Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng tính chất vật liệu nanocomposit kháng khuẩn cho ứng dụng khử trùng nước thải

• Tác giả: Lê Thị Thu Hà
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Tuấn Dung
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nanocomposit Kháng Khuẩn Ứng Dụng Khử Trùng Nước Thải
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VI SINH VẬT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
• 2.1. Hiện trạng nước thải nhiễm vi sinh vật
• 2.1.1. Nước thải sinh hoạt
• 2.1.2. Nước thải chăn nuôi
• 2.1.3. Nước thải y tế
• 3. VẬT LIỆU OXIT SẮT TỪ NANO
• 3.1. Đặc tính của oxit sắt từ nano
• 3.2. Các phương pháp tổng hợp oxit sắt từ nano
• 3.3. Tổng hợp oxit sắt từ nano từ dung dịch tẩy gỉ
• 3.4. Ứng dụng của oxit sắt từ nano trong xử lý môi trường
• 4. VẬT LIỆU NANOCOMPOSIT Fe3O4/Ag
• 4.1. Vật liệu hạt bạc nano
• 4.2. Vật liệu nanocomposit Fe3O4/Ag
• 5. POLYME KHÁNG KHUẨN GỐC GUANIDIN
• 5.1. Giới thiệu chung về polyme kháng khuẩn
• 5.2. Các phương pháp tổng hợp Polyguanidin
• 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM
• 6.1. HÓA CHẤT, NGUYÊN LIỆU
• 6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU
• 6.2.1. Tổng hợp oxit sắt từ nano từ dung dịch tẩy gỉ
• 6.2.2. Nghiên cứu tổng hợp nanocomposit sắt từ với nano bạc
• 6.2.3. Tổng hợp nanocomposit Fe3O4/PHMG
• 6.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU
• 6.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 6.3.2. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
• 6.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR)
• 6.3.4. Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-vis)
• 6.3.5. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
• 6.3.6. Phương pháp phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS)
• 6.3.7. Phương pháp hiển vi điện tử quét xạ trường (FESEM)
• 6.3.8. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 6.3.9. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 6.3.10. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM)
• 6.3.11. Phương pháp xác định độ nhớt
• 6.3.12. Khảo sát sự tan nhả PHMG từ vật liệu nanocomposit
• 6.3.13. Phương pháp đánh giá hoạt tính kháng khuẩn
• 7. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 7.1. TỔNG HỢP OXIT SẮT TỪ NANO TỪ DUNG DỊCH TẨY GỈ
• 7.1.1. Kết quả xác định từ độ bão hòa
• 7.1.2. Kết quả phân tích cấu trúc và thành phần hóa học
• 7.1.3. Kết quả phân tích cấu trúc tinh thể
• 7.1.4. Kết quả phân tích hình thái cấu trúc
• 7.2. NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANOCOMPOSIT OXIT SẮT TỪ VỚI HẠT BẠC NANO
• 7.2.1. Tổng hợp nanocomposit Fe3O4 /Ag trên nền chitosan
• 7.2.2. Tổng hợp nanocomposit dạng hạt oxit sắt từ-alginat với bạc nano
• 7.3. TỔNG HỢP NANOCOMPOSIT Fe3O4/PHMG
• 7.3.1. Tổng hợp PHMG
• 7.3.2. Tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe3O4/PHMG
• 7.3.3. Tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe3O4/PHMG biến tính epichlohydrin
• 7.3.4. Tổng hợp vật liệu nanocomposit dạng hạt Fe3O4-alginat/PHMG
• 7.3.5. Thử nghiệm khử trùng mẫu nước thải bệnh viện
• KẾT LUẬN CHUNG
• MỘT SỐ ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu nanocomposit kháng khuẩn

Nghiên cứu về vật liệu nanocomposit kháng khuẩn đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong việc xử lý nước thải. Vật liệu này không chỉ có khả năng kháng khuẩn mạnh mẽ mà còn thân thiện với môi trường. Việc ứng dụng vật liệu nano trong khử trùng nước thải giúp nâng cao hiệu quả xử lý và giảm thiểu ô nhiễm. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng, việc kết hợp giữa oxit sắt từ nano và các chất kháng khuẩn như bạc nano có thể tạo ra những sản phẩm có tính năng vượt trội.

