Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng vật liệu nanocomposite từ cellulose

Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu nanocomposite từ cellulose đang trở thành một lĩnh vực thu hút sự quan tâm lớn trong kỹ thuật hóa học. Cellulose là một polymer tự nhiên có khả năng phân hủy sinh học và thân thiện với môi trường, nhờ vào cấu trúc phân tử độc đáo của nó. Việc tổng hợp vật liệu nanocomposite từ cellulose giúp tận dụng các đặc tính ưu việt của cellulose như độ bền, tính tương thích sinh học và khả năng hấp phụ. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp cellulose với các loại hạt nano như Fe3O4 không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn nâng cao khả năng hấp phụ ion kim loại nặng trong nước, từ đó góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường. Từ đó, vật liệu nanocomposite từ cellulose được xem là giải pháp tiềm năng cho các ứng dụng trong xử lý nước thải và phát triển vật liệu thân thiện với môi trường.

Việc tổng hợp vật liệu nanocomposite từ cellulose có thể được thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp đồng kết tủa in-situ được áp dụng rộng rãi. Phương pháp này cho phép tạo ra các vật liệu nanocomposite với cấu trúc đồng nhất và các đặc tính tối ưu. Trong nghiên cứu này, Fe3O4 được tổng hợp và kết hợp với cellulose để tạo ra nanocellulose từ tính (MCNC). Kết quả cho thấy rằng tỉ lệ giữa Fe3O4 và cellulose ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính của vật liệu nanocomposite. Các phương pháp phân tích như XRD, FTIR, SEM và TEM được sử dụng để đánh giá cấu trúc và tính chất của vật liệu nanocomposite. Đặc biệt, các phân tích cho thấy rằng MCNC có khả năng hấp phụ ion Pb2+ từ dung dịch nước với hiệu suất cao, điều này chứng tỏ tiềm năng ứng dụng của vật liệu nanocomposite trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng.

Sử dụng vật liệu nanocomposite từ cellulose trong xử lý nước thải đã cho thấy kết quả khả quan. MCNC được sử dụng để hấp phụ ion Pb2+ từ dung dịch nước, cho thấy khả năng loại bỏ lên đến 60% Pb2+ trong điều kiện tối ưu. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng tỉ lệ 1:1 giữa cellulose và Fe3O4 mang lại hiệu quả hấp phụ tốt nhất. Kết quả phân tích cho thấy rằng khả năng hấp phụ của MCNC phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Freundlich, cho thấy sự tương tác giữa ion kim loại và bề mặt của vật liệu nanocomposite. Những phát hiện này không chỉ khẳng định tiềm năng của vật liệu nanocomposite trong việc xử lý ô nhiễm mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

Bên cạnh khả năng hấp phụ ion kim loại, vật liệu nanocomposite từ cellulose cũng cho thấy khả năng kháng khuẩn đáng kể. Màng BC-AgNPs được tổng hợp từ cellulose vi khuẩn và nano bạc đã được kiểm tra khả năng kháng khuẩn đối với vi khuẩn Gram âm như Escherichia coli. Kết quả cho thấy rằng tỷ lệ 1:1 giữa cellulose và nano bạc mang lại hiệu quả kháng khuẩn cao, đồng thời không có hiện tượng bong tróc bạc trong quá trình sử dụng. Điều này chứng tỏ rằng vật liệu nanocomposite không chỉ có khả năng xử lý ô nhiễm mà còn có thể được ứng dụng trong lĩnh vực y tế, như làm vật liệu kháng khuẩn trong băng gạc y tế hay màng bọc thực phẩm, mở ra nhiều cơ hội mới cho nghiên cứu và phát triển.

Tổng kết lại, nghiên cứu về vật liệu nanocomposite từ cellulose đã chỉ ra những tiềm năng ứng dụng lớn trong các lĩnh vực khác nhau, từ xử lý nước thải đến y tế. Những kết quả đạt được không chỉ khẳng định giá trị của việc nghiên cứu vật liệu nanocomposite mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu trong tương lai. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả và tối ưu hóa các điều kiện để nâng cao tính chất của vật liệu nanocomposite sẽ là những thách thức và cơ hội cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực này.