Luận án tiến sĩ nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên nền graphit việt nam ứng dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm màu hữu cơ congo red

Luận án tiến sĩ môi trường phân tích nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên nền graphit việt nam ứng dụng trong xử lý môi trường ô, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực

• Tác giả: Phạm Văn Thịnh
• Người hướng dẫn: PGS. Bạch Long Giang
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử và tổ hợp
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Từ Tính Trên Nền Graphit Việt Nam Cho Xử Lý Ô Nhiễm Màu Hữu Cơ
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM CHẤT MÀU
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về ô nhiễm màu hữu cơ

Ô nhiễm màu hữu cơ, đặc biệt từ ngành dệt nhuộm, đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại Việt Nam. Các chất màu này không chỉ gây ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Theo thống kê, khoảng 17-20% ô nhiễm nước công nghiệp đến từ thuốc nhuộm, với hàng ngàn hóa chất độc hại được sử dụng trong quy trình sản xuất. Việc xử lý ô nhiễm màu hữu cơ là cần thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng. Các phương pháp xử lý hiện tại như màng, trao đổi ion, và oxy hóa đều có những hạn chế nhất định, từ hiệu quả thấp đến việc tạo ra sản phẩm phụ không thân thiện với môi trường. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu hấp phụ mới, như vật liệu từ tính trên nền graphit Việt Nam, là rất quan trọng.

II. Vật liệu hấp phụ từ graphit

Graphit tróc nở (EG) là một trong những vật liệu hấp phụ tiềm năng cho việc xử lý ô nhiễm màu hữu cơ. Với cấu trúc lớp graphene, EG có khả năng hấp phụ tốt nhờ vào diện tích bề mặt lớn và tính chất xốp. Nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng graphit Việt Nam làm nguyên liệu để tổng hợp EG có thể mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý ô nhiễm màu. Hơn nữa, việc kết hợp EG với các kim loại từ tính như Ni, Co, và Mn để tạo ra vật liệu EG@MFe2O4 không chỉ tăng cường khả năng hấp phụ mà còn giúp dễ dàng thu hồi và tái sử dụng vật liệu sau khi xử lý. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng vật liệu hấp phụ trong xử lý ô nhiễm môi trường.

III. Phương pháp nghiên cứu và tổng hợp vật liệu

Luận án này sử dụng phương pháp tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4 bằng kỹ thuật sol-gel, kết hợp với sự hỗ trợ của lò vi sóng để tối ưu hóa quá trình tổng hợp. Các phương pháp phân tích hiện đại như SEM, BET, XRD, và VSM được áp dụng để đánh giá các tính chất của vật liệu. Kết quả cho thấy, vật liệu EG@MFe2O4 có khả năng hấp phụ màu Congo Red (CR) tốt, với các thông số tối ưu được xác định thông qua phương pháp đáp ứng bề mặt. Việc khảo sát động học, nhiệt động học và đẳng nhiệt hấp phụ cũng được thực hiện để hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ của vật liệu. Những kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của vật liệu mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong thực tiễn.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, vật liệu EG@MFe2O4 có khả năng hấp phụ màu CR cao, với hiệu suất hấp phụ đạt được ở các điều kiện tối ưu. Phân tích SEM cho thấy cấu trúc bề mặt của vật liệu rất phù hợp cho quá trình hấp phụ. Các thông số động học và nhiệt động học cũng được khảo sát, cho thấy quá trình hấp phụ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả. Khả năng tái sử dụng của vật liệu cũng được đánh giá, cho thấy EG@MFe2O4 có thể được tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất hấp phụ. Những kết quả này chứng minh giá trị thực tiễn của vật liệu trong việc xử lý ô nhiễm màu hữu cơ, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới cho các vật liệu hấp phụ khác.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Ô nhiễm môi trường nước do thuốc nhuộm hữu cơ công nghiệp, đặc biệt là các hợp chất màu azo từ ngành dệt may, sản xuất giấy và chế biến da, đang trở thành thách thức sinh thái nghiêm trọng trên phạm vi toàn cầu lẫn thực tiễn Việt Nam. Theo thống kê môi trường, ngành dệt may tiêu thụ tới 200 tấn nước cho mỗi tấn vải thành phẩm, phát sinh khoảng 17% đến 20% tổng lượng nước thải công nghiệp chứa hơn 8.000 hóa chất tổng hợp. Trong số đó, thuốc nhuộm Congo Red (CR, công thức phân tử $\text{C}{32}\text{H}{22}\text{N}_6\text{Na}_2\text{O}_6\text{S}_2$, CAS: 573-58-0) là một diazo anion điển hình chứa vòng thơm độc hại, cấu trúc liên kết bền vững, khó phân hủy sinh học và có khả năng chuyển hóa thành benzidine – một tác nhân gây ung thư bàng quang, đột biến gen và phá hủy hệ sinh thái thủy sinh.

Khoảng trống nghiên cứu (Research Gap) cốt lõi xuất phát từ thực tiễn: các vật liệu carbon truyền thống như than hoạt tính hay graphit tróc nở (Exfoliated Graphite - EG) tuy sở hữu diện tích bề mặt riêng và độ xốp cao nhưng lại gặp trở ngại lớn trong khâu thu hồi sau xử lý do tỷ trọng nhẹ, cấu trúc giòn, dễ phân tán trôi nổi theo dòng thủy lực gây ô nhiễm thứ cấp. Ngược lại, các hạt nano từ tính ferrite spinel đơn lẻ thường bị kết tụ mạnh, làm suy giảm diện tích tiếp xúc hữu hiệu. Mặt khác, nguồn khoáng sản graphit vảy tự nhiên (Natural Flakes Graphite - NFG) tại Việt Nam (trữ lượng hơn 29.000 tấn tại các mỏ Bảo Hà, Yên Thái, Mậu A - Yên Bái, Lào Cai) chủ yếu xuất khẩu thô mà chưa được chế biến sâu thành vật liệu tổ hợp chức năng cao.

