Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa gia tăng áp lực lên chất lượng môi trường, đặc biệt là nguồn tài nguyên nước. Nước thải từ các ngành công nghiệp dệt nhuộm, sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, dược phẩm và bột giấy chứa lượng lớn hợp chất hữu cơ khó phân hủy sinh học mang cấu trúc vòng thơm (nhân benzen). Trong đó, 4-nitrophenol (4-NP), methylene blue (MB) và methyl orange (MO) là các tác nhân ô nhiễm điển hình với độc tính cao, có nguy cơ gây ung thư và phá vỡ cân bằng hệ sinh thái thủy sinh.

Các phương pháp xử lý truyền thống như keo tụ, hấp phụ, màng lọc sinh học (MBR), hoặc quang xúc tác tồn tại những hạn chế nhất định về chi phí vận hành, tốc độ phản ứng, sự phát sinh bùn thải thứ cấp hoặc hiện tượng nghẹt màng. Phương pháp xúc tác oxy hóa khử sử dụng các hạt nano kim loại quý (như Pd, Au, Ag, Pt) kết hợp chất khử để chuyển hóa các nhóm nitro độc hại thành nhóm amino thân thiện hơn là hướng xử lý hiệu quả. Tuy nhiên, các hạt nano kim loại tự do dễ bị kết tụ trong dung dịch, làm suy giảm diện tích tiếp xúc và hoạt tính xúc tác. Để khắc phục hiện tượng này, việc sử dụng graphene oxide (GO) làm vật liệu nền 2D có diện tích bề mặt lớn ($2630\text{ m}^2/\text{g}$) và nhiều nhóm chức chứa oxy để neo giữ, phân tán các hạt nano Palladium (Pd) là giải pháp thực tiễn được lựa chọn.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Khóa luận xác định 3 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được đánh số như sau:

  1. Tổng hợp vật liệu nanocomposite Pd/GO bằng phương pháp oxy hóa khử (khử hóa học).
  2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác của vật liệu nanocomposite Pd/GO đối với quá trình phân hủy 4-nitrophenol.
  3. Đánh giá khả năng xúc tác của vật liệu nanocomposite Pd/GO trong phân hủy các hợp chất màu hữu cơ (methylene blue, methyl orange) và so sánh hiệu quả xúc tác với các hệ vật liệu khác.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nanocomposite Pd/GO (hạt nano kim loại Pd gắn trên tấm nền graphene oxide) và phản ứng xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa vòng thơm gồm 4-nitrophenol, methylene blue và methyl orange với tác nhân khử $\text{NaBH}_4$.
  • Phạm vi không gian: Nghiên cứu thực nghiệm, chế tạo và đo đạc phân tích được tiến hành tại phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Hóa học (Khoa Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh) và phân tích hiển vi điện tử tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương (NIHE).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày 22/02/2021 đến ngày 13/12/2021 (thời gian thực nghiệm tập trung trong 3 tháng).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình cơ sở

  • Cấu trúc và tính chất của Graphene Oxide (GO): GO là dẫn xuất của graphene mang mạng lục giác carbon lai hóa $\text{sp}^2$ xen kẽ các vùng $\text{sp}^3$, chứa các nhóm chức oxy hóa gồm hydroxyl (-OH), epoxide (-O-) trên bề mặt và carboxyl (-COOH), carbonyl (-CO-) tại các cạnh biên. GO có tính ưa nước, diện tích bề mặt lý thuyết đạt $2630\text{ m}^2/\text{g}$, đóng vai trò làm chất mang dẫn điện và giá đỡ neo giữ các hạt nano kim loại.
  • Tổng quan các phương pháp tổng hợp GO: Khóa luận đối chiếu các phương pháp hóa học bao gồm Brodie (1859, dùng $\text{KClO}_3, \text{HNO}_3$), Staudenmaier (1899, dùng $\text{KClO}_3, \text{HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4$), và phương pháp Hummers (1958, dùng $\text{KMnO}_4, \text{NaNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4$) cùng các biến thể cải tiến.
  • Hạt nano kim loại và hiệu ứng kích thước/bề mặt: Hạt nano kim loại Pd kích thước nanomet có tỉ lệ nguyên tử bề mặt lớn, năng lượng bề mặt cao, đóng vai trò cầu nối chuyển giao điện tử (electron transfer) trung gian giữa chất cho ($\text{BH}_4^-$) và chất nhận (4-NP/MO/MB).
  • Mô hình động học phản ứng: Quá trình phân hủy giả định tuân theo mô hình động học bậc 1 biểu kiến thông qua phương trình: $$\ln\left(\frac{A_0}{A}\right) = k \cdot t$$ Trong đó: $A_0$ là độ hấp thụ quang ban đầu của chất phản ứng tại bước sóng cực đại, $A$ là độ hấp thụ quang tại thời điểm $t$, $k$ là hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến ($\text{min}^{-1}$).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

