Nghiên cứu vật liệu Ag/Fe3O4 xúc tác khử Rhodamine B từ lá sả chanh

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

0.1. Lý do chọn đề tài

0.2. Đối tượng nghiên cứu

0.3. Mục tiêu nghiên cứu

0.4. Phương pháp nghiên cứu

0.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

0.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

0.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

0.6. Bố cục luận văn

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về vật liệu

1.1.1. Sơ lược về nguyên tố bạc (silver)

1.1.2. Sơ lược về Fe3O4

1.1.3. Sơ lược về vật liệu Ag/Fe3O4

1.1.4. Tổng quan về cây sả chanh

1.1.4.1. Đặc điểm cây sả chanh

1.1.4.2. Thành phần hóa học của lá sả chanh

1.1.4.3. Ứng dụng của lá sả chanh

1.1.5. Tổng quan về chất màu rhodamine B

1.1.5.1. Đặc điểm cấu tạo

1.1.5.2. Tính chất và độc tính

1.1.5.3. Tình trạng sử dụng rhodamine B trong thực tế và nguyên nhân gây ô nhiễm

1.1.5.4. Phương pháp xử lý rhodamine B

1.2. Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

1.2.1. Dụng cụ và thiết bị

1.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu

1.3.1. Tổng hợp vật liệu Fe3O4

1.3.2. Thu dịch chiết nước lá sả chanh

1.3.3. Tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4

1.4. Phương pháp xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu

1.5. Phương pháp xây dựng đường chuẩn để xác định nồng độ chất màu rhodamine B

1.5.1. Phương pháp UV-Vis

1.5.2. Xây dựng phương trình đường chuẩn

1.6. Đánh giá khả năng xúc tác khử rhodamine B của vật liệu Ag/Fe3O4

1.7. Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4

1.7.1. Ảnh hưởng của điều kiện chiết nước lá sả chanh

1.7.2. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano

2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM

3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả xây dựng phương trình đường chuẩn của rhodamine B

3.2. Kết quả đánh giá khả năng xúc tác khử rhodamine B của vật liệu Ag/Fe3O4

3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4

3.3.1. Ảnh hưởng của quá trình chiết lá sả chanh

3.3.2. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano

3.4. Kết quả xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu

3.4.1. Kết quả đo phổ XRD

3.4.2. Kết quả đo phổ EDX

3.4.3. Kết quả chụp ảnh SEM

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan Nghiên cứu Vật Liệu Ag Fe3O4 Khử Rhodamine B

Ô nhiễm nguồn nước do chất thải công nghiệp, đặc biệt là từ ngành dệt nhuộm, là một vấn đề cấp bách. Nước thải chứa lượng lớn chất màu hữu cơ, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Trong số đó, Rhodamine B (RhB) là một chất nhuộm độc hại, khó phân hủy sinh học và có thể gây tổn thương cho sinh vật sống, kể cả ở nồng độ thấp. Các phương pháp xử lý nước thải truyền thống thường không hiệu quả trong việc loại bỏ hoàn toàn RhB. Do đó, việc tìm kiếm các phương pháp xử lý hiệu quả, kinh tế và thân thiện với môi trường là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu về vật liệu xúc tác có khả năng khử RhB thành các chất ít độc hại hơn đang được quan tâm. Bài viết này trình bày tổng quan về nghiên cứu sử dụng vật liệu Ag/Fe3O4 tổng hợp từ lá sả chanh để xúc tác khử RhB.

1.1. Tầm quan trọng của xử lý ô nhiễm Rhodamine B

Sự tồn tại của Rhodamine B trong nước thải gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. RhB có thể gây ức chế sự phát triển của sinh vật dưới nước, tổn thương hệ hô hấp và hệ sinh sản. Do đó, việc loại bỏ RhB khỏi nguồn nước ô nhiễm là một nhiệm vụ quan trọng. Các phương pháp xử lý hiệu quả sẽ góp phần bảo vệ nguồn nước sạch, đảm bảo an toàn cho sức khỏe cộng đồng và bảo tồn hệ sinh thái. Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm kiếm giải pháp xúc tác quang để degradation of Rhodamine B.

1.2. Giới thiệu vật liệu Ag Fe3O4 và lá sả chanh

Vật liệu Ag/Fe3O4 là một vật liệu composite có tiềm năng lớn trong lĩnh vực xúc tác quang. Sự kết hợp giữa nano bạc (AgNPs) và oxit sắt từ (Fe3O4) tạo ra một vật liệu với khả năng xúc tác khử hiệu quả. Hơn nữa, lá sả chanh được sử dụng như một nguồn nguyên liệu tự nhiên, rẻ tiền và thân thiện với môi trường để tổng hợp AgNPs. Sử dụng chiết xuất sả chanh giúp quá trình tổng hợp trở nên xanh hơn, giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại.

