Luận văn thạc sĩ về vật liệu cellulose từ vi khuẩn cho xử lý ion kim loại và dung môi hữu cơ trong nước

Vật liệu cellulose được hình thành từ các nguồn tự nhiên, chủ yếu từ thực vật, nhưng trong nghiên cứu này, cellulose từ vi khuẩn được sử dụng, cụ thể là từ thạch dừa. Cellulose vi khuẩn có cấu trúc 3 chiều đặc biệt, mang lại nhiều ưu điểm trong việc xử lý ô nhiễm. Cấu trúc này cho phép vật liệu có diện tích bề mặt lớn, từ đó tăng khả năng tương tác với các chất gây ô nhiễm như ion kim loại và dung môi hữu cơ. Nghiên cứu cho thấy rằng cellulose có khả năng hấp phụ tốt đối với các cation kim loại nặng nhờ vào sự phân bố của các lỗ xốp trong cấu trúc của nó. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong việc xử lý nước ô nhiễm.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cellulose vi khuẩn có khả năng hấp phụ ion kim loại như Fe3+ một cách hiệu quả. Quá trình hấp phụ diễn ra nhanh chóng trong 30 phút đầu và đạt trạng thái cân bằng sau 1 giờ, với hiệu suất hấp phụ đạt khoảng 45 mg/g. Các yếu tố như kích thước cellulose, nồng độ ban đầu của ion kim loại và thời gian hấp phụ có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả hấp phụ. Đặc biệt, cellulose có khả năng hấp phụ đồng thời nhiều loại cation kim loại khác nhau, cho thấy tính chất chọn lọc cao đối với các ion hóa trị cao hơn như Fe3+ và Cr3+. Điều này chứng minh rằng cellulose vi khuẩn không chỉ là một vật liệu hấp phụ hiệu quả mà còn có tính ứng dụng cao trong xử lý nước ô nhiễm.

Một trong những điểm nổi bật của nghiên cứu là quá trình biến tính cellulose vi khuẩn bằng cách phủ Cu(0) trên bề mặt. Việc này không chỉ thay đổi tính chất kỵ nước/ái nước của vật liệu mà còn cải thiện đáng kể khả năng hấp phụ của nó đối với các dung môi hữu cơ độc hại không tan trong nước. Sau khi biến tính, cellulose thể hiện tính kỵ nước rõ rệt với góc thấm ướt khoảng 130 độ. Khả năng hấp phụ cyclohexane của vật liệu biến tính tăng lên hơn 50% so với cellulose nguyên chất. Quá trình hấp phụ cyclohexane diễn ra nhanh chóng trong 50 giây đầu và sau đó từ từ đạt đến giá trị tối đa khoảng 75 g/g. Điều này cho thấy rằng việc biến tính vật liệu có thể mở rộng khả năng ứng dụng của cellulose vi khuẩn trong xử lý ô nhiễm môi trường.

Nghiên cứu về vật liệu cellulose từ vi khuẩn trong xử lý ion kim loại và dung môi hữu cơ mang lại nhiều giá trị thực tiễn. Với khả năng hấp phụ tốt đối với các chất gây ô nhiễm, cellulose vi khuẩn có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, việc biến tính vật liệu mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, y sinh và bảo vệ môi trường. Tính bền vững của cellulose từ nguồn tự nhiên cũng làm cho nó trở thành một lựa chọn thân thiện với môi trường, phù hợp với xu hướng phát triển bền vững hiện nay. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp kiến thức bổ ích mà còn góp phần vào việc phát triển các giải pháp công nghệ mới trong xử lý ô nhiễm.