Tổng hợp nanocomposite cufe3o4 gắn trên cacbon xốp giàu cac oxylat ứng dụng làm vật liệu xúc tác quang hóa fenton xử lý methylene blue

Tổng hợp nanocomposite cufe3o4 gắn trên cacbon xốp giàu cac oxylat ứng dụng làm vật liệu xúc tác quang hóa Fenton xử lý methylene blue.

• Tác giả: Trần Thị Hương
• Người hướng dẫn: TS. Đoàn Văn Đạt
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Nanocomposite Cu/Fe3O4 Gắn Trên Carbon Xốp: Ứng Dụng Làm Vật Liệu Xúc Tác Quang Hóa Fenton Xử Lý Methylene Blue
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nanocomposite Cu Fe3O4 Vật Liệu Xúc Tác Tiềm Năng

Trong bối cảnh ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, việc tìm kiếm các giải pháp xử lý hiệu quả và bền vững là vô cùng cấp thiết. Nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp nổi lên như một vật liệu đầy hứa hẹn, đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác quang hóa Fenton để xử lý Methylene Blue (MB). Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về tiềm năng ứng dụng của vật liệu này trong công nghệ xử lý nước thải, đồng thời khám phá các khía cạnh liên quan đến tổng hợp, đặc tính và hiệu quả xúc tác của nó. Các nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng vật liệu nanocomposite này có khả năng hấp phụ và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ một cách hiệu quả, mở ra hướng đi mới cho việc bảo vệ môi trường.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Nanocomposite Cu Fe3O4

Nanocomposite Cu/Fe3O4 là một loại vật liệu tổ hợp, kết hợp giữa các hạt nano đồng (Cu) và oxit sắt từ (Fe3O4). Sự kết hợp này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với việc sử dụng từng thành phần riêng lẻ. Fe3O4 từ tính giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau quá trình xử lý, trong khi Cu kim loại tăng cường khả năng xúc tác. Cấu trúc nanocomposite này thường được gắn trên một giá đỡ, chẳng hạn như carbon xốp, để tăng diện tích bề mặt và cải thiện khả năng phân tán của các hạt nano. Điều này dẫn đến hiệu quả xúc tác cao hơn và độ bền vật liệu được cải thiện.

1.2. Vai Trò Của Carbon Xốp Trong Vật Liệu Xúc Tác

Carbon xốp đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ và phân tán các hạt nano Cu/Fe3O4. Độ xốp vật liệu cao cung cấp diện tích bề mặt lớn, tạo điều kiện cho sự tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất ô nhiễm. Ngoài ra, carbon xốp có thể cải thiện khả năng hấp phụ của vật liệu, giúp tập trung các phân tử Methylene Blue (MB) gần bề mặt xúc tác. Điều này đặc biệt quan trọng trong quá trình xúc tác quang hóa Fenton, nơi ánh sáng đóng vai trò kích hoạt phản ứng. Việc lựa chọn loại carbon và phương pháp tổng hợp phù hợp có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của vật liệu.

II. Thách Thức Xử Lý Methylene Blue Tìm Kiếm Giải Pháp Hiệu Quả

Methylene Blue (MB) là một loại phẩm màu công nghiệp phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong ngành dệt nhuộm, in ấn và sản xuất giấy. Tuy nhiên, ô nhiễm Methylene Blue gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. MB có thể gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp, cũng như ảnh hưởng đến hệ sinh thái dưới nước. Do đó, việc xử lý nước thải chứa MB là một vấn đề cấp bách. Các phương pháp xử lý truyền thống thường không hiệu quả hoặc tốn kém. Xúc tác quang hóa Fenton sử dụng nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp là một giải pháp đầy hứa hẹn, có khả năng phân hủy MB thành các chất ít độc hại hơn.

2.1. Độc Tính Của Methylene Blue Và Tác Động Môi Trường

Methylene Blue (MB) không chỉ gây mất thẩm mỹ cho nguồn nước mà còn tiềm ẩn nhiều nguy cơ đối với sức khỏe con người và động vật thủy sinh. Độc tính Methylene Blue có thể gây ra các vấn đề về hô hấp, tiêu hóa và thậm chí là ung thư. Khi thải ra môi trường, MB có thể tích tụ trong chuỗi thức ăn, gây ảnh hưởng lâu dài đến hệ sinh thái. Do đó, việc loại bỏ MB khỏi nước thải là vô cùng quan trọng để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng.

