Teller) (BET)

1.9.5. Phương pháp phân bố kích thước lỗ xốp

1.9.6. Phương pháp trắc quang UV–Vis

1.10. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

1.10.1. CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU

1.10.1.1. Phân tích giản đồ XRD

1.10.1.2. Phân tích giản đồ quang phổ FT-IR

1.10.1.3. Phân tích ảnh hiển vi điện tử

1.10.1.4. Phân tích bề mặt BET

1.10.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU

1.10.2.1. Khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX của vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900

1.10.2.2. Ảnh hưởng của giá trị pH đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX

1.10.2.3. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ TCC và CFX

1.10.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX

1.10.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của kháng sinh đến khả năng hấp phụ

1.10.3. KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH ĐẲNG NHIỆT VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ

1.10.3.1. Đẳng nhiệt hấp phụ

1.10.3.2. Động học hấp phụ

1.10.4. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ TETRACYCLINE (TCC) VÀ CIPROFLOXACIN (CFX) BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RSM)

1.10.4.1. Mô hình và tính phù hợp của mô hình

1.10.4.2. Tối ưu hóa các thông số của quá trình

1.10.5. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG CỦA VẬT LIỆU

1.10.6. SO SÁNH KẾT QUẢ ĐỀ TÀI VỚI CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC

1.11. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu composite NiFe2O4C và Ni2 Fe3 MOFs

Vật liệu composite NiFe2O4C được tổng hợp từ Ni2 Fe3 MOFs là một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu nano. Ni2 Fe3 MOFs là vật liệu khung hữu cơ kim loại có cấu trúc lỗ xốp cao, được sử dụng làm tiền chất để tạo ra vật liệu composite NiFe2O4C. Quá trình tổng hợp này không chỉ tận dụng được tính chất ưu việt của MOFs mà còn tạo ra vật liệu mới có khả năng hấp phụ cao. NiFe2O4C là vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong xử lý môi trường, đặc biệt là hấp phụ kháng sinh.

1.1. Tính chất vật liệu và quy trình tổng hợp

NiFe2O4C được tổng hợp từ Ni2 Fe3 MOFs thông qua quá trình nung ở nhiệt độ cao (600-900°C). Quá trình này tạo ra vật liệu có cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn, và khả năng hấp phụ tốt. Các phương pháp phân tích như XRD, FT-IR, và SEM được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của vật liệu. Kết quả cho thấy NiFe2O4C có khả năng hấp phụ cao đối với các chất kháng sinh như ciprofloxacin và tetracycline.

1.2. Ứng dụng của vật liệu trong hấp phụ kháng sinh

NiFe2O4C được ứng dụng trong hấp phụ kháng sinh nhờ cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn. Các thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH, thời gian, và nồng độ kháng sinh cho thấy vật liệu có hiệu suất hấp phụ cao. Đặc biệt, NiFe2O4C có thể tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất, giúp giảm chi phí xử lý và thân thiện với môi trường.

II. Nghiên cứu tổng hợp và tối ưu hóa hấp phụ

Quá trình nghiên cứu tổng hợp NiFe2O4C từ Ni2 Fe3 MOFs được thực hiện với mục tiêu tối ưu hóa khả năng hấp phụ của vật liệu. Các yếu tố như nhiệt độ nung, thời gian phản ứng, và tỷ lệ thành phần được điều chỉnh để đạt được vật liệu có tính chất tốt nhất. Phương pháp tối ưu hóa hấp phụ được áp dụng để xác định các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ kháng sinh.

2.1. Phương pháp tối ưu hóa bằng đáp ứng bề mặt

Phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) được sử dụng để tối ưu hóa các thông số ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ. Các yếu tố như pH, thời gian, và nồng độ kháng sinh được khảo sát để xác định điều kiện tối ưu. Kết quả cho thấy NiFe2O4C đạt hiệu suất hấp phụ cao nhất ở pH trung tính, thời gian 120 phút, và nồng độ kháng sinh 50 mg/L.

2.2. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu

NiFe2O4C có khả năng tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất hấp phụ. Các thí nghiệm tái sử dụng cho thấy vật liệu vẫn giữ được khả năng hấp phụ sau 5 chu kỳ sử dụng. Điều này làm cho NiFe2O4C trở thành vật liệu tiềm năng trong xử lý nước thải chứa kháng sinh.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị nghiên cứu

Nghiên cứu tổng hợp NiFe2O4C từ Ni2 Fe3 MOFs và ứng dụng trong hấp phụ kháng sinh có giá trị thực tiễn cao. Vật liệu này không chỉ hiệu quả trong xử lý nước thải mà còn thân thiện với môi trường và có chi phí thấp. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu mới ứng dụng trong xử lý môi trường.

3.1. So sánh với các nghiên cứu khác

So với các vật liệu hấp phụ truyền thống như than hoạt tính, NiFe2O4C có ưu điểm vượt trội về khả năng hấp phụ và tính tái sử dụng. Các nghiên cứu khác về MOFs và vật liệu composite cũng cho thấy tiềm năng lớn của NiFe2O4C trong xử lý môi trường.

3.2. Triển vọng ứng dụng trong tương lai

NiFe2O4C có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải y tế và công nghiệp. Nghiên cứu này là cơ sở để phát triển các vật liệu mới với khả năng hấp phụ cao và thân thiện với môi trường.

Luận Văn Thạc Sĩ Hóa Học: Tổng Hợp Vật Liệu Composite NiFe2O4C Từ Ni2 Fe3 MOFs Và Ứng Dụng Trong Hấp Phụ Chất Kháng Sinh