1.1. Định nghĩa và ứng dụng của vật liệu nanocomposit

Vật liệu nanocomposit là sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau, trong đó ít nhất một loại có kích thước nano. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong xử lý nước thải nhờ vào khả năng kháng khuẩn và khả năng tái chế cao.

1.2. Tính năng nổi bật của vật liệu kháng khuẩn

Các vật liệu kháng khuẩn như oxit sắt từ nano và bạc nano có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả. Chúng hoạt động bằng cách phá hủy màng tế bào vi khuẩn, từ đó ngăn chặn sự phát triển của chúng. Điều này giúp cải thiện chất lượng nước thải sau xử lý.

II. Vấn đề ô nhiễm nước thải và thách thức trong xử lý

Ô nhiễm nước thải là một trong những vấn đề nghiêm trọng hiện nay, đặc biệt là nước thải từ các khu công nghiệp và bệnh viện. Các vi sinh vật gây bệnh trong nước thải có thể dẫn đến nhiều bệnh tật nguy hiểm. Việc xử lý nước thải hiện tại vẫn gặp nhiều khó khăn do chi phí cao và hiệu quả chưa đạt yêu cầu. Do đó, cần có những giải pháp mới và hiệu quả hơn để khắc phục tình trạng này.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước thải

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước thải bao gồm sự gia tăng dân số, phát triển công nghiệp và nông nghiệp không bền vững. Các chất thải từ sinh hoạt, sản xuất và y tế đều chứa nhiều vi sinh vật và hóa chất độc hại.

2.2. Thách thức trong việc xử lý nước thải

Các phương pháp xử lý nước thải hiện tại như sử dụng hóa chất khử trùng thường không hiệu quả và có thể gây ô nhiễm thứ cấp. Việc tìm kiếm các giải pháp mới, an toàn và hiệu quả hơn là rất cần thiết.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposit kháng khuẩn

Việc tổng hợp vật liệu nanocomposit kháng khuẩn có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau. Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào việc kết hợp oxit sắt từ nano với bạc nano và polyme kháng khuẩn. Những phương pháp này không chỉ giúp tăng cường tính năng kháng khuẩn mà còn cải thiện khả năng thu hồi vật liệu sau khi xử lý.

3.1. Phương pháp tổng hợp oxit sắt từ nano

Oxit sắt từ nano có thể được tổng hợp từ dung dịch tẩy gỉ thải bỏ. Phương pháp này không chỉ giúp tái sử dụng chất thải mà còn tạo ra vật liệu có tính năng kháng khuẩn cao.

3.2. Kết hợp bạc nano với oxit sắt từ

Việc kết hợp bạc nano với oxit sắt từ giúp tăng cường khả năng kháng khuẩn. Bạc nano có hoạt tính cao đối với cả vi khuẩn gram dương và gram âm, làm cho vật liệu trở nên hiệu quả hơn trong việc xử lý nước thải.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu nanocomposit trong xử lý nước thải

Vật liệu nanocomposit kháng khuẩn đã được ứng dụng trong nhiều nghiên cứu thực tiễn để xử lý nước thải. Các thử nghiệm cho thấy rằng, vật liệu này có khả năng tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả, từ đó cải thiện chất lượng nước thải. Việc sử dụng vật liệu này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tiết kiệm chi phí xử lý.

4.1. Kết quả thử nghiệm khử trùng nước thải

Các thử nghiệm cho thấy rằng, vật liệu nanocomposit có thể giảm đáng kể nồng độ vi khuẩn trong nước thải. Kết quả này cho thấy tiềm năng lớn của vật liệu trong việc xử lý nước ô nhiễm.

4.2. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng vật liệu kháng khuẩn

Việc sử dụng vật liệu kháng khuẩn trong xử lý nước thải không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn giảm chi phí cho các phương pháp xử lý truyền thống. Điều này mang lại lợi ích kinh tế lớn cho các cơ sở xử lý nước.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về vật liệu nanocomposit kháng khuẩn đang mở ra nhiều triển vọng mới trong việc xử lý nước thải. Các vật liệu này không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường. Trong tương lai, việc phát triển và ứng dụng các vật liệu này sẽ góp phần quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

5.1. Tương lai của vật liệu nanocomposit trong xử lý nước

Vật liệu nanocomposit có tiềm năng lớn trong việc phát triển các giải pháp xử lý nước thải hiệu quả hơn. Nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới sẽ là xu hướng chính trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và ứng dụng vật liệu nanocomposit. Việc kết hợp với các công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.