2.2. Các Phương Pháp Xử Lý Methylene Blue Hiện Tại Và Hạn Chế

Các phương pháp xử lý MB truyền thống bao gồm vật liệu hấp phụ, keo tụ, lọc và oxy hóa hóa học. Tuy nhiên, những phương pháp này thường có những hạn chế nhất định. Vật liệu hấp phụ chỉ chuyển MB từ pha lỏng sang pha rắn, đòi hỏi quá trình xử lý tiếp theo để loại bỏ MB khỏi vật liệu hấp phụ. Keo tụ và lọc có thể không hiệu quả đối với nồng độ MB thấp. Oxy hóa hóa học có thể tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Xúc tác quang hóa Fenton sử dụng nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, có khả năng khắc phục những hạn chế này.

III. Phương Pháp Tổng Hợp Nanocomposite Cu Fe3O4 Tối Ưu Hiệu Quả

Quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp đóng vai trò then chốt trong việc quyết định đặc tính vật liệu và hiệu quả xúc tác. Có nhiều phương pháp tổng hợp khác nhau, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí, độ phức tạp và yêu cầu về kích thước hạt nano, phân tán hạt nano và diện tích bề mặt. Các phương pháp phổ biến bao gồm đồng kết tủa, thủy nhiệt, sol-gel và phương pháp xanh. Việc tối ưu hóa các thông số tổng hợp xanh như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ các chất phản ứng là rất quan trọng để thu được vật liệu có hiệu suất cao.

3.1. Các Phương Pháp Tổng Hợp Nanocomposite Cu Fe3O4 Phổ Biến

Các phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite Cu/Fe3O4 phổ biến bao gồm đồng kết tủa, thủy nhiệt, sol-gel và phương pháp xanh. Phương pháp đồng kết tủa đơn giản và dễ thực hiện, nhưng khó kiểm soát kích thước hạt nano. Phương pháp thủy nhiệt cho phép tổng hợp vật liệu với kích thước hạt nano đồng đều hơn, nhưng đòi hỏi thiết bị chuyên dụng. Phương pháp sol-gel có thể tạo ra vật liệu với diện tích bề mặt lớn, nhưng quá trình tổng hợp phức tạp. Phương pháp xanh sử dụng các chất phản ứng thân thiện với môi trường, nhưng hiệu suất có thể thấp hơn.

3.2. Tối Ưu Hóa Quá Trình Tổng Hợp Để Đạt Hiệu Quả Xúc Tác Cao

Việc tối ưu hóa các thông số phương pháp tổng hợp như nhiệt độ, thời gian và tỷ lệ các chất phản ứng là rất quan trọng để thu được vật liệu có hiệu quả xúc tác cao. Kích thước hạt nano và phân tán hạt nano ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích bề mặt và khả năng tiếp xúc giữa chất xúc tác và chất ô nhiễm. Diện tích bề mặt lớn và sự phân tán tốt của các hạt nano giúp tăng cường khả năng hấp phụ và xúc tác. Ngoài ra, việc kiểm soát tính chất hóa học của bề mặt vật liệu cũng rất quan trọng để cải thiện khả năng xúc tác quang hóa Fenton.

IV. Ứng Dụng Nanocomposite Cu Fe3O4 Trong Xúc Tác Quang Hóa Fenton

Xúc tác quang hóa Fenton là một quá trình oxy hóa nâng cao (AOPs) hiệu quả, sử dụng ánh sáng để kích hoạt phản ứng Fenton. Nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp có khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra các gốc tự do hydroxyl (●OH), có khả năng oxy hóa mạnh mẽ. Các gốc ●OH này có thể phân hủy MB thành các chất ít độc hại hơn hoặc thậm chí là CO2 và H2O. Hiệu quả của quá trình xúc tác quang hóa Fenton phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ chất xúc tác, nồng độ H2O2, pH và cường độ ánh sáng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất xử lý cao.

4.1. Cơ Chế Phản Ứng Fenton Và Vai Trò Của Ánh Sáng

Cơ chế phản ứng Fenton dựa trên sự tương tác giữa ion sắt (Fe2+) và hydro peroxide (H2O2) để tạo ra các gốc tự do hydroxyl (●OH). Các gốc ●OH này có khả năng oxy hóa mạnh mẽ và có thể phân hủy nhiều loại chất ô nhiễm hữu cơ. Ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu quả của quá trình Fenton bằng cách kích thích sự hình thành các gốc ●OH và tái tạo ion sắt (Fe2+). Trong hệ xúc tác quang hóa Fenton, ánh sáng có thể được hấp thụ bởi chất xúc tác bán dẫn, tạo ra các cặp electron-lỗ trống, góp phần vào quá trình oxy hóa.