  • Phương pháp tổng hợp xanh: Sử dụng phương pháp khử hóa học pha lỏng (hóa ướt) ở điều kiện êm dịu, sử dụng axit ascorbic (AA - Vitamin C) làm tác nhân khử thân thiện với môi trường để khử ion $\text{Pd}^{2+}$ từ tiền chất $\text{H}_2\text{PdCl}_4$ thành hạt nano Pd bám trên tấm GO, hoàn toàn không sử dụng chất hoạt động bề mặt hoặc polymer bảo vệ.
  • Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Sử dụng thiết bị JEM1010 tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương để phân tích hình thái học, cấu trúc bề mặt, kích thước và độ phân tán của các hạt nano Pd trên nền GO.
  • Phương pháp quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Sử dụng máy quang phổ UH-5300 Hitachi (dải quét 250–500 nm và 200–800 nm) để theo dõi động học phản ứng phân hủy theo thời gian thực dựa trên sự suy giảm độ hấp thụ cực đại của 4-NP (tại bước sóng 400 nm khi có mặt $\text{NaBH}_4$), MB (664 nm) và MO (464 nm), đồng thời ghi nhận sự xuất hiện của sản phẩm khử 4-aminophenol (4-AP tại bước sóng ~300 nm).
  • Phương pháp đo điện thế Zeta: Xác định điện thế điện động tại mặt phẳng trượt của lớp kép điện (EDL) nhằm đánh giá điện tích bề mặt và độ bền phân tán của hệ keo nanocomposite trong nước.
  • Phần mềm xử lý số liệu: Dữ liệu quang phổ và hồi quy tuyến tính xác định hằng số tốc độ $k$ được xử lý trên phần mềm Origin.

Nguồn hóa chất và mẫu vật liệu

Các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu bao gồm: Palladium(II) chloride ($\text{H}_2\text{PdCl}_4$ 10 mM), Axit ascorbic (AA, 100 mM), 4-nitrophenol (4-NP, 20 mM), Graphene Oxide (dung dịch $1\text{ mg/mL}$), Natri borohydride ($\text{NaBH}_4$, 500 mM), Axit clohydric ($\text{HCl}$), Axit nitric ($\text{HNO}_3$), Methylene blue (MB), Methyl orange (MO) và nước cất 2 lần. Dụng cụ thủy tinh được xử lý qua dung dịch cường thủy Aqua regia ($\text{HCl}:\text{HNO}_3 = 3:1$ thể tích).


Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và tổng quan tài liệu về 4 nhóm nội dung chính:

