Nghiên cứu tổng hợp xúc tác nano sắt từ trên cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp ứng dụng trong xử lý p-nitrophenol

Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp xúc tác nano Fe3O4 trên cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp nhằm ứng dụng xử lý p-nitrophenol (PNP). PNP là một trong những chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, có khả năng gây hại cho sức khỏe con người và môi trường nước. Việc xử lý PNP là một thách thức lớn trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Các phương pháp xử lý truyền thống như hấp phụ bằng than hoạt tính hay phân hủy bằng vi sinh vật có nhiều hạn chế. Do đó, nghiên cứu này sử dụng phản ứng Fenton, một phương pháp hóa học hiệu quả, để xử lý PNP với sự hỗ trợ của xúc tác nano. Việc sử dụng cellulose aerogel từ phụ phẩm cây bắp không chỉ giúp xử lý hiệu quả PNP mà còn góp phần vào việc tái chế và sử dụng nguồn tài nguyên sẵn có.

Quá trình tổng hợp cellulose aerogel được thực hiện thông qua một chuỗi các bước tiền xử lý nhằm loại bỏ lignin và hemicellulose từ nguyên liệu thô. Sau đó, kymene được sử dụng làm chất tạo liên kết ngang, kết hợp với phương pháp sấy thăng hoa để tạo ra cellulose aerogel. Tiếp theo, xúc tác nano Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa từ muối Fe2+ và Fe3+ trên bề mặt của cellulose aerogel. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lựa chọn chất liên kết ngang và phương pháp sấy có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất và hoạt tính của xúc tác nano. Các phương pháp phân tích như XRD, SEM, và FTIR được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất của xúc tác nano.

Hoạt tính của hệ xúc tác nano Fe3O4@CA được khảo sát thông qua khả năng xử lý p-nitrophenol trong nước thải. Các yếu tố như hàm lượng Fe3O4, nồng độ H2O2, và pH của dung dịch ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý. Kết quả cho thấy, dưới điều kiện pH = 3 và nồng độ H2O2 là 5,0 g/L, xúc tác nano với hàm lượng Fe3O4 0,69 g/g CA có thể đạt hiệu suất xử lý PNP trên 90% trong 60 phút. Điều này chứng tỏ rằng xúc tác nano Fe3O4@CA không chỉ hiệu quả trong việc xử lý PNP mà còn có khả năng tái sử dụng nhiều lần mà không làm giảm hiệu suất. Nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng thu hồi và tái sử dụng của xúc tác nano này có thể thực hiện qua phương pháp lọc và sấy.

Nghiên cứu này không chỉ mang lại những hiểu biết sâu sắc về khả năng xử lý p-nitrophenol bằng xúc tác nano mà còn mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng phụ phẩm cây bắp để sản xuất vật liệu có giá trị. Việc sử dụng cellulose aerogel làm chất mang cho xúc tác nano giúp tăng cường hiệu suất xử lý và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn, góp phần vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Như vậy, nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong ngành công nghiệp môi trường.