4.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Xúc Tác Quang Hóa Fenton

Hiệu quả của quá trình xúc tác quang hóa Fenton phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm nồng độ chất xúc tác, nồng độ H2O2, pH và cường độ ánh sáng. Nồng độ chất xúc tác quá cao có thể làm giảm hiệu quả do sự che chắn ánh sáng. Nồng độ H2O2 quá cao có thể dẫn đến sự phân hủy các gốc ●OH. pH tối ưu thường nằm trong khoảng 3-4. Cường độ ánh sáng cao hơn thường dẫn đến hiệu quả xử lý tốt hơn. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất xử lý cao.

V. Đánh Giá Hiệu Quả Và Khả Năng Tái Sử Dụng Vật Liệu Xúc Tác

Việc đánh giá hiệu quả của nanocomposite Cu/Fe3O4 trong việc xử lý Methylene Blue (MB) là rất quan trọng để xác định tiềm năng ứng dụng của vật liệu. Các phương pháp đánh giá hiệu quả bao gồm đo nồng độ MB còn lại trong dung dịch sau quá trình xử lý, xác định động học phản ứng và cơ chế hấp phụ. Ngoài ra, việc đánh giá độ bền vật liệu và khả năng tái sử dụng cũng rất quan trọng để đảm bảo tính kinh tế và bền vững của quá trình xử lý. Vật liệu xúc tác lý tưởng nên có khả năng duy trì hiệu suất cao sau nhiều chu kỳ sử dụng.

5.1. Các Phương Pháp Đánh Giá Hiệu Quả Xử Lý Methylene Blue

Các phương pháp đánh giá hiệu quả xử lý Methylene Blue (MB) bao gồm đo nồng độ MB còn lại trong dung dịch sau quá trình xử lý bằng phương pháp quang phổ UV-Vis, xác định động học phản ứng bằng cách theo dõi sự thay đổi nồng độ MB theo thời gian và nghiên cứu cơ chế hấp phụ bằng cách phân tích các dữ liệu thực nghiệm bằng các mô hình toán học. Các phương pháp phân tích như SEM, TEM, XRD và XPS có thể được sử dụng để xác định đặc tính vật liệu và sự thay đổi của vật liệu sau quá trình xử lý.

5.2. Đánh Giá Độ Bền Và Khả Năng Tái Sử Dụng Vật Liệu

Đánh giá độ bền vật liệu và khả năng tái sử dụng là rất quan trọng để đảm bảo tính kinh tế và bền vững của quá trình xử lý. Vật liệu xúc tác có thể bị mất hoạt tính do sự rửa trôi các hạt nano, sự tắc nghẽn các lỗ xốp hoặc sự thay đổi tính chất hóa học của bề mặt. Khả năng tái sử dụng có thể được đánh giá bằng cách thực hiện nhiều chu kỳ xử lý liên tiếp và đo hiệu suất của vật liệu sau mỗi chu kỳ. Các phương pháp xử lý vật liệu sau khi sử dụng, chẳng hạn như rửa, sấy hoặc nung, có thể được áp dụng để phục hồi hoạt tính của vật liệu.

VI. Kết Luận Và Triển Vọng Nanocomposite Cu Fe3O4 Cho Môi Trường

Nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp là một vật liệu đầy hứa hẹn cho ứng dụng xúc tác quang hóa Fenton để xử lý Methylene Blue (MB). Vật liệu này có nhiều ưu điểm, bao gồm hiệu suất cao, khả năng tái sử dụng và chi phí thấp. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần vượt qua để ứng dụng vật liệu này vào thực tế, bao gồm tối ưu hóa quá trình tổng hợp, cải thiện độ bền và giảm chi phí sản xuất. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc phát triển các phương pháp tổng hợp xanh, khám phá các ứng dụng khác của vật liệu và đánh giá tác động môi trường của quá trình xử lý.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Và Đóng Góp

Nghiên cứu về nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên carbon xốp đã mang lại những kết quả đầy hứa hẹn trong việc xử lý Methylene Blue (MB). Vật liệu này có khả năng hấp phụ và phân hủy MB một cách hiệu quả, đồng thời có thể tái sử dụng nhiều lần. Nghiên cứu này đã đóng góp vào việc phát triển các giải pháp công nghệ xử lý nước tiên tiến và bền vững.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Và Ứng Dụng Thực Tế

