Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu 3D graphene oxit aerogel để hấp phụ phenol và bisphenol A

Graphene oxit (graphene oxit) là một dạng của graphene, có cấu trúc hai chiều với các nhóm chức hydroxyl và carboxyl gắn trên bề mặt. Vật liệu này được biết đến với khả năng hấp phụ mạnh mẽ các chất ô nhiễm như phenol và bisphenol A, hai hợp chất thường gặp trong nước thải công nghiệp. Nghiên cứu này nhằm mục đích phát triển vật liệu 3D graphene oxit aerogel (aerogel) có khả năng hấp phụ tốt hơn cho các chất này. Việc sử dụng công nghệ nano trong việc tổng hợp và tối ưu hóa các tính chất của vật liệu này sẽ giúp nâng cao hiệu suất hấp phụ, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Quá trình tổng hợp graphene oxit aerogel được thực hiện thông qua phương pháp phân tán băng (ice segregation induced self-assembly). Phương pháp này cho phép tạo ra cấu trúc ba chiều với mật độ thấp nhưng diện tích bề mặt lớn, từ đó nâng cao khả năng hấp phụ của vật liệu. Các yếu tố như nồng độ graphene oxit, thời gian siêu âm và pH được điều chỉnh để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh các yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và tính chất của aerogel, từ đó ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ phenol và bisphenol A.

Các đặc tính vật lý và hóa học của graphene oxit aerogel được nghiên cứu thông qua các phương pháp như quang phổ Raman, kính hiển vi điện tử quét (SEM) và phân tích diện tích bề mặt BET. Kết quả cho thấy rằng aerogel có cấu trúc lỗ rỗng, giúp tăng cường khả năng tiếp xúc với các phân tử chất ô nhiễm trong nước. Đặc biệt, tính năng hấp phụ của vật liệu được xác định qua các mô hình isotherm Langmuir, Freundlich và Temkin, cho thấy rằng graphene oxit aerogel có khả năng hấp phụ cao đối với phenol và bisphenol A, với cơ chế hấp phụ chủ yếu là hấp phụ vật lý và hóa học.

Khả năng hấp phụ của graphene oxit aerogel đối với phenol và bisphenol A được đánh giá thông qua các thí nghiệm hấp phụ. Các yếu tố như thời gian tiếp xúc, pH và nồng độ ban đầu của chất ô nhiễm được khảo sát. Kết quả cho thấy rằng thời gian tiếp xúc và pH có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất hấp phụ. Đặc biệt, graphene oxit aerogel thể hiện khả năng hấp phụ vượt trội ở pH thấp, cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu này trong xử lý nước ô nhiễm. Các mô hình động học hấp phụ cũng được áp dụng để phân tích quá trình hấp phụ, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế và tốc độ hấp phụ của vật liệu.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng graphene oxit aerogel là một vật liệu tiềm năng cho việc xử lý ô nhiễm phenolic trong nước. Với cấu trúc ba chiều và khả năng hấp phụ cao, vật liệu này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Triển vọng ứng dụng của graphene oxit aerogel trong lĩnh vực xử lý nước thải và bảo vệ môi trường đang mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển mới. Việc tối ưu hóa quá trình tổng hợp và cải thiện tính chất vật liệu sẽ là hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng trong thực tiễn.