  • Hợp chất hữu cơ chứa nhân thơm và các kỹ thuật xử lý: Phân tích đặc tính độc hại, độ bền hóa học của các hợp chất nitro thơm và phẩm màu công nghiệp. Đánh giá ưu nhược điểm của 5 phương pháp xử lý nước thải: keo tụ (sử dụng PAC, phèn nhôm), hấp phụ (than hoạt tính, zeolite, chitosan), quang xúc tác ($\text{TiO}_2, \text{ZnO}, \text{g-C}_3\text{N}_4$), phản ứng oxy hóa khử (kim loại quý), và công nghệ màng sinh học MBR.
  • Tổng quan về Graphene Oxide (GO): Trình bày cấu trúc tinh thể, đặc điểm các nhóm chức chứa oxy, tính chất dẫn điện và diện tích bề mặt. Tổng hợp các con đường điều chế GO qua các thời kỳ: phương pháp Brodie, Staudenmaier, Hummers và Hummers cải tiến (loại bỏ $\text{NaNO}_3$, bổ sung siêu âm), cùng các ứng dụng của GO trong linh kiện bán dẫn, cảm biến sinh học phát hiện DNA/vi khuẩn, pin lithium-ion (RLB), tụ điện hai lớp (EDLC) và làm chất mang xúc tác 2D.
  • Tổng quan hạt nano kim loại: Trình bày lịch sử nghiên cứu từ cốc Lycurgus đến các công trình của Faraday; phân tích hiệu ứng kích thước và hiệu ứng bề mặt. Khảo cứu các phương pháp chế tạo từ trên xuống (bắn phá laser xung) và từ dưới lên (sol-gel, khử hóa học, điện hóa - siêu âm, khử sinh học nhờ vi khuẩn MKY3).
  • Vật liệu nanocomposite Pd/GO: Phân tích cơ chế tương tác giữa hạt nano Pd và chất mang GO; đánh giá các phương pháp tổng hợp Pd/GO bằng oxy hóa khử pha lỏng và phương pháp sinh học (sử dụng dịch chiết thực vật như quả việt quất).

Chương 2: Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình chuẩn bị mẫu, hóa chất, thiết bị và các bước bố trí thí nghiệm:

  • Quy trình tổng hợp vật liệu nanocomposite Pd/GO:
    • Khảo sát 3 tỷ lệ thể tích dung dịch GO ($1\text{ mg/mL}$) gồm: $50\ \mu\text{L}$, $320\ \mu\text{L}$, và $640\ \mu\text{L}$.
    • Hỗn hợp gồm GO và $300\ \mu\text{L}\ \text{H}_2\text{PdCl}_4$ (10 mM) được khuấy từ trong 15 phút.
    • Bổ sung nhanh $150\ \mu\text{L}$ dung dịch axit ascorbic (100 mM); dung dịch chuyển từ màu nâu nhạt sang nâu đậm và tiếp tục khuấy trong 1 giờ.
    • Hỗn hợp được ủ trong tối 24 giờ, sau đó siêu âm 1 phút và ly tâm rửa mẫu ở tốc độ $12.000\text{ vòng/phút}$ trong 20 phút. Mẫu chuẩn được cố định ở hàm lượng $320\ \mu\text{L}$ GO.
  • Quy trình khảo sát hoạt tính xúc tác phân hủy 4-NP: Phản ứng được thực hiện trực tiếp trong cuvet thạch anh, tổng thể tích dung dịch phản ứng được cố định. Phổ hấp thụ UV-Vis được ghi nhận theo từng phút tại bước sóng $250\text{--}500\text{ nm}$. Bảng tổng hợp điều kiện khảo sát thực nghiệm được xây dựng như sau:
STT Khảo sát Dung tích nước cất 2 lần ($\mu\text{L}$) 4-NP (20 mM) ($\mu\text{L}$) $\text{NaBH}_4$ (500 mM) ($\mu\text{L}$) Xúc tác Pd/GO ($\mu\text{L}$) Ghi chú điều kiện khảo sát
1 Ảnh hưởng hàm lượng GO 2050 15 420 15 So sánh giữa các mẫu $50\ \mu\text{L}$, $320\ \mu\text{L}$, $640\ \mu\text{L}$ GO
2 Ảnh hưởng lượng xúc tác 2015 – 2060 15 420 5, 10, 15, 20, 50 Biến thiên thể tích xúc tác từ $5\ \mu\text{L}$ đến $50\ \mu\text{L}$
3 Tỉ lệ mol $\text{NaBH}_4/\text{4-NP}$ 1570 – 2410 15 60 – 900 15 Khảo sát 5 mức tỉ lệ: 100:1, 400:1, 700:1, 1000:1, 1500:1
4 Ảnh hưởng hấp phụ 2060 15 480 (không $\text{NaBH}_4$) 15 Khảo sát đối chứng theo dõi sau 24 giờ và 4 ngày
5 Xúc tác chỉ riêng GO 2015 15 420 $15\ \mu\text{L}$ GO Đánh giá vai trò nền không có nano Pd
6 Độ bền và độ lặp lại 2060 15 420 50 Thử nghiệm lặp lại 15 chu kỳ và lưu trữ sau 1, 2, 4 tuần
  • Quy trình khảo sát phân hủy phẩm màu MB và MO: Khảo sát phản ứng với dung dịch chứa $20\ \mu\text{L}$ MO hoặc $150\ \mu\text{L}$ MB, phối trộn cùng dung dịch $\text{NaBH}_4$ và $15\ \mu\text{L}$ xúc tác Pd/GO chuẩn, bù nước cất 2 lần để đạt tổng thể tích $2500\ \mu\text{L}$.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm thu được và phân tích các yếu tố ảnh hưởng:

  • Đặc trưng hình thái và cấu trúc (TEM & Zeta):
    • Ảnh TEM cho thấy các hạt nano Pd phân tán trên các nếp gấp của tấm GO. Tại hàm lượng $50\ \mu\text{L}$ GO, các hạt Pd bị vón cục mạnh, kích thước hạt trung bình lớn khoảng $75\text{ nm}$. Khi tăng GO lên $320\ \mu\text{L}$, kích thước hạt giảm còn $25\text{--}50\text{ nm}$ và ít vón cục hơn. Tại hàm lượng $640\ \mu\text{L}$ GO, hạt phân bố đồng đều với kích thước nhỏ nhất, dao động từ $13\text{--}38\text{ nm}$.
    • Kết quả đo điện thế Zeta của mẫu Pd/GO chuẩn đạt giá trị $-41\text{ mV}$, chứng minh hệ phân tán có điện tích âm bề mặt lớn, tạo lực đẩy tĩnh điện ngăn chặn sự kết tụ và duy trì độ bền keo trong nước.
  • Hoạt tính xúc tác phân hủy 4-NP:
    • Khi thêm xúc tác Pd/GO vào hỗn hợp 4-NP và $\text{NaBH}_4$, đỉnh hấp thụ đặc trưng của ion 4-nitrophenolate tại $400\text{ nm}$ giảm nhanh và biến mất hoàn toàn sau 4 phút; đồng thời xuất hiện đỉnh mới tại bước sóng khoảng $300\text{ nm}$ đặc trưng cho 4-aminophenol (4-AP), chứng minh phản ứng chuyển hóa đạt hiệu suất 100%.
    • Đồ thị hồi quy tuyến tính $\ln(A_0/A)$ theo thời gian xác định hằng số tốc độ phản ứng trung bình đạt $k = 1{,}5899\text{ min}^{-1}$.
  • Phân tích các yếu tố công nghệ:
    • Hàm lượng GO: Lượng GO cao giúp phân tán hạt tốt hơn, tuy nhiên mẫu $320\ \mu\text{L}$ GO cho hoạt tính xúc tác tối ưu và ổn định.
    • Hàm lượng xúc tác: Tăng thể tích xúc tác từ $5\ \mu\text{L}$ lên $50\ \mu\text{L}$ làm rút ngắn thời gian phản ứng tỷ lệ thuận với số lượng tâm hoạt tính trên bề mặt.
    • Tỉ lệ $\text{NaBH}_4/\text{4-NP}$: Tỉ lệ tối ưu đạt ở mức 700:1; ở các tỉ lệ thấp hơn (100:1, 400:1), tốc độ phản ứng chậm do nồng độ tác nhân khử không đủ để duy trì gradient thế điện hóa.
    • Đối chứng hấp phụ và vai trò của GO: Thí nghiệm đối chứng không có $\text{NaBH}_4$ hoặc chỉ sử dụng riêng GO cho thấy độ suy giảm nồng độ 4-NP không đáng kể, khẳng định quá trình chuyển hóa diễn ra nhờ xúc tác khử của nano Pd chứ không đơn thuần là hấp phụ vật lý.
    • Độ lặp và độ bền: Xúc tác duy trì hoạt tính cao qua 15 chu kỳ phản ứng liên tiếp mà không bị suy giảm hiệu suất đáng kể; mẫu lưu trữ sau 1, 2 và 4 tuần vẫn giữ nguyên khả năng phân hủy 4-NP.
    • Phân hủy MB và MO: Vật liệu Pd/GO xúc tác khử hoàn toàn màu của dung dịch MB và MO trong thời gian ngắn với sự biến mất của các đỉnh hấp thụ quang phổ đặc trưng.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Các thông số kỹ thuật và kết quả đo đạc thực nghiệm của vật liệu Pd/GO được tổng hợp trong bảng sau:

Thông số / Chỉ tiêu Giá trị đo đạc / Kết quả thực nghiệm Phương pháp phân tích
Kích thước hạt nano Pd (mẫu $640\ \mu\text{L}$ GO) $13\text{--}38\text{ nm}$ (dạng hình cầu phân tán đều) TEM (JEM1010)
Kích thước hạt nano Pd (mẫu $320\ \mu\text{L}$ GO) $25\text{--}50\text{ nm}$ TEM (JEM1010)
Kích thước hạt nano Pd (mẫu $50\ \mu\text{L}$ GO) $\sim 75\text{ nm}$ (kết tụ, không đều) TEM (JEM1010)
Điện thế bề mặt (Zeta potential) $-41\text{ mV}$ Đo thế Zeta
Hiệu suất chuyển hóa 4-NP thành 4-AP $100%$ Quang phổ UV-Vis
Thời gian phản ứng phân hủy 4-NP 4 phút Quang phổ UV-Vis
Hằng số tốc độ phản ứng ($k$) $1{,}5899\text{ min}^{-1}$ Hồi quy tuyến tính Origin
Độ bền chu kỳ xúc tác Duy trì ổn định qua 15 chu kỳ lặp lại UV-Vis
Độ ổn định theo thời gian Ổn định sau 1, 2 và 4 tuần bảo quản UV-Vis
Hiệu quả phân hủy phẩm màu MB, MO Phân hủy hoàn toàn ($100%$) UV-Vis

Đóng góp khoa học và công nghệ của đề tài

  1. Quy trình tổng hợp xanh: Thiết lập thành công quy trình khử hóa học tạo nanocomposite Pd/GO ở nhiệt độ phòng, sử dụng axit ascorbic (Vitamin C) làm chất khử tự nhiên, không cần gia nhiệt phức tạp, không sử dụng dung môi hữu cơ độc hại, polymer hay chất hoạt động bề mặt (surfactant).
  2. Nâng cao hiệu quả xúc tác: Tấm mang GO ngăn ngừa hiện tượng tự kết tụ của nano Pd, tạo ra hệ xúc tác có hằng số phản ứng ($k = 1{,}5899\text{ min}^{-1}$) cao hơn so với đa số các vật liệu nano Pd gắn trên các nền đỡ khác ở cùng điều kiện so sánh.
  3. Công bố khoa học: Một phần kết quả nghiên cứu của khóa luận đã được thẩm định và công bố trên tạp chí khoa học quốc tế chuyên ngành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của khóa luận

Dựa trên văn bản khóa luận và nhận xét của hội đồng phản biện:

  • Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng GO còn bước nhảy lớn (chỉ khảo sát 3 mốc: $50\ \mu\text{L}$, $320\ \mu\text{L}$, và $640\ \mu\text{L}$), chưa khảo sát các bước nồng độ chi tiết hơn để tối ưu hóa chính xác tỷ lệ khối lượng Pd:GO.
  • Chưa đi sâu làm rõ chi tiết cơ chế phản ứng ở mức độ phân tử đối với các chất chỉ thị màu hữu cơ phức tạp (MB, MO).
  • Toàn bộ khảo sát được thực hiện trong môi trường dung dịch chuẩn đơn thành phần ở quy mô phòng thí nghiệm, chưa đánh giá trên nền nước thải công nghiệp thực tế có sự cạnh tranh của nhiều ion vô cơ và tạp chất hữu cơ khác.
  • Bố cục trình bày bảng biểu thực nghiệm ở một số phần còn phân tán.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tối ưu hóa tỷ lệ Pd/GO với các bước nhảy nồng độ mịn hơn và mở rộng khảo sát điều kiện pH, nhiệt độ phản ứng.
  • Thử nghiệm xúc tác trên các mẫu nước thải thực tế từ nhà máy dệt nhuộm và sản xuất hóa chất.
  • Nghiên cứu cơ chế thu hồi, tách pha vật liệu sau phản ứng trên quy mô liên tục thay vì gián đoạn trong cuvet.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo: Sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Môi trường, Hóa lý, Hóa vô cơ và Khoa học Vật liệu Nano.
  • Nội dung giá trị:
    • Quy trình chi tiết tổng hợp vật liệu nano trên nền carbon 2D theo định hướng hóa học xanh sử dụng axit ascorbic.
    • Phương pháp luận khảo sát động học xúc tác phân hủy hợp chất nitro thơm và phẩm màu bằng kỹ thuật đo quang phổ UV-Vis theo thời gian thực.
    • Kỹ thuật xác định độ ổn định của hệ keo qua phép đo thế Zeta và phân tích hình thái học nano bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