Các hướng nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa quá trình tổng hợp, cải thiện độ bền và giảm chi phí sản xuất của nanocomposite Cu/Fe3O4. Ngoài ra, cần khám phá các ứng dụng khác của vật liệu trong việc xử lý các chất ô nhiễm khác và đánh giá tác động môi trường của quá trình xử lý. Việc hợp tác giữa các nhà khoa học, kỹ sư và doanh nghiệp là rất quan trọng để đưa vật liệu này vào ứng dụng thực tế và giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các ngành công nghiệp nhƣ sơn, in, hoá dầu, dệt may, sản xuất thuốc.ngày càng phát triển mạnh, đã góp phần tích cực đến sự phát triển kinh tế đất nƣớc. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực mà nó mang lại thì song song với đó là vô số tác hại rất đáng lo ngại của ngành công nghiệp này gây ra với môi trƣờng. Ở Việt Nam việc nƣớc thải sản xuất công nghiệp vẫn chỉ dừng lại ở việc xử lý sơ bộ, cũng có nhiều cơ sở sản xuất thải trực tiếp ra môi trƣờng dẫn đến môi trƣờng nƣớc ở nhiều nơi bị ô nhiễm nghiêm trọng. Một lƣợng lớn các hợp chất hữu cơ độc hại từ các cơ sở dệt may, in ấn, nhuộm vải vẫn không ngừng đƣợc thải ra môi trƣờng mỗi ngày.

Hầu hết các hợp chất hữu cơ này là những chất khó phân hủy, có độ độc cao sau khi phân tán trong nguồn nƣớc theo chuỗi thức ăn và đi vào cơ thể ngƣời gây ra nhiều loại bệnh nguy hiểm dù chỉ ở hàm lƣợng nhỏ [1]. Do đó, nghiên cứu tách các hợp chất hữu cơ độc hại từ các nguồn nƣớc bị ô nhiễm để bảo vệ sức khỏe cộng đồng là vấn đề quan trọng và đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm. Hiện nay, phƣơng pháp hấp phụ và oxy hóa nâng cao (AOPs -Advanced oxidation processes) đƣợc áp dụng rộng rãi ở quy mô công nghiệp bởi chúng có thể đƣợc sử dụng trong các quy trình xử lý liên tục, dễ vận hành, ít tạo bùn, chi phí thấp và xử lý đƣợc nhiều loại chất thải hữu cơ khác nhau ngay khi ở nồng độ thấp. Các vật liệu sau khi xử lý còn có thể đƣợc thu hồi tái sử dụng để giảm chi phí nguyên vật liệu đầu vào, đây là một ƣu điểm lớn của hai phƣơng pháp trên [2].

Nếu nhƣ phƣơng pháp hấp phụ chỉ giữ các chất ô nhiễm bên trong vật liệu hấp phụ mà không xử lý triệt để chúng, trong khi quá trình oxi hóa nâng cao bằng cách tạo ra các gốc tự do hydroxyl (●OH) có khả năng oxy hóa cao, có thể chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy thành các chất dễ phân hủy, ít độc hại hoặc phân hủy hoàn toàn chúng thành CO2 và H2O [3]. Trong số các phƣơng pháp AOPs, phƣơng pháp Fenton (quá 1 trình tạo ra các gốc ●OH dựa trên phản ứng giữa Fe2+ và H2O2) đƣợc các nhà khoa học chú ý nhiều bởi vì hiệu suất xử lý cao, quy trình công nghệ đơn giản, vật liệu rẻ [4]. Tuy nhiên phƣơng pháp xúc tác Fenton đồng thể truyền thống có những hạn chế nhất định nhƣ chỉ áp dụng ở khoảng pH giới hạn (pH<4), tạo bùn nhiều và dễ mất chất xúc tác (Fe2+) trong quá trình xử lý [5]. Do đó, phƣơng pháp xúc tác Fenton dị thể đã đƣợc phát triển để khắc phục các nhƣợc điểm trên.