Hệ thống câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu được xác lập:

• RQ1: Quy trình công nghệ nào cho phép tróc nở tối ưu graphit vảy Việt Nam bằng bức xạ vi sóng kết hợp hóa học xanh?
• RQ2: Cơ chế hình thành và tương tác pha giữa các hạt nano ferrite spinel $M\text{Fe}_2\text{O}_4$ ($M = \text{Co, Ni, Mn}$) trên mạng nền graphit tróc nở thông qua phương pháp tự bốc cháy sol-gel (Solution Combustion Synthesis - SCS) là gì?
• RQ3: Động học, nhiệt động học và cơ chế hấp phụ phân tử Congo Red trên vật liệu nanocomposite $\text{EG}@M\text{Fe}_2\text{O}_4$ diễn ra theo quy luật nào và khả năng tái sinh từ tính đạt hiệu suất ra sao?
• H1: Quá trình xen chèn $\text{H}_2\text{SO}_4/\text{H}_2\text{O}_2$ dưới tác động nhiệt vi sóng sẽ phá vỡ liên kết van der Waals giữa các lớp graphene, tạo ra cấu trúc sâu xốp (worm-like) với thể tích tróc nở vượt trội so với nung truyền thống.
• H2: Việc cố định in-situ các tinh thể nano $M\text{Fe}_2\text{O}_4$ kích thước dưới 50 nm trên bề mặt EG sẽ duy trì đồng thời dung lượng hấp phụ cao và từ tính bão hòa ($M_s$) đủ lớn để thu hồi triệt để bằng từ trường ngoài.
• H3: Quá trình hấp phụ Congo Red tuân theo mô hình hấp phụ hóa học đơn lớp Langmuir và động học biểu kiến bậc hai, được chi phối bởi tương tác tĩnh điện kết hợp tương tác xen phủ $\pi-\pi$ electron.

Khung lý thuyết vận dụng tích hợp lý thuyết phối trí phức chất kim loại, nhiệt động học phản ứng tự bốc cháy (Propellant Chemistry), lý thuyết trường tinh thể spinel và nhiệt động học hấp phụ bề mặt pha rắn. Phạm vi nghiên cứu được thực thi trên quy mô phòng thí nghiệm chuẩn mực với 138 trang luận án, 38 bảng số liệu thực nghiệm, 63 hình vẽ đồ thị và 200 tài liệu tham khảo chuyên ngành uy tín quốc tế, tạo lập bước đột phá trong làm chủ công nghệ chế tạo vật liệu nano composite từ tài nguyên nội địa.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu vật liệu xử lý chất màu hữu cơ trên thế giới chứng kiến sự phát triển qua nhiều giai đoạn. Dòng nghiên cứu truyền thống tập trung vào việc biến tính vật liệu carbon và tróc nở nhiệt graphit (Tryba và cộng sự, 2003; Kang và cộng sự, 2002; Wei và cộng sự, 2009). Nhóm tác giả B. Tryba (2003) đã chứng minh vai trò oxy hóa của $\text{H}_2\text{O}_2$ trong việc xen chèn $\text{H}_2\text{SO}_4$ vào mạng tinh thể graphit. Tiếp đó, Nagaraju Sykam và cộng sự (2018) đã sử dụng bức xạ vi sóng 800 W (50-60 giây) để tróc nở graphit bằng tác nhân $\text{HClO}_4$, ghi nhận dung lượng hấp phụ Congo Red đạt 196,08 mg/g, khẳng định vi sóng mang lại thể tích tróc nở ($EV$) vượt trội so với phương pháp nung lò Muffle ở 1.000 °C trong 60 giây.

Dòng nghiên cứu song song tập trung vào việc nano hóa các oxide từ tính ferrite spinel. Santhosh và cộng sự (2012) tổng hợp nanocomposite graphene/$\text{CoFe}_2\text{O}_4$ và graphene/$\text{NiFe}_2\text{O}_4$ bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng tách kim loại nặng $\text{Pb}^{2+}$ (142,8 mg/g) và $\text{Cd}^{2+}$ (105,62 mg/g). Năm 2016, Wenzhu Yin và cộng sự công bố vật liệu $\text{CoFe}_2\text{O}_4/\text{rGO}$ chế tạo bằng phương pháp nhiệt phân, đạt dung lượng hấp phụ Congo Red tối đa 104,5 mg/g và Methylene Blue đạt 93,5 mg/g.

Các cuộc tranh luận học thuật sâu sắc tồn tại ở ba khía cạnh:

1. Phương pháp tróc nở graphit: Giữa phương pháp nung sốc nhiệt truyền thống ở 800–1.000 °C (Yoshida et al., 1991) đòi hỏi tiêu tốn năng lượng cao, khí thải axit ăn mòn và phương pháp vi sóng ngắn hạn (Wei et al., 2009) có tốc độ gia nhiệt cực nhanh nhưng đòi hỏi kiểm soát áp suất nội lớp.
2. Cân bằng giữa diện tích bề mặt riêng và độ từ hóa ($M_s$): Xiaohui Ding và cộng sự (2014) tổng hợp $\text{EG}@\text{CoFe}_2\text{O}_4$ trong lò ống khí trơ đạt độ từ hóa bão hòa rất cao 55,05 emu/g và hấp phụ dầu 32,5 g/g, nhưng quy trình đòi hỏi môi trường khí trơ đắt đỏ; trong khi Zhang và Sun (2008) chế tạo $\text{EG}/\text{CoFe}_2\text{O}_4$ tỷ lệ 2:1 ở 900 °C chỉ đạt $M_s = 17,95\text{ emu/g}$. Tranh luận xoay quanh việc tăng hàm lượng pha từ tính sẽ làm tăng độ thẩm từ nhưng lại che lấp các mao quản xốp của EG, gây suy giảm dung lượng hấp phụ.
3. Giá trị pH tối ưu khi tổng hợp sol-gel: Nhóm Z. Wang cho rằng pH ít ảnh hưởng đến từ tính, trong khi Hwang et al. và Silva et al. (2009) khẳng định môi trường điều chỉnh bằng $\text{NH}_3$ giúp hình thành mạng gel 3D đồng nhất, giảm nhiệt độ bắt cháy nhờ giải phóng nhiệt lượng lớn $\Delta H^\circ = -2.176\text{ kJ/mol}$.

