Luận án tiến sĩ về vật liệu nanocomposite oxit kim loại từ graphen oxit ứng dụng trong hấp phụ kim loại nặng và chất màu hữu cơ

• Tác giả: Lữ Thị Mộng Thy
• Người hướng dẫn: PGS. Mai Thanh Phong
• Trường học: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nanocomposite Oxit Kim Loại Từ Graphen Oxit Cho Ứng Dụng Hấp Phụ Kim Loại Nặng Và Chất Màu Hữu Cơ Trong Nước
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Cấu trúc và tính chất
• 1.2. Phương pháp tổng hợp
• 1.3. Vật liệu nano oxit từ tính oxit sắt từ và ferit mangan
• 1.4. Phương pháp tổng hợp
• 1.5. Vật liệu nanocomposite oxit sắt từ và ferit mangan trên nền graphen oxit
• 1.6. Vật liệu oxit sắt từ/graphen oxit
• 1.7. Vật liệu ferit mangan/graphen oxit
• 1.8. Kim loại nặng và chất màu hữu cơ
• 1.9. Chất màu xanh methylen
• 1.10. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.11. Phương pháp nghiên cứu
• 1.12. Tổng hợp vật liệu
• 1.13. Khảo sát đặc trưng vật liệu
• 1.14. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Hóa chất, thiết bị, và địa điểm thực hiện
• 2.2. Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu oxit sắt từ/graphen oxit
• 2.3. Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu ferit mangan/graphen oxit
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Vật liệu oxit sắt từ/graphen oxit
• 3.2. Đặc trưng của vật liệu
• 3.3. Khả năng hấp phụ của vật liệu. Ảnh hưởng của tỷ lệ Fe3O4:GO đến dung lượng hấp phụ
• 3.4. Vật liệu FG2 hấp phụ đối với As(V)
• 3.5. Vật liệu FG2 hấp phụ đối với Pb(II)
• 3.6. Vật liệu FG5 hấp phụ đối với MB
• 3.7. Vật liệu ferit mangan/graphen oxit
• 3.8. Đặc trưng của vật liệu
• 3.9. Khả năng hấp phụ của vật liệu. Ảnh hưởng của tỷ lệ MnFe2O4:GO đến dung lượng hấp phụ
• 3.10. Vật liệu MFG3 hấp phụ đối với As(V)
• 3.11. Vật liệu MFG2 hấp phụ đối với Ni(II)
• 3.12. Vật liệu MFG2 hấp phụ đối với MB
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• 4.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về vật liệu nanocomposite oxit kim loại

Nghiên cứu vật liệu nanocomposite oxit kim loại từ graphen oxit đã thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực xử lý ô nhiễm nước. Vật liệu này được tổng hợp từ các oxit kim loại từ tính như oxit sắt từ (Fe3O4) và ferit mangan (MnFe2O4) trên nền tảng graphen oxit. Các vật liệu này không chỉ có khả năng hấp phụ tốt mà còn có tính chất từ tính, giúp dễ dàng tách ra khỏi dung dịch sau khi xử lý. Việc sử dụng graphen oxit làm nền tảng giúp tăng cường diện tích bề mặt và khả năng tương tác với các chất ô nhiễm trong nước. Theo nghiên cứu, các vật liệu này có thể hấp phụ hiệu quả các kim loại nặng như asen (As(V)), chì (Pb(II)) và các chất màu hữu cơ như xanh methylen (MB).

1.1. Tính chất và cấu trúc của vật liệu

Vật liệu nanocomposite oxit kim loại có cấu trúc đa dạng, với các hạt nano có kích thước nhỏ và diện tích bề mặt lớn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh tỷ lệ giữa oxit kim loại và graphen oxit có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ. Cụ thể, tỷ lệ Fe3O4:GO và MnFe2O4:GO được tối ưu hóa để đạt được hiệu suất hấp phụ cao nhất. Các phương pháp phân tích như SEM, EDX và FTIR được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của vật liệu, từ đó đánh giá khả năng hấp phụ của chúng đối với các chất ô nhiễm trong nước.

II. Khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposite

Khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposite oxit kim loại được đánh giá thông qua các thí nghiệm thực nghiệm. Các yếu tố như thời gian, pH dung dịch, nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ và nhiệt độ đều có ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ. Nghiên cứu cho thấy, vật liệu FG (Fe3O4/GO) có khả năng hấp phụ tốt đối với As(V) và Pb(II), trong khi vật liệu MFG (MnFe2O4/GO) thể hiện hiệu suất hấp phụ cao đối với Ni(II) và MB. Các mô hình động học và đẳng nhiệt hấp phụ như Langmuir và Freundlich được áp dụng để mô tả quá trình hấp phụ, cho thấy sự phù hợp tốt với thực nghiệm.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, pH của dung dịch có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Ở pH thấp, khả năng hấp phụ của vật liệu tăng lên do sự gia tăng nồng độ ion dương trong dung dịch, giúp tăng cường tương tác giữa vật liệu và các ion kim loại nặng. Thời gian hấp phụ cũng là một yếu tố quan trọng, với thời gian tối ưu được xác định qua các thí nghiệm thực nghiệm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc tối ưu hóa nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ có thể nâng cao đáng kể hiệu suất hấp phụ của vật liệu.

III. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu

Khả năng tái sử dụng của vật liệu nanocomposite oxit kim loại là một yếu tố quan trọng trong ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu đã thực hiện các chu kỳ hấp phụ và tái sử dụng vật liệu để đánh giá hiệu suất của chúng. Kết quả cho thấy, cả hai loại vật liệu FG và MFG đều có khả năng tái sử dụng tốt sau bốn chu kỳ hấp phụ, với hiệu suất hấp phụ giảm nhẹ. Điều này cho thấy, vật liệu có thể được sử dụng nhiều lần mà không làm giảm đáng kể hiệu suất, góp phần vào việc phát triển các giải pháp xử lý nước hiệu quả và bền vững.

3.1. Phân tích hiệu suất tái sử dụng

Phân tích hiệu suất tái sử dụng được thực hiện thông qua việc đo lường hàm lượng kim loại trong dung dịch sau mỗi chu kỳ hấp phụ. Kết quả cho thấy, hàm lượng kim loại trong dung dịch giảm đáng kể sau mỗi chu kỳ, chứng tỏ khả năng hấp phụ của vật liệu vẫn được duy trì. Việc sử dụng phương pháp ICP-MS để phân tích hàm lượng kim loại trước và sau hấp phụ giúp xác định chính xác hiệu suất hấp phụ và khả năng tái sử dụng của vật liệu. Điều này không chỉ khẳng định giá trị thực tiễn của vật liệu mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các vật liệu hấp phụ hiệu quả hơn.