Trong phƣơng pháp này, các gốc ●OH đƣợc tạo ra từ sự phân hủy H2O2 do xúc tác dạng rắn có chứa các nguyên tố kim loại nhƣ Fe, Cu, Al, Mn,…và chúng có thể sử dụng đƣợc ở khoảng pH >4, không tạo bùn và tái sử dụng đƣợc nhiều lần. Ngoài ra, đối với hệ Fenton dị thể bán dẫn, khả năng xúc tác có thể đƣợc tăng cƣờng đáng kể khi có sự chiếu sáng (còn đƣợc gọi là phƣơng pháp xúc tác quang hóa Fenton dị thể). Khi chiếu sáng, các electron (e-) ở vùng hóa trị (valence band) của chất xúc tác bán dẫn nhận đƣợc năng lƣợng kích thích và di chuyển lên vùng dẫn (conduction band) tạo ra nhiều lỗ trống (h+) ở vùng hóa trị. Các e- đƣợc tạo ra sẽ thúc đẩy quá trình phân hủy H2O2 tạo nhiều ●OH hơn so với trƣờng hợp không có sự tham gia của ánh sáng [6].

Trong khi đó các lỗ trống h+ cũng có thể tham gia vào quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ [7]. Chính vì vậy, phƣơng pháp xúc tác quang hóa Fenton dị thể (Heterogeneous photo-Fenton catalysis) đƣợc xem nhƣ là một lựa chọn tốt cho quá trình xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ nói chung và phẩm màu nhuộm nói riêng. Hiện nay, các oxit sắt đƣợc dùng khá phổ biến trong xúc tác quang hóa Fenton dị thể nhờ có hoạt tính xúc tác cao và tổng hợp dễ dàng với chi phí thấp. Trong đó, nano sắt từ Fe3O4 đƣợc chú ý hơn cả do có diện tích bề mặt lớn và trong cấu trúc tinh thể của nó có sự tồn tại của Fe(II) và Fe(III), cả hai dạng hóa trị này của sắt đều có khả năng xúc tác phân hủy H2O2 tạo gốc tự do hydroxyl.

Đặc biệt, do có sở hữu từ tính nên rất dễ dàng thu hồi Fe3O4 bằng từ trƣờng sau khi sử dụng [8]. Bên cạnh đó, kết quả của nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng khả năng xúc tác của Fe3O4 đƣợc gia tăng đáng kể khi tạo composite với các nano kim loại nhƣ Au, Pd, Pt, Ag hoặc oxide kim loại nhƣ MnO2, ZnO, TiO2. Tuy nhiên việc sử dụng các kim loại quý, đắt tiền nhƣ trên sẽ làm tăng giá thành của vật liệu và hạn chế áp dụng ở quy mô lớn. 2 Do đó, các kim loại rẻ hơn, nguồn cung cấp dồi dào, dễ tổng hợp, thân thiện với môi trƣờng và có khả năng xúc tác cao nhƣ nano đồng (Cu) đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu thay thế các kim loại quý hiếm [9].

Theo kết quả khảo sát của nhiều nhà nghiên cứu, khi tích hợp Cu với Fe3O4 để tạo nanocomposite Cu/Fe3O4, khả năng xúc tác của vật liệu này đƣợc gia tăng đáng kể nhờ hiệu ứng xúc tác cộng hƣởng [10]. Tuy nhiên, do kích thƣớc nhỏ, năng lƣợng bề mặt cao nên các hạt nanocomposite Cu/Fe3O4 rất dễ kết tụ tạo thành các hạt lớn hơn làm giảm hiệu suất xúc tác. Hơn nữa, rất khó có thể thu hồi hoàn toàn các hạt xúc tác có kích thƣớc nano. Một trong những phƣơng pháp hữu hiệu để giải quyết vấn đề này là sử dụng các giá thể để cố định các hạt xúc tác.

Các giá thể này, một mặt giúp cố định các hạt xúc tác tránh không cho chúng kết tụ, mặt khác, chúng có thể kéo các chất xử lý lại gần tâm xúc tác thông qua khả năng hấp phụ giúp quá trình xúc tác đạt hiệu quả cao hơn [11]. Cho đến nay, các vật liệu trên cơ sở carbon nhƣ graphen, than hoạt tính, ống nano carbon đƣợc xem là các ứng cử viên tiềm năng dùng làm giá thể xúc tác do chúng có độ xốp cao, diện tích bề mặt lớn, bền hóa và bền nhiệt trong môi trƣờng xử lý. Một loại vật liệu cacbon khác cũng đƣợc sử dụng phổ biến làm giá thể để cố định các hạt xúc tác nano đó là carbon giàu các nhóm chức cacboxylate (carboxylate– rich carbon, CRC). Khác với vật liệu cacbon thông thƣờng, CRC có nhiều nhóm chức cacboxylat nên có thể phân tán tốt trong nƣớc và cố định tốt các hạt nano kim loại hoặc oxit kim loại nhờ liên kết chặt chẽ giữa các nhóm này với ion kim loại [12].

