Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite nife2o4c từ MOFs Ni-Fe và ứng dụng trong hấp phụ kháng sinh

• Tác giả: Ngô Thị Cẩm Quyên
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Văn Tân
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Tổng Hợp Vật Liệu Composite NiFe2O4@C Trên Cơ Sở Vật Liệu Khung Hữu Cơ Kim Loại Ni/Fe-MOFs Và Ứng Dụng Trong Hấp Phụ Chất Kháng Sinh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU KHUNG CƠ KIM LOẠI VÀ CACBON XỐP
• 1.1.1. Vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs)
• 1.1.2. Các phương pháp tổng hợp vật liệu MOFs
• 1.1.3. Ứng dụng của các vật liệu MOFs
• 1.1.4. Vật liệu lưỡng kim lượng Ni/Fe-MOFs
• 1.1.5. Vật liệu cacbon xốp từ khung cơ kim
• 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÁNG SINH
• 1.2.1. Oxy hóa bậc cao
• 1.2.2. Phân hủy sinh học
• 1.3. GIỚI THIỆU KHÁNG SINH
• 1.4. Ảnh hưởng của thuốc kháng sinh đối với môi trường
• 1.5. NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC
• 1.6. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.6.1.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6.1.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.6.2. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT THÍ NGHIỆM
• 1.6.2.1. Hóa chất thí nghiệm
• 1.6.3. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 1.6.3.1. Qui trình tổng hợp vật liệu Ni – MIL88B (Fe)
• 1.6.3.2. Quy trình tổng hợp NiFe2O4@C
• 1.6.3.3. Quy trình hấp phụ vật liệu
• 1.6.3.4. Các công thức tính
• 1.6.3.5. Phương pháp xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ kháng sinh TCC và CFX theo phương pháp UV-Vis
• 1.6.3.6. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX của vật liệu cacbon
• 1.6.3.7. Tối ưu hóa bằng phương pháp đáp ứng bề mặt
• 1.6.3.8. Các mô hình động học
• 1.6.4. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
• 1.6.4.1. Phương pháp phân tích phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 1.6.4.2. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại (FT–IR)
• 1.6.4.3. Phương pháp phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.6.4.4. Phương pháp phân tích bề mặt (Brunauer–Emmett–Teller) (BET)
• 1.6.4.5. Phương pháp phân bố kích thước lỗ xốp
• 1.6.4.6. Phương pháp trắc quang UV–Vis
• 1.7. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 1.7.1. CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
• 1.7.1.1. Phân tích giản đồ XRD
• 1.7.1.2. Phân tích giản đồ quang phổ FT-IR
• 1.7.1.3. Phân tích ảnh hiển vi điện tử
• 1.7.1.4. Phân tích bề mặt BET
• 1.7.2. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU
• 1.7.2.1. Khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX của vật liệu NFOC600, NFOC700, NFOC800 và NFOC900
• 1.7.2.2. Ảnh hưởng của giá trị pH đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX
• 1.7.2.3. Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ đến khả năng hấp phụ TCC và CFX
• 1.7.2.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ kháng sinh TCC và CFX
• 1.7.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của kháng sinh đến khả năng hấp phụ
• 1.7.3. KHẢO SÁT CÁC MÔ HÌNH ĐẲNG NHIỆT VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ
• 1.7.3.1. Đẳng nhiệt hấp phụ
• 1.7.3.2. Động học hấp phụ
• 1.7.4. TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ TETRACYCLINE (TCC) VÀ CIPROFLOXACIN (CFX) BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁP ỨNG BỀ MẶT (RSM)
• 1.7.4.1. Mô hình và tính phù hợp của mô hình
• 1.7.4.2. Tối ưu hóa các thông số của quá trình
• 1.7.5. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁI SỬ DỤNG CỦA VẬT LIỆU
• 1.7.6. SO SÁNH KẾT QUẢ ĐỀ TÀI VỚI CÁC NGHIÊN CỨU KHÁC
• 1.8. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu composite NiFe2O4 C