Luận án định vị tiên phong bằng việc tích hợp quy trình kép: tróc nở graphit vảy tự nhiên Việt Nam bằng lò vi sóng cải tiến kết hợp phương pháp tự bốc cháy sol-gel (SCS) sử dụng phức chất kim loại - axit citric điều chỉnh pH bằng $\text{NH}_3$, sau đó ủ nhiệt trực tiếp tại 600 °C trong 1 giờ không cần khí trơ. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, công trình này vượt qua hạn chế về chi phí thiết bị của Ding et al. (2014) và cải thiện độ phân tán hạt nano từ tính đồng đều hơn hẳn phương pháp xen chèn cơ học của Pavlova et al. (2018) ($M_s$ đạt 42 emu/g với Co và 19 emu/g với Ni), mở ra giải pháp công nghệ tự chủ, chi phí thấp.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng và làm sâu sắc thêm các hệ thống lý thuyết nền tảng:

1. Mở rộng Lý thuyết Hóa học Nổ đẩy (Propellant Chemistry) của Jain và cộng sự: Ứng dụng thành công nguyên tắc cân bằng hóa trị giữa chất oxy hóa ($\text{NO}_3^-$) và chất khử (axit citric) để tính toán tỷ lệ hợp thức $1:2:3$ cho hệ $\text{Co}^{2+}/\text{Fe}^{3+}/\text{axit citric}$. Luận án chứng minh sự dư thừa nhẹ nhiên liệu hữu cơ tạo môi trường vi khử cục bộ, thúc đẩy quá trình chuyển hóa hoàn toàn pha vô định hình sang cấu trúc tinh thể spinel đảo lập phương tâm mặt ($Fd\bar{3}m$) mà không bị lẫn tạp pha $\alpha\text{-Fe}_2\text{O}_3$ hay $\text{Co}_3\text{O}_4$.
2. Phát triển Mô hình Hấp phụ Đa cơ chế (Multi-mechanism Adsorption Model): Làm sáng tỏ cơ chế tương tác tại mặt phân giới rắn - lỏng giữa chất hấp phụ lai $\text{EG}@M\text{Fe}_2\text{O}_4$ và phân tử thuốc nhuộm Congo Red. Luận án chỉ ra sự đóng góp đồng thời của 4 lực tương tác:
   • Tương tác tĩnh điện (Electrostatic interactions): Chi phối mạnh khi $\text{pH} < \text{pH}_{\text{pzc}}$ (điểm điện tích không của vật liệu), các tâm kim loại proton hóa $\equiv M\text{-OH}_2^+$ hút mạnh nhóm anion sulfonic $-\text{SO}_3^-$ của Congo Red.
   • Tương tác xen phủ $\pi-\pi$ (Aromatic $\pi-\pi$ electron donor-acceptor interactions): Xảy ra giữa hệ electron $\pi$ linh động của các vòng benzen trong mạng lưới graphene $sp^2$ và các nhân thơm naphthalene của phân tử thuốc nhuộm.
   • Liên kết hydro (Hydrogen bonding): Hình thành giữa các nhóm chức chứa oxy trên biên graphit tróc nở ($-\text{COOH}, -\text{OH}$) với nhóm $-\text{NH}_2$ hoặc $-\text{SO}_3^-$ của chất màu.
   • Tạo phức bề mặt (Surface Complexation): Phối trí giữa các tâm Lewis acid ($\text{Fe}^{3+}, M^{2+}$) trên bề mặt hạt nano ferrite với các cặp electron tự do của nguyên tử nitơ trong liên kết azo ($-\text{N}=\text{N}-$).

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án là sự hợp nhất đa chiều giữa 3 trường phái lý thuyết: Lý thuyết Trường tinh thể/Trật tự từ tính Spinel đảo, Lý thuyết Tự bốc cháy Sol-Gel và Lý thuyết Đẳng nhiệt - Động học Hấp phụ dị thể (Langmuir, Freundlich, Pseudo-second-order, Elovich, Bangham).

Điều kiện biên lý thuyết được xác lập cụ thể: dung dịch khảo sát trong khoảng pH từ 2 đến 10, dải nồng độ chất màu ban đầu 50–500 mg/L, khoảng nhiệt độ khảo sát 298–328 K, và kích thước hạt nano ferrite spinel duy trì trong giới hạn đơn domain/siêu thuận từ ($< 50\text{ nm}$) nhằm tránh hiện tượng kết tụ từ tính tự phát.

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu vận dụng thế giới quan thực chứng (Positivism) kết hợp thực nghiệm vật lý - hóa học chính xác cao. Thiết kế nghiên cứu đa tầng bao gồm:

1. Tầng tổng hợp pha nền carbon và tối ưu hóa hệ số tróc nở thể tích ($K_v$).
2. Tầng tạo phức sol-gel và kết tinh in-situ pha nano từ tính $M\text{Fe}_2\text{O}_4$.
3. Tầng giải đoán cấu trúc và tính chất hóa lý bề mặt bằng phức hợp công cụ phân tích hiện đại.
4. Tầng mô hình hóa toán học quá trình hấp phụ và tối ưu hóa đa biến thực nghiệm.

Mẫu graphit vảy tự nhiên được tuyển chọn từ Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nguồn gốc mỏ Yên Bái (hàm lượng carbon 40–70%, độ ẩm < 1%, kích thước vảy dọc 0,2 mm, ngang 0,8–1,6 mm, dày 0,02–0,1 mm). Hóa chất tiền chất kim loại độ tinh khiết phân tích gồm $\text{Co}(\text{NO}_3)_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, $\text{Ni}(\text{NO}_3)_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, $\text{Mn}(\text{NO}_3)_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, $\text{Fe}(\text{NO}_3)_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$ (Xilong Chemical), chất màu Congo Red (độ sạch $\ge 98%$, Guangzhou).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình chế tạo và kiểm soát chất lượng tuân thủ các bước nghiêm ngặt:

• Chế tạo EG: 1,0 g NFG được phối trộn với hệ tác nhân xen chèn $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc và $\text{H}_2\text{O}2$ theo tỷ lệ thể tích tối ưu 75:20 trong 30 phút ở nhiệt độ phòng tạo hợp chất xen chèn $\text{C}{24n}^+(\text{HSO}_4)^-\cdot(m-1)\text{H}_2\text{SO}_4$. Hỗn hợp được rửa nước cất đến $\text{pH } 3\text{--}4$, sấy khô ở 60 °C trong 24 giờ, sau đó xử lý sốc nhiệt bằng lò vi sóng dân dụng cải tiến ở công suất 800 W trong 60 giây, làm áp suất nội lớp tăng vọt do khí $\text{SO}_2, \text{CO}_2, \text{H}_2\text{O}$ thoát ra đột ngột, tạo thành graphit tróc nở dạng sâu.
• Chế tạo $\text{EG}@M\text{Fe}_2\text{O}_4$: Hòa tan muối nitrate kim loại $M(\text{II})$ và $\text{Fe}(\text{III})$ theo tỷ lệ mol 1:2 trong dung dịch axit citric (tỷ lệ mol $M\text{Fe}_2\text{O}_4:\text{axit citric} = 1:3$). Bổ sung lượng EG tương ứng, khuấy siêu âm để phân tán đều tiền chất vào các khe nếp gấp của EG. Nhỏ từ từ dung dịch $\text{NH}_3$ để đưa pH về 7, gia nhiệt ở 80 °C tạo màng gel 3D. Tiến hành ủ nhiệt trong lò nung ở 600 °C trong 1 giờ với tốc độ nâng nhiệt 10 °C/phút.
• Tam giác hóa phương pháp phân tích (Methodological Triangulation):
  • Kính hiển vi điện tử quét (SEM) xác định hình thái bề mặt dạng xốp tổ ong và sự phân tán của hạt nano ferrite.
  • Đo diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước lỗ xốp bằng phương pháp hấp phụ/giải hấp đẳng nhiệt $\text{N}_2$ (BET/BJH).
  • Nhiễu xạ tia X (XRD) giải cấu trúc pha tinh thể, tính kích thước hạt tinh thể qua phương trình Scherrer.
  • Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và phổ quang điện tử tia X (XPS) định danh trạng thái hóa trị ($\text{C } 1s, \text{O } 1s, \text{Fe } 2p, \text{Co } 2p, \text{Ni } 2p, \text{Mn } 2p$).
  • Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR) kiểm tra các liên kết dao động đặc trưng trước và sau hấp phụ.
  • Từ kế mẫu rung (VSM) xác định độ từ hóa bão hòa ($M_s$), từ dư ($M_r$) và lực kháng từ ($H_c$).
  • Chuẩn độ Boehm và phương pháp trượt pH xác định số lượng nhóm chức bề mặt và điểm điện tích không ($\text{pH}_{\text{pzc}}$).

Data và phân tích

Tối ưu hóa đa biến thực nghiệm được thực hiện thông qua Phương pháp Bề mặt Đáp ứng (RSM) dựa trên Thiết kế Phức hợp Trung tâm (Central Composite Design - CCD) trên phần mềm chuyên dụng Design-Expert 11 (DX11). Ma trận thực nghiệm khảo sát tương tác đồng thời giữa 4 thông số: Nồng độ chất màu ban đầu ($C_0$: 50–250 mg/L), Thời gian tiếp xúc ($t$: 10–180 phút), pH dung dịch (2–10) và Khối lượng chất hấp phụ ($m$: 0,02–0,1 g).

Mô hình hồi quy đa thức bậc hai được đánh giá độ tin cậy qua phân tích phương sai ANOVA. Kết quả kiểm định thống kê đạt độ chuẩn xác vượt trội: hệ số tương quan $R^2 > 0,98$, hệ số tương quan điều chỉnh $R^2_{\text{adj}} > 0,96$, giá trị $p < 0,0001$ chứng minh mô hình có ý nghĩa thống kê cao, không xảy ra hiện tượng thiếu tương thích (Lack of Fit, $p > 0,05$). Các số liệu động học và đẳng nhiệt được khớp phi tuyến tính với độ tin cậy $95%$ ($\text{CI } 95%$).

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

1. Hiệu năng tróc nở vi sóng vượt trội: Quá trình xen chèn $\text{H}_2\text{SO}_4/\text{H}_2\text{O}_2$ kết hợp chiếu xạ vi sóng 800 W trong 60 giây tạo ra graphit tróc nở có hệ số giãn nở thể tích đạt cực đại ($K_v > 250\text{ mL/g}$), diện tích bề mặt riêng BET đạt giá trị cao, hình thái SEM thể hiện rõ mạng lưới lỗ rỗng đa mao quản dạng tổ ong liên kết chằng chịt.
2. Cố định thành công nano spinel $M\text{Fe}_2\text{O}_4$: Giản đồ XRD và XPS khẳng định các hạt nano ferrite $\text{CoFe}_2\text{O}_4$, $\text{NiFe}_2\text{O}_4$, $\text{MnFe}_2\text{O}_4$ có kích thước hạt đồng đều (20–40 nm), phân tán bám dính chắc chắn trên các lớp lá graphit mà không làm phá hủy cấu trúc phân lớp cơ bản của carbon. Phổ VSM cho thấy vật liệu có từ tính bão hòa mạnh ($M_s$ đạt từ 25 đến 45 emu/g), cho phép nam châm vĩnh cửu thu hồi hoàn toàn vật liệu ra khỏi pha nước trong thời gian dưới 60 giây.
3. Dung lượng hấp phụ Congo Red ấn tượng: Vật liệu $\text{EG}@\text{CoFe}_2\text{O}4$ đạt dung lượng hấp phụ cực đại theo mô hình Langmuir ($q{\max}$) vượt trội so với ferrite đơn lẻ và graphit thông thường. Dữ liệu thực nghiệm chứng minh quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng nhanh chóng trong vòng 60–90 phút.
4. Quy luật động học và nhiệt động học: Quá trình hấp phụ tuân thủ tuyệt đối mô hình động học biểu kiến bậc hai ($R^2 > 0,99$) và mô hình đẳng nhiệt Langmuir, khẳng định cơ chế hấp phụ hóa học đơn lớp là chủ đạo. Các thông số nhiệt động học: thế đẳng áp Gibbs $\Delta G^\circ < 0$ chứng minh quá trình hấp phụ diễn ra tự phát; biến thiên enthalpy $\Delta H^\circ > 0$ chứng minh phản ứng thu nhiệt; và biến thiên entropy $\Delta S^\circ > 0$ khẳng định sự gia tăng độ hỗn loạn tại bề mặt tiếp xúc pha.
5. Độ bền tái sinh vượt bậc: Sau 5 chu kỳ hấp phụ - giải hấp (sử dụng dung môi giải hấp ethanol/NaOH loãng và thu hồi bằng từ trường), vật liệu vẫn duy trì trên 85% dung lượng hấp phụ ban đầu, không xuất hiện hiện tượng rò rỉ ion kim loại nặng vượt ngưỡng quy chuẩn môi trường.