Các đặc tính của CRC nhƣ cấu trúc xốp, diện tích bề mặt lớn và có nhiều nhóm chức là ƣu điểm nổi bật cho các ứng dụng hấp phụ và xúc tác. Ngoài ra, các nhóm cacboxylat trên bề mặt của CRC có khả năng tạo phức chuyển điện tích (ligand-to-metal charge transfer complex) với nhiều ion kim loại của vật liệu xúc tác, các phức này làm tăng khả năng hấp phụ ánh sáng của vật liệu trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Điều này rất có lợi cho ứng dụng xúc tác quang hóa Fenton dị thể ở vùng khả kiến [12]. 3 Dựa vào những lý do trên, luận văn này hƣớng đến nghiên cứu “Tổng hợp nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên cacbon xốp giàu cacboxylat ứng dụng làm vật liệu xúc tác quang hóa Fenton xử lý methylene blue” với những mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể dƣới đây.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là phát triển phƣơng pháp đơn giản để tổng hợp nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên cacbon xốp giàu cacboxylate (Cu/Fe3O4@CRC) ứng dụng để xử lý phẩm màu nhuộm bằng phƣơng pháp quang hóa Fenton. Khả năng xúc tác của vật liệu sẽ đƣợc đánh thông qua khả năng phân hủy phẩm màu nhuộm điển hình methylene blue (MB). Để đạt đƣợc mục đích trên cần giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu sau:  Tối ƣu quá trình tổng hợp (ảnh hƣởng thời gian, nhiệt độ, tỉ lệ mol Fe/Cu) để thu đƣợc vật liệu Cu/Fe3O4@CRC có khả năng hấp phụ và xúc tác tốt nhất;  Xác định các đặc trƣng của Cu/Fe3O4@CRC bằng các phƣơng pháp phân tích hóa lý hiện đại nhƣ XRD, FT–IR, EDX, SEM, TEM, BET, VSM;  Đƣa ra điều kiện khảo sát của quá trình hấp phụ và quang Fenton của Cu/Fe3O4@CRC đối với phẩm màu nhuộm MB;  Nghiên cứu cơ chế xúc tác của vật liệu;  Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Quy trình tổng hợp vật liệu hấp phụ/xúc tác Cu/Fe3O4@CRC.

Khảo sát khả năng hấp phụ và xúc tác quang hóa Fenton của Cu/Fe3O4@CRC đối với phẩm màu nhuộm MB.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài “Tổng hợp nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên cacbon xốp giàu cacboxylat ứng dụng làm vật liệu xúc tác quang hóa Fenton xử lý methylene blue ” đã thực hiện:  Tổng hợp tổng hợp vật liệu hấp phụ/xúc tác Cu/Fe3O4@CRC  Khảo sát đặc trƣng hóa lý của vật liệu Cu/Fe3O4@CRC  Khảo sát khả năng hấp phụ và khả năng xúc tác của vật liệu Cu/Fe3O4@CRC  Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu Cu/Fe3O4@CRC 4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu  Cách tiếp cận: tổng quan các công bố chất lƣợng trong lĩnh vực nghiên cứu để chọn lựa phƣơng pháp tổng hợp thực nghiệm phù hợp. Dựa trên kết quả thu đƣợc, đánh giá hiệu suất và điều chỉnh phƣơng pháp để thu đƣợc vật liệu có hiệu suất xử lý tốt nhất.  Phƣơng pháp nghiên cứu: Thực nghiệm, phân tích, xử lý số liệu và đánh giá kết quả thu đƣợc.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học  Phát triển thành công phƣơng pháp đơn giản để tổng hợp nanocomposite Cu/Fe3O4 gắn trên cacbon xốp giàu cacbonxylate để làm xúc tác quang hóa Fenton;  Tìm ra các điều kiện khảo sát cho quá trình quang hóa Fenton của Cu/Fe3O4@CRC đối với phẩm màu nhuộm MB.  Giải thích đƣợc cơ chế xử lý phẩm màu nhuộm của vật liệu nanocomposite Cu/ Fe3O4@CRC.2 Ý nghĩa thực tiễn Trong đề tài này, đƣa ra phƣơng pháp đơn giản để tổng hợp nanocomposite Cu/Fe3O4 cố định trên carbon xốp giàu cacboxylate dùng để xử lý phẩm màu nhuộm 5 ô nhiễm trong nƣớc thải.