Nghiên cứu vật liệu composite NiFe2O4@C từ MOFs Ni-Fe đã mở ra hướng đi mới trong việc xử lý ô nhiễm kháng sinh trong môi trường nước. Vật liệu này được tổng hợp từ các khung hữu cơ kim loại (MOFs) với cấu trúc đa dạng, giúp tăng cường khả năng hấp phụ. NiFe2O4@C không chỉ có khả năng hấp phụ tốt mà còn có tính bền vững cao trong môi trường nước. Việc sử dụng MOFs làm tiền chất cho quá trình tổng hợp giúp tạo ra các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, từ đó nâng cao hiệu quả hấp phụ kháng sinh. Các nghiên cứu cho thấy rằng NiFe2O4@C có thể hấp phụ hiệu quả các loại kháng sinh như ciprofloxacin và tetracycline, nhờ vào cấu trúc xốp và tính chất hóa học của nó.

1.1. Tính chất hóa học và vật lý của NiFe2O4 C

Vật liệu NiFe2O4@C có cấu trúc nano, giúp tăng cường tính chất hấp phụ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu này có khả năng hấp phụ cao nhờ vào sự hiện diện của các nhóm chức trên bề mặt. Các nhóm chức như –OH, –CHO, và –COO– tạo ra các liên kết với phân tử kháng sinh, từ đó nâng cao khả năng hấp phụ. Hơn nữa, việc điều chỉnh các điều kiện tổng hợp như nhiệt độ và thời gian cũng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. Các phương pháp phân tích như XRD và SEM đã được sử dụng để xác định cấu trúc và hình thái của NiFe2O4@C, cho thấy vật liệu này có diện tích bề mặt lớn và cấu trúc lỗ xốp cao.

II. Ứng dụng hấp phụ kháng sinh

Việc sử dụng NiFe2O4@C trong hấp phụ kháng sinh đã chứng minh được hiệu quả vượt trội. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu này có khả năng loại bỏ kháng sinh khỏi nước thải với hiệu suất cao. NiFe2O4@C có thể hấp phụ đến 90% lượng kháng sinh trong thời gian ngắn, nhờ vào cấu trúc xốp và tính chất hóa học của nó. Điều này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực của kháng sinh đối với môi trường. Hơn nữa, khả năng tái sử dụng của vật liệu này cũng là một điểm mạnh, giúp giảm chi phí cho các hệ thống xử lý nước.

2.1. Tối ưu hóa quá trình hấp phụ

Quá trình hấp phụ kháng sinh bằng NiFe2O4@C có thể được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh các yếu tố như pH, nồng độ kháng sinh và thời gian tiếp xúc. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng pH có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ. Ở pH tối ưu, khả năng hấp phụ của vật liệu đạt mức cao nhất. Ngoài ra, việc khảo sát nồng độ kháng sinh ban đầu cũng cho thấy rằng khả năng hấp phụ tăng lên khi nồng độ kháng sinh giảm. Các mô hình động học và đẳng nhiệt cũng đã được áp dụng để mô tả quá trình hấp phụ, giúp hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động của vật liệu.

III. Đánh giá khả năng tái sử dụng và bền vững

Khả năng tái sử dụng của NiFe2O4@C là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá tính bền vững của vật liệu. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu này có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất hấp phụ. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu lượng chất thải phát sinh từ quá trình xử lý nước. Hơn nữa, việc sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường như NiFe2O4@C góp phần vào việc phát triển các phương pháp xử lý nước hiệu quả và bền vững hơn.

3.1. So sánh với các phương pháp xử lý khác

So với các phương pháp xử lý kháng sinh truyền thống như oxy hóa nâng cao hay phân hủy sinh học, NiFe2O4@C cho thấy nhiều ưu điểm vượt trội. Phương pháp hấp phụ không chỉ hiệu quả hơn mà còn thân thiện với môi trường hơn. Các phương pháp truyền thống thường gặp khó khăn trong việc loại bỏ hoàn toàn kháng sinh, trong khi NiFe2O4@C có thể đạt được hiệu suất cao hơn. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải hiệu quả và bền vững.