Implications đa chiều

• Đóng góp học thuật: Cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm toàn diện về tương tác lai hóa giữa mạng carbon $sp^2$ và oxide spinel chuyển tiếp; xác lập mô hình toán học dự báo chính xác động thái hấp phụ thuốc nhuộm azo trong hệ thống xử lý nước.
• Đổi mới phương pháp luận: Chuẩn hóa quy trình tổng hợp sol-gel tự bốc cháy có kiểm soát kết hợp hỗ trợ vi sóng, loại bỏ hoàn toàn yêu cầu vận hành lò ống khí trơ nhiệt độ cao phức tạp, tạo tiền đề phương pháp cho các nghiên cứu biến tính khoáng phi kim loại khác.
• Ứng dụng thực tiễn: Cung cấp giải pháp công nghệ khả thi, giá thành thấp để xử lý triệt để nước thải dệt nhuộm nồng độ màu cao tại các làng nghề truyền thống và khu công nghiệp (như dệt may Phố Nối B, Vạn Phúc, Nha Xá).
• Chính sách và tài nguyên: Hiện thực hóa chủ trương chế biến sâu khoáng sản theo Quyết định số 41/2008/QĐ-BCT của Bộ Công Thương, chuyển dịch mô hình khai thác tài nguyên thô sang chuỗi giá trị công nghệ cao phục vụ kinh tế tuần hoàn và bảo vệ môi trường quốc gia.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả đột phá, luận án thẳng thắn chỉ ra 4 giới hạn nghiên cứu:

1. Ma trận nước thải thực nghiệm: Thử nghiệm hấp phụ chủ yếu tiến hành trên dung dịch đơn chất Congo Red nhân tạo; chưa đánh giá đầy đủ tác động cạnh tranh hấp phụ phức tạp của các ion vô cơ ($\text{Cl}^-, \text{SO}_4^{2-}, \text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}$) và các chất hoạt động bề mặt thường có trong nước thải dệt nhuộm thực tế.
2. Quy mô mẻ (Batch system): Nghiên cứu dừng lại ở hệ thống phản ứng gián đoạn quy mô phòng thí nghiệm; chưa triển khai hệ cột lọc hấp phụ dòng chảy liên tục (Continuous fixed-bed column) để xác định đường cong xuyên phá (breakthrough curves).
3. Kiểm soát phát thải khí khi tróc nở: Quá trình tróc nở hóa học sử dụng $\text{H}_2\text{SO}_4$ sinh ra một lượng nhỏ khí $\text{SO}_2$ đòi hỏi hệ thống hấp thụ khí thải kèm theo khi nâng quy mô công nghiệp.

Chương trình nghiên cứu tiếp nối (Future Research Agenda) bao gồm:

• Mở rộng thử nghiệm trên hệ cột hấp phụ liên tục quy mô pilot đối với nước thải dệt nhuộm thực tế thu gom từ nhà máy.
• Nghiên cứu biến tính xanh hóa quá trình xen chèn graphit bằng các axit hữu cơ thân thiện môi trường để giảm thiểu hoàn toàn khí lưu huỳnh.
• Tích hợp tính chất xúc tác Fenton quang hóa hoặc hoạt hóa Persulfate của tâm từ tính $\text{CoFe}_2\text{O}_4/\text{MnFe}_2\text{O}_4$ để phân hủy triệt để chất màu thành $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ ngay trên bề mặt vật liệu sau hấp phụ.
• Đánh giá vòng đời môi trường (LCA - Life Cycle Assessment) và phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật toàn diện khi sản xuất đại trà.

Tác động và ảnh hưởng

• Ảnh hưởng học thuật: Công trình tạo nguồn trích dẫn quan trọng cho các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu tổ hợp carbon-ferrite, hóa học bề mặt và kỹ thuật môi trường; góp phần nâng cao vị thế của các tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế.
• Chuyển đổi công nghiệp: Cung cấp giải pháp kỹ thuật có khả năng chuyển giao trực tiếp cho các doanh nghiệp sản xuất thiết bị xử lý nước thải công nghiệp dệt may, in ấn, da giày với chi phí vật liệu hấp phụ giảm 40–50% so với nhập khẩu than hoạt tính chuyên dụng hay màng lọc polymer.
• Lợi ích xã hội và môi trường: Giảm thiểu nguy cơ phát tán các hợp chất amin thơm gây ung thư vào nguồn nước mặt và nước ngầm tại lưu vực các sông quanh làng nghề dệt nhuộm, bảo vệ trực tiếp sức khỏe cộng đồng dân cư.
• Ý nghĩa quốc tế: Chứng minh tiềm năng ứng dụng của nguồn khoáng sản Đông Nam Á trong việc giải quyết các thách thức môi trường toàn cầu theo các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hợp Quốc (SDG 6: Nước sạch và Vệ sinh).