II. Vấn Đề Hạn Chế Phương Pháp Khử Rhodamine B Hiện Tại

Các phương pháp xử lý Rhodamine B truyền thống như hấp phụ, trao đổi ion thường có chi phí cao, hiệu quả không cao hoặc tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Phương pháp xúc tác quang sử dụng vật liệu nano có tiềm năng lớn nhưng vẫn còn những thách thức. Một trong số đó là việc sử dụng các hóa chất độc hại trong quá trình tổng hợp vật liệu xúc tác. Bài viết này tập trung giải quyết vấn đề tìm kiếm một phương pháp tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4 thân thiện với môi trường, hiệu quả trong việc xúc tác khử Rhodamine B và có khả năng tái sử dụng cao.

2.1. Nhược điểm của các phương pháp xử lý truyền thống

Các phương pháp hấp phụ và trao đổi ion mặc dù có thể loại bỏ Rhodamine B khỏi nước thải, nhưng lại không phá hủy chất ô nhiễm này. Thay vào đó, chúng chỉ chuyển đổi RhB sang một pha khác (ví dụ, từ pha lỏng sang pha rắn), tạo ra vấn đề xử lý chất thải thứ cấp. Ngoài ra, chi phí vận hành và bảo trì của các hệ thống này thường khá cao. Vì vậy, cần có những giải pháp xử lý nước thải hiệu quả và bền vững hơn.

2.2. Thách thức trong tổng hợp vật liệu xúc tác nano

Việc tổng hợp vật liệu nano thường đòi hỏi việc sử dụng các hóa chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Hơn nữa, vật liệu nano có thể bị mất hoạt tính sau một thời gian sử dụng, làm giảm hiệu quả xúc tác. Nghiên cứu này hướng đến việc giải quyết những thách thức này bằng cách sử dụng lá sả chanh như một nguồn nguyên liệu tự nhiên để tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4.

2.3. Độc tính và tình trạng sử dụng Rhodamine B trong thực tế

Rhodamine B là một chất nhuộm độc hại, gây ô nhiễm môi trường liên tục. Việc các sinh vật dưới nước nuốt phải RhB ngay cả ở nồng độ thấp có thể gây tổn thương đường hô hấp, hoại tử mô, tổn thương hệ thống sinh sản. RhB không dễ bị phân hủy sinh học. Do đó, độc tính và mối nguy hiểm tiềm ẩn của RhB đối với môi trường đang ngày càng thu hút sự chú ý.

III. Cách Tổng Hợp Vật Liệu Ag Fe3O4 Từ Lá Sả Chanh Hiệu Quả

Nghiên cứu này trình bày một phương pháp tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4 đơn giản, hiệu quả và thân thiện với môi trường bằng cách sử dụng dịch chiết lá sả chanh. Lá sả chanh chứa các hợp chất tự nhiên có khả năng khử ion bạc (Ag+) thành nano bạc (AgNPs) và ổn định chúng trên bề mặt oxit sắt từ (Fe3O4). Quá trình tổng hợp này không đòi hỏi việc sử dụng các hóa chất độc hại, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tạo ra một vật liệu xúc tác có hoạt tính cao trong việc khử Rhodamine B.

3.1. Quy trình chiết xuất và chuẩn bị dịch chiết lá sả chanh

Dịch chiết từ lá sả chanh được thu bằng phương pháp chưng cất với dung môi nước. Quá trình chiết xuất cần được tối ưu hóa để đảm bảo thu được dịch chiết giàu các hợp chất có khả năng khử và ổn định nano bạc. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất bao gồm thời gian, nhiệt độ và tỷ lệ giữa lá sả chanh và dung môi.

3.2. Phương pháp tổng hợp vật liệu Ag Fe3O4 sử dụng dịch chiết

Để tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4, dịch chiết lá sả chanh được thêm vào dung dịch chứa ion bạc (Ag+) và huyền phù oxit sắt từ (Fe3O4). Các hợp chất trong dịch chiết sẽ khử ion bạc thành nano bạc và gắn chúng lên bề mặt Fe3O4. Quá trình này diễn ra trong điều kiện kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ, pH và thời gian phản ứng để đảm bảo tạo ra vật liệu với kích thước và hình dạng mong muốn.

3.3. Yếu tố ảnh hưởng đến điều kiện chiết nước lá sả chanh

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4. Ảnh hưởng của quá trình chiết lá sả chanh. Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano.

