Luận văn thạc sĩ về tổng hợp vật liệu nanocomposite ferrit magietitan dioxit

Ô nhiễm môi trường nước do chất màu, đặc biệt là tinh thể tím (crystal violet), đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam. Nước thải từ ngành dệt nhuộm thải ra một lượng lớn thuốc nhuộm chưa được xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước. Theo ước tính, khoảng 10-15% thuốc nhuộm bị thất thoát trong quá trình nhuộm, dẫn đến ô nhiễm nghiêm trọng. Tinh thể tím, với cấu trúc phức tạp và khả năng phân hủy sinh học thấp, khó loại bỏ khỏi nước thải và có thể gây hại cho sức khỏe con người, bao gồm khả năng gây ung thư. Do đó, việc nghiên cứu các phương pháp xử lý hiệu quả cho ô nhiễm này là cần thiết.

Luận văn này tập trung vào việc tổng hợp vật liệu nanocomposite ba thành phần, bao gồm ferrit magie (MgFe2O4), titan dioxit (TiO2), và graphene aerogel (GA) bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ thủy nhiệt. Vật liệu nanocomposite này có tiềm năng trong việc quang phân hủy chất màu tinh thể tím. Việc sử dụng GA trong cấu trúc nanocomposite không chỉ cải thiện khả năng hấp phụ mà còn tăng cường hiệu suất quang phân hủy. Các phương pháp phân tích hiện đại như SEM, EDS, FTIR, và XRD được sử dụng để xác định đặc trưng của vật liệu MFO-TiO2/GA, từ đó đánh giá khả năng ứng dụng trong xử lý ô nhiễm nước.

Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ CV ban đầu, pH, hàm lượng vật liệu, thời gian hấp phụ và thời gian chiếu sáng đến hiệu suất quang phân hủy CV. Mô hình Plackett-Burman được áp dụng để xác định các yếu tố quan trọng, sau đó sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng Box-Behnken để tối ưu hóa các điều kiện. Kết quả cho thấy rằng pH và hàm lượng vật liệu có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất quang phân hủy. Điều này cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện này là cần thiết để đạt được hiệu suất cao nhất trong xử lý ô nhiễm nước.

Khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu MFO-TiO2/GA đã được khảo sát qua mười chu kỳ sử dụng. Kết quả cho thấy vật liệu vẫn duy trì hiệu suất quang phân hủy ổn định sau nhiều lần sử dụng, điều này chứng tỏ tính khả thi trong ứng dụng thực tiễn. Việc tái sử dụng vật liệu không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Phân tích FTIR trước và sau quá trình quang phân hủy cho thấy sự thay đổi về cấu trúc của vật liệu, điều này mở ra hướng nghiên cứu mới cho việc cải thiện tính chất của vật liệu nanocomposite trong tương lai.

Luận văn cũng nghiên cứu cơ chế quang phân hủy CV của vật liệu MFO-TiO2/GA. Các gốc tự do như •O2–, h+, và •OH đã được xác định là đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy. Việc hiểu rõ cơ chế này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình mà còn mở ra cơ hội phát triển các vật liệu mới với hiệu suất cao hơn trong việc xử lý ô nhiễm nước. Nghiên cứu này cung cấp những kiến thức quý giá về ứng dụng nanocomposite trong lĩnh vực bảo vệ môi trường.