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới học thuật: Tiếp cận phương pháp luận thực nghiệm chuẩn mực về tối ưu hóa RSM-CCD, quy trình sol-gel tự bốc cháy và cơ chế giải đoán phổ XPS, XRD, VSM đối với vật liệu lai vô cơ - carbon.
• Kỹ sư R&D và Doanh nghiệp Môi trường: Sở hữu quy trình công nghệ chi tiết, thông số vận hành tối ưu để sản xuất chất hấp phụ từ tính thu hồi nhanh, giải quyết triệt để bài toán bùn thải thứ cấp.
• Nhà quản lý Môi trường và Hoạch định Chính sách: Có căn cứ khoa học xác thực để ban hành các quy chuẩn kỹ thuật xử lý nước thải dệt nhuộm, đồng thời thúc đẩy chính sách khuyến khích sử dụng nguyên liệu nội địa thay thế hàng nhập khẩu.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã mở rộng lý thuyết nào? Trả lời: Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc mở rộng Lý thuyết Hóa học Nổ đẩy (Propellant Chemistry) kết hợp Lý thuyết Hấp phụ Dị thể Đa cơ chế. Luận án đã thiết lập thành công tỷ lệ cân bằng hóa trị tối ưu ($1:2:3$) giữa phức chất kim loại và nhiên liệu axit citric, chứng minh cơ chế tự duy trì nhiệt lượng phản ứng để kết tinh hoàn hảo mạng spinel đảo nano $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ ngay trong lòng các vi mao quản graphit tróc nở mà không phá hủy khung carbon $sp^2$. Đồng thời, luận án làm rõ sự cộng hưởng giữa lực hút tĩnh điện ion và tương tác xen phủ $\pi-\pi$ electron quyết định hiệu năng giữ màu Congo Red.

2. Điểm mới về phương pháp luận nghiên cứu so với các công trình quốc tế trước đây? Trả lời: So với nghiên cứu của Xiaohui Ding và cộng sự (2014) (nung nung ống môi trường khí trơ đắt tiền) và nghiên cứu của Zhang & Sun (2008) (sốc nhiệt 900 °C cho từ tính thấp $17,95\text{ emu/g}$), luận án đã đột phá tích hợp thành công quá trình tróc nở bằng lò vi sóng 800 W (60 giây) từ nguồn graphit vảy tự nhiên Việt Nam kết hợp ủ nhiệt sol-gel tự bốc cháy ở 600 °C trong không khí. Quy trình này vừa tối giản thiết bị, tiết kiệm năng lượng, vừa tạo ra composite có độ từ hóa bão hòa cao ($M_s > 30\text{ emu/g}$) cùng mạng xốp tổ ong phân bố đều.

3. Phát hiện thực nghiệm nào gây bất ngờ nhất và có số liệu chứng minh? Trả lời: Phát hiện bất ngờ nhất là sự gia tăng đột biến về tốc độ phân tách pha từ tính: composite $\text{EG}@\text{CoFe}_2\text{O}_4$ đạt trạng thái tách hoàn toàn khỏi dung dịch nước dưới từ trường ngoài của nam châm vĩnh cửu chỉ trong vòng chưa đầy 60 giây, nhanh gấp nhiều lần so với các vật liệu ferrite phân tán tự do. Đồng thời, dung lượng hấp phụ Congo Red không bị suy giảm đáng kể so với EG tinh khiết, chứng minh các hạt nano ferrite không gây tắc nghẽn các vi mao quản mà còn đóng vai trò tạo thêm các tâm hấp phụ hóa học Lewis acid.

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lặp (Replication Protocol) hoàn chỉnh không? Trả lời: Luận án cung cấp chi tiết toàn bộ thông số thực nghiệm có khả năng tái lặp $100%$: tỷ lệ chất phản ứng ($\text{H}_2\text{SO}_4:\text{H}_2\text{O}_2 = 75:20$), công suất vi sóng (800 W, 60 giây), nồng độ muối nitrate, tỷ lệ mol axit citric ($1:3$), pH đệm $\text{NH}_3$ ($\text{pH } 7$), chế độ nâng nhiệt ủ lò (10 °C/phút, 600 °C, 1 giờ), và ma trận thiết kế tối ưu hóa CCD trên phần mềm Design-Expert 11.

5. Định hướng nghiên cứu 10 năm tới được phác thảo như thế nào? Trả lời: Luận án vạch ra lộ trình 10 năm chuyển dịch từ nghiên cứu cơ bản sang ứng dụng công nghiệp: (Giai đoạn 1) Hoàn thiện modul xử lý dòng liên tục dạng cột tầng sôi từ tính; (Giai đoạn 2) Phát triển vật liệu composite đa năng tích hợp xử lý đồng thời chất màu, ion kim loại nặng và dầu tràn; (Giai đoạn 3) Thương mại hóa sản phẩm thương hiệu Việt Nam ứng dụng xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm toàn khu vực.

Kết luận

1. Tổng hợp thành công vật liệu graphit tróc nở (EG) có cấu trúc xốp dạng sâu từ nguồn graphit vảy tự nhiên mỏ Yên Bái - Việt Nam bằng phương pháp xen chèn hóa học kết hợp chiếu xạ vi sóng ngắn (60 giây), đạt hệ số tróc nở thể tích cao và diện tích bề mặt lớn.
2. Chế tạo thành công hệ vật liệu nanocomposite từ tính $\text{EG}@M\text{Fe}_2\text{O}_4$ ($M = \text{Co, Ni, Mn}$) bằng phương pháp sol-gel tự bốc cháy kết hợp ủ nhiệt 600 °C trong không khí, cố định đồng đều các tinh thể nano ferrite spinel đảo (20–40 nm) trên nền carbon.
3. Vật liệu đạt độ từ hóa bão hòa vượt trội ($M_s$ từ 25 đến 45 emu/g), cho phép tách loại và thu hồi hoàn toàn khỏi môi trường nước bằng nam châm trong thời gian dưới 1 phút, giải quyết triệt để hiện tượng ô nhiễm thứ cấp.
4. Tối ưu hóa thành công các thông số hấp phụ màu Congo Red bằng phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM-CCD trên DX11), xác lập mô hình hồi quy có độ tương thích cao ($R^2 > 0,98, p < 0,0001$).
5. Chứng minh quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học biểu kiến bậc hai và đẳng nhiệt Langmuir, diễn ra theo cơ chế hấp phụ hóa học đơn lớp tự phát ($\Delta G^\circ < 0$) và thu nhiệt ($\Delta H^\circ > 0$), chi phối bởi tương tác tĩnh điện, liên kết hydro, tạo phức phối trí và xen phủ $\pi-\pi$ electron.
6. Vật liệu thể hiện độ bền tái sinh cao qua 5 chu kỳ hấp phụ - giải hấp, mở ra hướng ứng dụng công nghệ thực tiễn, kinh tế và bền vững trong xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Hiện trạng ô nhiễm chất màu Mỗi năm, ngành dệt may sản xuất khoảng 80 tỷ sản phẩm may mặc. Các nhà máy có thể sử dụng tới 200 tấn nước cho mỗi tấn vải nhuộm, tạo ra khoảng 1400 mảnh quần áo. Khoảng 17 đến 20 % ô nhiễm nước công nghiệp là do thuốc nhuộm vải và phương pháp xử lý.

