Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano mangan oxit trên graphen oxit để xử lý chất màu hữu cơ và hóa chất bảo vệ thực vật trong nước

• Tác giả: Nguyễn Vũ Ngọc Mai
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Trung
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nano Mangan Oxit Trên Graphen Oxit Ứng Dụng Xử Lý Chất Màu Và Hóa Chất Bảo Vệ Thực Vật
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật
• 1.1.1. Một số khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật
• 1.1.2. Phân loại thuốc bảo vệ thực vật
• 1.1.3. Thực trạng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam
• 1.1.4. Tác hại của thuốc bảo vệ thực vật phốt pho hữu cơ
• 1.1.5. Giới thiệu chung về một số chất ô nhiễm nghiên cứu
• 1.1.6. Tính chất hóa lý của một số chất màu hữu cơ
• 1.1.7. Tính chất hóa lý của parathion, fenitrothion
• 1.1.8. Các phương pháp xử lí chất màu và hóa chất BVTV phốt pho hữu cơ trong nước thải nông nghiệp
• 1.1.8.1. Phương pháp hấp phụ
• 1.1.8.2. Phương pháp sinh học
• 1.1.8.3. Phân hủy bằng các tác nhân oxi hóa
• 1.1.8.4. Phân hủy bằng các quá trình oxi hóa nâng cao
• 1.1.8.5. Quá trình quang xúc tác phân hủy các chất màu hữu cơ và hóa chất BVTV phốt pho hữu cơ
• 1.1.8.5.1. Khái niệm chung về quá trình quang xúc tác
• 1.1.9. Giới thiệu vật liệu Fe2O3 – Mn2O3 trong xử lí chất ô nhiễm
• 1.1.10. Tình hình nghiên cứu xử lí các chất hữu cơ mang màu và hóa chất BVTV ở Việt Nam
• 1.1.11. Các phương pháp chế tạo vật liệu Fe2O3 – Mn2O3
• 1.1.11.1. Phương pháp thủy nhiệt
• 1.1.11.2. Phương pháp đồng kết tủa
• 1.1.11.3. Phương pháp sol gel
• 1.1.11.4. Phương pháp tổng hợp đốt cháy
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Phương pháp tổng hợp vật liệu
• 2.1.1. Tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 2.1.2. Tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 trên chất mang rGO
• 2.2. Các phương pháp xác định đặc trưng vật liệu
• 2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA, TGA)
• 2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.2.3. Phổ tán sắc năng lượng (EDS)
• 2.2.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) và hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.2.5. Phương pháp đo diện tích bề mặt (BET)
• 2.2.6. Phương pháp xác định điểm điện tích không của vật liệu
• 2.3. Nghiên cứu khả năng phân hủy các chất ô nhiễm của vật liệu
• 2.3.1. Khảo sát khả năng phân hủy MO, MB của vật liệu hỗn hợp quang xúc tác cấu trúc nano Fe2O3 – Mn2O3
• 2.3.2. Nghiên cứu khả năng phân hủy hóa chất BVTV của vật liệu hỗn hợp quang xúc tác cấu trúc nano (Fe2O3 – Mn2O3)/rGO
• 2.4. Các phương pháp phân tích các chất ô nhiễm nghiên cứu
• 2.4.1. Phương pháp trắc quang xác định hàm lượng MO, MB trong mẫu nghiên cứu
• 2.4.2. Phương pháp sắc kí lỏng xác định các chất trung gian hình thành trong quá trình phân hủy MO, MB
• 2.4.3. Phương pháp GC/MS xác định nồng độ parathion, fenitrothion trong mẫu nghiên cứu
• 2.5. Kết quả và thảo luận
• 2.5.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 2.5.1.1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 với tác nhân tạo gel là axit tactric
• 2.5.1.2. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3 với tác nhân tạo gel là PVA và axit tactric
• 2.5.1.3. So sánh, lựa chọn tác nhân tạo gel để tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 2.5.2. Ứng dụng quá trình quang xúc tác phân hủy một số chất ô nhiễm với hỗn hợp nano oxit Fe2O3 – Mn2O3 lựa chọn tổng hợp với tác nhân tạo gel AT và PVA
• 2.5.3. Ứng dụng quá trình quang xúc tác phân hủy MO của các đơn nano oxit Fe2O3, Mn2O3 và nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 2.5.4. Ứng dụng quá trình quang xúc tác phân hủy MB của các đơn nano oxit Fe2O3, Mn2O3 và nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3
• 2.5.5. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe2O3 – Mn2O3/rGO
• 2.5.6. Khảo sát quá trình phân hủy parathion và fenitrothion trong môi trường nước của vật liệu Fe2O3 – Mn2O3/rGO
• 2.5.6.1. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy parathion
• 2.5.6.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy fenitrothion
• 2.5.6.3. So sánh khả năng quang xúc tác phân hủy của vật liệu Fe2O3 – Mn2O3 và Fe2O3 – Mn2O3/rGO
• 2.5.6.4. Khả năng tái sử dụng của vật liệu Fe2O3 – Mn2O3/rGO trong quá trình quang xúc tác phân hủy parathion, fenitrothion
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU

