Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu MIL-101CR biến tính bằng oxit sắt và ứng dụng

Vật liệu MIL-101(Cr) là một trong những loại vật liệu thuộc họ MOFs (Metal Organic Frameworks), được phát hiện lần đầu tiên bởi Férey và cộng sự vào năm 2005. Với công thức hóa học [Cr3O(F,OH)(H2O)2(bdc)3.nH2O], vật liệu này nổi bật với diện tích bề mặt lớn, đạt tới 4100 m2.g-1 theo phương pháp BET và 5900 m2.g-1 theo phương pháp Langmuir. Đặc biệt, MIL-101(Cr) có khả năng ổn định ở nhiệt độ cao và trong môi trường hóa học khắc nghiệt, điều này làm cho nó trở thành một ứng cử viên lý tưởng cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng MIL-101(Cr) có thể hấp phụ hiệu quả các khí như CO2 và H2, cũng như các hợp chất hữu cơ khác. Điều này mở ra nhiều cơ hội cho việc ứng dụng vật liệu này trong các lĩnh vực như lưu trữ khí, xúc tác hóa học và xử lý nước.

Việc biến tính vật liệu MIL-101(Cr) bằng các oxit kim loại, đặc biệt là oxit sắt, đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Có hai phương pháp chính để thực hiện quá trình này: (i) đưa kim loại hoặc oxit kim loại vào trong cấu trúc của vật liệu, và (ii) gắn các nhóm chức năng hữu cơ lên bề mặt mao quản. Việc biến tính không chỉ cải thiện tính chất vật lý và hóa học của MIL-101(Cr) mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như hấp phụ ion kim loại nặng và xúc tác cho các phản ứng hóa học. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc gắn oxit sắt lên khung của MIL-101(Cr) có thể tạo ra các vật liệu composite với tính năng hấp phụ vượt trội, đặc biệt trong việc loại bỏ các ion kim loại nặng như Pb(II) trong dung dịch nước.

Vật liệu MIL-101(Cr) sau khi được biến tính bằng oxit sắt đã cho thấy nhiều ứng dụng tiềm năng trong thực tiễn. Một trong những ứng dụng nổi bật là khả năng hấp phụ các ion kim loại nặng trong dung dịch nước. Nghiên cứu cho thấy rằng Fe2O3/MIL-101(Cr) có khả năng hấp phụ Pb(II) hiệu quả, với các thông số động học và nhiệt động học được xác định rõ ràng. Ngoài ra, vật liệu này cũng được sử dụng làm chất xúc tác cho các phản ứng oxy hóa, như oxy hóa oct-1-en, cho thấy khả năng hoạt động cao và khả năng tái sử dụng tốt. Việc ứng dụng MIL-101(Cr) trong lĩnh vực quang phân hủy cũng hứa hẹn mang lại những kết quả khả quan, đặc biệt trong việc phân hủy các chất nhuộm độc hại như methylene blue (MB).

Nghiên cứu về vật liệu MIL-101(Cr) biến tính bằng oxit sắt không chỉ mở ra hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu hấp phụ và xúc tác mà còn góp phần giải quyết các vấn đề môi trường hiện nay. Với khả năng hấp phụ cao và tính ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, MIL-101(Cr) có thể được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, loại bỏ các ion kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ độc hại. Hơn nữa, việc phát triển các vật liệu composite từ MIL-101(Cr) và oxit sắt có thể tạo ra những sản phẩm mới với tính năng vượt trội, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công nghiệp và bảo vệ môi trường. Từ đó, nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn có ý nghĩa.