Ước tính khoảng 8000 hóa chất tổng hợp được sử dụng để tẩy, xử lý và làm sáng quần áo. Tại Trung Quốc, ước tính 90 % nước ngầm địa phương bị ô nhiễm và theo Ngân hàng Thế giới, 72 hóa chất độc hại trong nguồn cung cấp nước là từ dệt nhuộm [22]. Ở Việt Nam, theo số liệu của Sở Công thương thành phố Hà Nội đưa ra, Hà Nội hiện có 1350 nghề trong đó có 286 làng nghề truyền thống được công nhận. Một số làng nghề đang rơi vào tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, chủ yếu tập trung ở nhóm ngành nghề: tái chế kim loại, chế biến nông sản thực phẩm, cơ kim khí, dệt nhuộm, điêu khắc đá [23].

Chính vì vậy, vấn đề xử lý nước thải dệt, nhuộm đang nhận được sự quan tâm đông đảo không chỉ của các nhà khoa học, các bộ, ngành mà của người dân các làng nghề. Với hàm lượng các chất ô nhiễm rất cao, việc xả thẳng nước thải khối lượng lớn tại các làng nghề ra môi trường đã khiến hệ thống nước mặt cũng như nước ngầm tại các làng nghề rơi vào tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng trong nhiều năm qua. Nước thải dệt nhuộm là sự tổng hợp nước thải phát sinh từ tất cả các công đoạn hồ sợi, nấu tẩy, tẩy trắng, làm bóng sợi, nhuộm in và hoàn tất. Theo phân tích của các chuyên gia, trung bình một nhà máy dệt nhuộm sử dụng một lượng nước đáng kể, trong đó lượng nước được sử dụng trong các công đoạn sản xuất chiếm 72,3 %, chủ yếu là trong công đoạn nhuộm và hoàn tất sản phẩm [24].

Xét hai yếu tố là lượng nước thải và thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải, ngành dệt nhuộm được đánh giá là ô nhiễm nhất trong số các ngành công nghiệp [25]. Các chất ô nhiễm chủ yếu có trong nước thải dệt nhuộm là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, thuốc nhuộm, các chất hoạt động bề mặt, các hợp chất halogen 4 luan an hữu cơ, muối trung tính làm tăng tổng hàm lượng chất rắn, nhiệt độ cao (thấp nhất là 40 °C) và pH của nước thải cao do lượng kiềm trong nước thải lớn. Trong số các chất ô nhiễm có trong nước thải dệt nhuộm, thuốc nhuộm là thành phần khó xử lý nhất, đặc biệt là thuốc nhuộm azo không tan – loại thuốc nhuộm được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, chiếm 60-70 % thị phần. Thông thường, các chất màu có trong thuốc nhuộm không bám dính hết vào sợi vải trong quá trình nhuộm mà bao giờ cũng còn lại một lượng dư nhất định tồn tại trong nước thải.

Lượng thuốc nhuộm dư sau công đoạn nhuộm có thể lên đến 50 % tổng lượng thuốc nhuộm được sử dụng ban đầu [25]. Đây chính là nguyên nhân làm cho nước thải dệt nhuộm có độ màu cao, và nồng độ chất ô nhiễm lớn. Độc tính cấp tính của thuốc nhuộm azo được đo theo tiêu chí EU để phân loại các chất nguy hiểm là khá thấp, giá trị LD50 là 250 - 2000 mg/kg trọng lượng cơ thể [26]. Một số thành phần thuốc nhuộm azo như benzidine có liên quan đến ung thư ở người.

Ngoài ra, tỉ lệ mắc ung thư bàng quang cao hơn ở những công nhân tiếp xúc với thuốc nhuộm azo [27]. Do đó, thuốc nhuộm azo gây ra các hiệu ứng gây chết người, nhiễm độc gen, gây đột biến và gây ung thư cho con người cũng như động vật [28]. 1,4 - diamino benezene là một amin thơm có trong thuốc nhuộm azo có thể gây kích ứng da, viêm da tiếp xúc, hóa trị, chảy nước mắt, mù vĩnh viễn, tiêu cơ vân, hoại tử ống thận cấp tính, nôn, viêm dạ dày, tăng huyết áp, chóng mặt, phù mặt, cổ, hầu, lưỡi và thanh quản cùng với suy hô hấp [29]. Amin thơm có thể tích tụ trong nước hoặc mồ hôi, gia tăng sự hấp thụ của chúng thông qua da và các khu vực tiếp xúc khác, chẳng hạn như miệng.

Thuốc nhuộm Azo tan trong nước trở nên nguy hiểm khi được chuyển hóa bởi men gan [29]. Congo red (CR) (C32H22N6Na2O6S2) (hình 1.1) là thuốc nhuộm azo của axit sulfonic 1-naphthalene, tan trong nước và tốt hơn trong các dung môi hữu cơ như ethanol. Thay đổi màu sắc theo pH, ở pH dưới 3 dung dịch congo red có màu xanh và ở pH trên 5.2 dung dịch có màu đỏ. Bước sóng hấp thu cực đại là 498 nm, tồn tại dưới dạng tinh thể màu nâu đỏ và ổn định trong không khí [51], là một thuốc 5 luan an nhuộm axit anion được sử dụng nhiều trong ngành in và nhuộm [30].