Câu hỏi thường gặp

1. Tác nhân khử nào được sử dụng để tổng hợp hạt nano Pd trên nền GO trong khóa luận?

Tác nhân khử được sử dụng là axit ascorbic (AA - Vitamin C, nồng độ 100 mM). Đây là chất khử hữu cơ thân thiện với môi trường, cho phép khử ion $\text{Pd}^{2+}$ từ dung dịch $\text{H}_2\text{PdCl}_4$ thành hạt nano kim loại Pd bám trên tấm GO ở nhiệt độ phòng mà không cần dùng chất hoạt động bề mặt hay polymer bảo vệ.

2. Hàm lượng Graphene Oxide (GO) ảnh hưởng như thế nào đến kích thước và độ phân tán của hạt nano Pd?

Theo ảnh chụp TEM:

  • Khi dùng $50\ \mu\text{L}$ GO, các hạt nano Pd phân tán không đều, bị vón cục với kích thước lớn khoảng $75\text{ nm}$.
  • Khi tăng lên $320\ \mu\text{L}$ GO, kích thước hạt giảm xuống $25\text{--}50\text{ nm}$ và ít vón cục hơn.
  • Khi đạt $640\ \mu\text{L}$ GO, các hạt phân bố đồng đều nhất với kích thước nhỏ trong khoảng $13\text{--}38\text{ nm}$. Lượng GO tăng giúp cải thiện độ phân tán và ngăn ngừa sự kết tụ của hạt nano Pd.

3. Giá trị điện thế Zeta của vật liệu Pd/GO thu được là bao nhiêu và có ý nghĩa gì?

Kết quả đo điện thế Zeta của mẫu nanocomposite Pd/GO chuẩn đạt $-41\text{ mV}$. Giá trị âm tuyệt đối lớn hơn $30\text{ mV}$ chứng minh các hạt nanocomposite mang điện tích âm bề mặt đủ lớn để tạo lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt, giúp hệ vật liệu phân tán đều và đạt độ bền keo cao trong môi trường nước.

4. Hiệu quả xúc tác phân hủy 4-nitrophenol (4-NP) của vật liệu Pd/GO đạt được những thông số nào?

Vật liệu nanocomposite Pd/GO (mẫu chuẩn $320\ \mu\text{L}$ GO, tỉ lệ $\text{NaBH}_4/\text{4-NP} = 700:1$) giúp phân hủy hoàn toàn $100%$ 4-NP thành 4-aminophenol (4-AP) trong thời gian 4 phút, với hằng số tốc độ phản ứng biểu kiến đạt $k = 1{,}5899\text{ min}^{-1}$. Vật liệu duy trì hoạt tính ổn định qua 15 lần tái sử dụng và sau 4 tuần lưu trữ.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thị Bích Trâm đã tổng hợp thành công vật liệu nanocomposite Pd/GO bằng phương pháp khử hóa học xanh sử dụng axit ascorbic làm tác nhân khử thân thiện với môi trường. Vật liệu tạo thành có cấu trúc hạt nano Pd hình cầu phân tán đều trên nền tấm GO với kích thước $13\text{--}50\text{ nm}$ và điện thế Zeta đạt $-41\text{ mV}$. Hệ xúc tác thể hiện hoạt tính cao khi phân hủy hoàn toàn 4-nitrophenol trong 4 phút với hằng số tốc độ $k = 1{,}5899\text{ min}^{-1}$, đồng thời phân hủy hiệu quả các phẩm màu methylene blue và methyl orange với độ bền tái sử dụng tốt qua 15 chu kỳ. Công trình cung cấp quy trình chế tạo vật liệu xúc tác nano định hướng xử lý môi trường nước có tính ứng dụng và giá trị thực tiễn cao.