IV. Đánh Giá Hiệu Quả Xúc Tác Khử Rhodamine B Của Ag Fe3O4

Khả năng xúc tác khử Rhodamine B của vật liệu Ag/Fe3O4 được đánh giá bằng cách theo dõi sự thay đổi nồng độ RhB trong dung dịch theo thời gian. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác như nồng độ vật liệu, nồng độ RhB, pH và nhiệt độ được khảo sát. Kết quả cho thấy vật liệu Ag/Fe3O4 có khả năng xúc tác khử RhB hiệu quả, giảm đáng kể nồng độ RhB trong dung dịch sau một thời gian ngắn.

4.1. Phương pháp đo lường và đánh giá hiệu quả xúc tác

Hiệu quả xúc tác được đánh giá bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để đo lường nồng độ của chất màu rhodamine B. Quá trình khử RhB được theo dõi bằng cách đo sự giảm của peak hấp thụ đặc trưng của RhB theo thời gian. Hằng số tốc độ phản ứng và hiệu suất xúc tác được tính toán để so sánh hiệu quả của các vật liệu khác nhau.

4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả xúc tác

Hiệu quả xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ vật liệu, nồng độ RhB, pH và nhiệt độ. Việc tối ưu hóa các yếu tố này có thể giúp tăng cường hiệu quả xúc tác. Ví dụ, pH kiềm thường tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xúc tác khử RhB.

4.3. Kết quả khảo sát Ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến khả năng xúc tác

Khảo sát các điều kiện khác nhau như khối lượng lá sả, thời gian chiết, nhiệt độ chiết. Bên cạnh đó còn khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano, thời gian tạo nano và nồng độ dung dịch AgNO3. Thêm vào đó, thí nghiệm còn khảo sát hàm lượng Fe3O4 khác nhau cũng có ảnh hưởng nhất định đến khả năng xúc tác.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Đặc Trưng Lý Hóa Của Vật Liệu Ag Fe3O4

Các đặc trưng lý hóa của vật liệu Ag/Fe3O4 được xác định bằng các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Kết quả cho thấy vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc trưng của cả Ag và Fe3O4. Ảnh SEM cho thấy các hạt nano Ag phân tán đều trên bề mặt Fe3O4. Phổ EDX xác nhận sự có mặt của các nguyên tố Ag, Fe và O trong vật liệu.

5.1. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng phương pháp XRD

Phổ XRD cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể của vật liệu Ag/Fe3O4. Các peak nhiễu xạ đặc trưng cho Ag và Fe3O4 được xác định để xác nhận sự hình thành của vật liệu composite. Kích thước tinh thể của nano Ag có thể được ước tính từ độ rộng của các peak nhiễu xạ.

5.2. Quan sát hình thái và kích thước hạt bằng SEM

Ảnh SEM cho phép quan sát hình thái và kích thước hạt của vật liệu Ag/Fe3O4. Sự phân tán của nano Ag trên bề mặt Fe3O4 cũng có thể được đánh giá từ ảnh SEM. Kích thước hạt trung bình của nano Ag và Fe3O4 có thể được xác định từ các ảnh SEM.

5.3. Xác định thành phần nguyên tố bằng EDX

Phổ EDX cung cấp thông tin về thành phần nguyên tố của vật liệu Ag/Fe3O4. Sự có mặt của các nguyên tố Ag, Fe và O trong vật liệu được xác nhận bằng phổ EDX. Hàm lượng tương đối của các nguyên tố này có thể được xác định từ cường độ của các peak EDX.

VI. Ứng Dụng Tương Lai Vật Liệu Ag Fe3O4 Xử Lý Nước Thải

Vật liệu Ag/Fe3O4 tổng hợp từ lá sả chanh có tiềm năng ứng dụng lớn trong việc xử lý nước thải chứa Rhodamine B. Phương pháp tổng hợp đơn giản, hiệu quả xúc tác cao và thân thiện với môi trường khiến vật liệu này trở thành một lựa chọn hấp dẫn cho việc loại bỏ RhB và các chất ô nhiễm khác khỏi nguồn nước. Nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp, cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của vật liệu.

6.1. Tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Vật liệu Ag/Fe3O4 có thể được sử dụng để xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm, nơi Rhodamine B thường được sử dụng làm chất nhuộm. Việc ứng dụng vật liệu này có thể giúp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước và bảo vệ môi trường.

6.2. Hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp để tăng hiệu quả xúc tác và giảm chi phí sản xuất. Cải thiện độ bền và khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng. Ngoài ra, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu Ag/Fe3O4 để loại bỏ các chất ô nhiễm khác trong nước thải cũng có tiềm năng lớn.

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC KHỬ RHODAMINE B BẰNG NaBH4 CỦA VẬT LIỆU Ag/Fe3O4 TỔNG HỢP TỪ DUNG DỊCH AgNO3 VÀ DỊCH CHIẾT LÁ SẢ CHANH