I. Giới thiệu về vật liệu nano mangan oxit và graphen oxit

Nghiên cứu về vật liệu nano đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật liệu, đặc biệt là trong ứng dụng xử lý ô nhiễm môi trường. Mangan oxit là một trong những vật liệu nano được nghiên cứu nhiều nhất do tính chất hóa học và khả năng xúc tác của nó. Graphen oxit (GO) và graphen oxit dạng khử (rGO) được sử dụng làm chất mang cho các hạt nano, giúp tăng cường hiệu quả xử lý chất ô nhiễm. Việc kết hợp giữa mangan oxit và graphen oxit tạo ra một hệ xúc tác mạnh mẽ, có khả năng phân hủy các chất màu hữu cơ và hóa chất bảo vệ thực vật trong môi trường nước. Theo nghiên cứu, tính năng của graphen oxit trong việc hấp thụ ánh sáng và khả năng dẫn điện đã làm tăng hiệu quả của quá trình quang xúc tác. Điều này cho thấy sự kết hợp giữa mangan oxit và graphen oxit có thể mang lại những giải pháp mới cho việc xử lý ô nhiễm môi trường.

II. Tính chất và ứng dụng của mangan oxit trong xử lý chất màu

Mangan oxit có nhiều dạng khác nhau, mỗi dạng lại có những tính chất hóa lý riêng biệt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính năng của mangan oxit trong việc phân hủy các chất màu hữu cơ như Methyl Orange (MO) và Methylene Blue (MB) rất hiệu quả. Quá trình quang xúc tác sử dụng mangan oxit cho phép phân hủy các chất ô nhiễm này thành các sản phẩm vô hại. Việc sử dụng vật liệu nano giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc, từ đó nâng cao khả năng hấp phụ và phân hủy. Nghiên cứu cho thấy rằng mangan oxit có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện ánh sáng tự nhiên, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng xử lý nước thải nông nghiệp. Sự kết hợp giữa mangan oxit và graphen oxit không chỉ cải thiện hiệu suất phân hủy mà còn giảm thiểu sự tái kết hợp giữa điện tử và lỗ trống, từ đó nâng cao hiệu quả xúc tác.

III. Ứng dụng của graphen oxit trong công nghệ nano

Graphen oxit (GO) và graphen oxit dạng khử (rGO) đã được chứng minh là có khả năng hấp thụ ánh sáng tốt và dẫn điện cao. Ứng dụng graphen trong công nghệ nano không chỉ giúp tăng cường hiệu suất của các vật liệu xúc tác mà còn mở ra nhiều cơ hội mới trong việc xử lý ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng graphen oxit làm chất mang cho các hạt nano như mangan oxit giúp cải thiện khả năng phân hủy các chất ô nhiễm trong nước. Nghiên cứu cho thấy rằng tính năng của graphen oxit trong việc tạo ra các liên kết với các ion kim loại chuyển tiếp đã làm tăng cường khả năng hấp phụ và phân hủy các chất màu hữu cơ. Điều này cho thấy rằng graphen oxit không chỉ là một chất mang hiệu quả mà còn có thể đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến.

IV. Tác động của hóa chất bảo vệ thực vật đến môi trường

Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) đã được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp để kiểm soát sâu bệnh. Tuy nhiên, việc sử dụng không đúng cách có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các hóa chất như fenitrothion và parathion thuộc nhóm phốt pho hữu cơ có độc tính cao và khó phân hủy trong môi trường. Nghiên cứu cho thấy rằng mangan oxit kết hợp với graphen oxit có khả năng phân hủy các hóa chất này, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc áp dụng công nghệ nano trong xử lý hóa chất BVTV không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người. Sự phát triển của các phương pháp xử lý hiệu quả như quang xúc tác với vật liệu nano sẽ là một giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm do hóa chất BVTV.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu về vật liệu nano mangan oxit trên graphen oxit đã mở ra nhiều triển vọng trong việc xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là trong việc phân hủy các chất màu hữu cơ và hóa chất BVTV. Các kết quả cho thấy rằng sự kết hợp giữa mangan oxit và graphen oxit không chỉ nâng cao hiệu suất phân hủy mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và ứng dụng các vật liệu nano mới, nhằm phát triển các giải pháp hiệu quả hơn cho việc xử lý ô nhiễm trong môi trường nước. Việc áp dụng công nghệ nano trong xử lý ô nhiễm sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.