Tuy nhiên, nó có nhược điểm là gây ra các phản ứng dị ứng dưới nồng độ cao, có thể gây ra kích ứng nghiêm trọng ở mắt và da khi tiếp xúc trực tiếp và kéo dài. Khi nuốt phải, CR làm kích ứng đường tiêu hóa gây buồn nôn và tiêu chảy. Khi tiếp xúc trong thời gian dài có thể dẫn đến sự hình thành khối u ở người [31]. Đồng thời cũng có thể gây ra đông máu, và gây ra tình trạng buồn ngủ và các vấn đề về hô hấp thậm chí còn gây ra sự chuyển đổi thành chất gây ung thư như benzidine [32], [33].

Mặt khác, CR đại diện như một chất nền bền với cấu trúc hóa học và tính ổn định nhiệt, do đó khó phân hủy sinh học [34]. Cấu trúc phân tử Congo red 1. Vật liệu hấp phụ 1. Các phương pháp hấp phụ thuốc nhuộm Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về việc loại bỏ thuốc nhuộm và dầu cụ thể như: các kỹ thuật hóa học bao gồm quá trình ozon hóa, quang xúc tác và điện hóa có thể gây ra nhiều loại bùn thải nguy hiểm cùng với sự kém hiệu quả khi ở nồng độ thấp [13].

Do đó, cần phải phát triển các phương pháp xử lý mới để xử lý nước thải ngày càng bị ô nhiễm bởi thuốc nhuộm [14], [15]. Trong số các phương pháp xử lý, phương pháp hấp phụ được áp dụng cho một loạt các chất hấp phụ ngày càng được quan tâm nhiều hơn vì chi phí thấp, vận hành đơn giản và hiệu quả lại cao [13], [16]. Vật liệu EG được nghiên cứu nhiều trong việc chế tạo vật liệu xử lý nước bởi vì có khả năng hấp phụ, diện tích bề mặt lớn, cấu trúc xốp, độ bền hóa, bền 6 luan an nhiệt, hơn nữa việc chế tạo vật liệu cũng như việc chế tạo thiết bị xử lý nước từ các loại vật liệu này khá đơn giản mà mang lại hiệu quả cao. Năm 2009, Xiu-juan Yu cùng cộng sự đã kiểm tra khả năng hấp phụ màu rhodamine B (RhB) của vật liệu EG, kết quả cho thấy hàm lượng tối ưu làm mất màu RhB là 0,625 g/L [35].

Dung lượng hấp phụ màu nhuộm của EG đối với malachinte green (MG), methylene blue (MB), rhodamine 6 g (Rh6g) và congo red lần lượt là 384,6; 222,32; 151,51; và 196,08 mg/g [36]. Sham cùng cộng sự [37] đã tổng hợp được chất hoạt động bề mặt Natri dodecyl sulfate trên nền graphit tróc nở bằng phương pháp sol-gel và ứng dụng loại bỏ màu Methylene blue. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ chất màu của Natri dodecyl sulfate graphit tróc nở cao hơn nhiều so với các vật liệu trên nền graphit khác. Cụ thể, ở 25 oC dung lượng hấp phụ đạt 782,3 mg/g.

Năm 2012, nhóm nghiên cứu của Chella Santhosh [38] đã tổng hợp thành công vật liệu từ tính của vật liệu nanocomposit graphene CoFe2O4 và NiFe2O4 bằng phương pháp nhiệt và ứng dụng hấp phụ loại bỏ kim loại nặng Pb2+ và Cd2+ ra khỏi dung dịch. Nghiên cứu này đã giúp khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ các kim loại nặng, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Cụ thể, các dữ liệu cho thấy quá trình hấp phụ phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Kết quả hấp phụ cao nhất đối với Pb2+ là 142,8 mg/g và 111,1 mg/g ở pH 5, 310 K tương ứng với CoFe2O4 -G và NiFe2O4 -G và với Cd2+ là 105,62 mg/g và 74,62 mg/g ở pH7, 310K.

Tiếp đó, vào năm 2016 nhóm nghiên cứu của Wenzhu Yin [39] đã tiến hành tổng hợp vật liệu từ tính CoFe2O4/rGO bằng phương pháp nhiệt, đồng thời ứng dụng trong hấp phụ loại bỏ chất màu hữu cơ độc hại có trong nước thải. Các thí nghiệm được tiến hành với các thuốc nhuộm hữu cơ như rhodamine B (Rh B), methylene blue (MB), congo red (CR), methyl orange (MO) và methyl green (MG), kết quả cho thấy hiệu suất hấp phụ tốt, đặc biệt đạt 100 % đối với MB trong vòng 5 phút. Dung lượng hấp phụ đạt cao nhất của Rh B, MB, CR và MG lần lượt là 121,8; 93,5; 104,5 và 88,3 mg/g. Các hợp chất của sắt như các oxit sắt, các oxi-hydroxit sắt được nghiên cứu nhiều trong việc chế tạo vật liệu xử lý 7 luan an nước bởi vì các hợp chất này có khả năng hấp phụ và hoạt tính xúc tác cao, hơn nữa việc chế tạo vật liệu cũng như việc chế tạo tạo thiết bị xử lý nước từ các loại vật liệu này khá đơn giản mà mang lại hiệu quả cao.

Các oxi-hydroxit sắt (FeOOH) có những tính chất nổi trội như có diện tích bề mặt lớn, cấu trúc xốp, độ bền hóa, bền nhiệt và khả năng xúc tác cao đã và đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu để chế tạo vật liệu ứng dụng trong xử lý môi trường. Joseph và các cộng sự đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ cation và anion từ goethite (α-FeOOH) và zeolite. Kết quả cho thấy loại vật liệu này có khả năng hấp phụ tốt các loại photphat [40]. Tác giả Erik Liden [41] cũng nghiên cứu khả năng hấp phụ của goethite với các hợp chất chứa asen và khả năng hấp phụ của loại vật liệu này là khá tốt.

Bên cạnh việc sử dụng goethite thì một hợp chất khác là akaganeite (β-FeOOH) cũng được nghiên cứu nhiều để ứng dụng xử lý nước. Ngoài ra còn nhiều công trình nghiên cứu khác sử dụng FeOOH làm chất hấp phụ các chất hoạt động bề mặt, các chất hữu cơ và các kim loại nặng [41–48]. Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam về hấp phụ thuốc nhuộm Tình trạng ô nhiễm màu thuốc nhuộm cũng đang được các nhà khoa học ở Việt Nam hết sức quan tâm.