I. Tổng hợp than hoạt tính từ bẹ lá dừa nước
Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp than hoạt tính (MAC) từ bẹ lá dừa nước, một nguồn sinh khối phong phú và chưa được khai thác hiệu quả tại Việt Nam. Quá trình tổng hợp sử dụng phương pháp nhiệt phân một bước với sự hỗ trợ của FeCl3 và KOH để tạo ra vật liệu có cấu trúc xốp và từ tính. MAC được đánh giá qua các phương pháp phân tích như XRD, FTIR, và SEM, cho thấy sự hiện diện của Fe0 và Fe3O4 trong cấu trúc vật liệu. Diện tích bề mặt riêng của MAC đạt 479 m²/g, thể hiện tiềm năng ứng dụng trong xử lý môi trường.
1.1. Quy trình tổng hợp MAC
Quy trình tổng hợp MAC bao gồm việc tẩm bẹ lá dừa nước với FeCl3 và KOH, sau đó tiến hành nhiệt phân ở nhiệt độ cao. Phương pháp này cho phép đồng thời tạo ra các hạt từ tính và hoạt hóa bề mặt vật liệu. Kết quả cho thấy MAC có cấu trúc xốp tốt hơn so với than sinh học từ tính (MBC), với diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp cao hơn đáng kể.
1.2. Đặc tính vật liệu
MAC được đặc trưng bởi sự hiện diện của Fe0 và Fe3O4, mang lại từ tính mạnh với độ bão hòa từ đạt 45,6 emu/g. Các phân tích XRD và FTIR xác nhận cấu trúc tinh thể và các nhóm chức trên bề mặt vật liệu. Điều này giúp MAC không chỉ có khả năng hấp phụ mà còn có thể đóng vai trò xúc tác trong các phản ứng oxy hóa.
II. Xúc tác phân hủy methyl orange bằng H2O2
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của MAC trong việc xúc tác phân hủy methyl orange (MO) bằng H2O2. Kết quả cho thấy, với điều kiện tối ưu (0,50 g/L MAC, 500 ppm H2O2, pH 4,0), MAC có thể phân hủy 87,0% MO sau 180 phút. Phản ứng tuân theo động học bậc nhất với hằng số tốc độ 0,0119 phút⁻¹ và năng lượng hoạt hóa 48,7 kJ/mol. Điều này chứng minh tiềm năng của MAC trong xử lý nước thải chứa chất màu.
2.1. Cơ chế phản ứng
Quá trình phân hủy MO được thúc đẩy bởi phản ứng oxy hóa nâng cao, trong đó H2O2 được kích hoạt bởi các hạt Fe0 và Fe3O4 trên bề mặt MAC. Các gốc hydroxyl tự do (•OH) được tạo ra đóng vai trò chính trong việc phân hủy MO thành các sản phẩm vô hại. Cơ chế này được hỗ trợ bởi các phân tích động học và quang phổ.
2.2. Ứng dụng thực tế
MAC không chỉ hiệu quả trong việc xử lý MO mà còn có thể ứng dụng rộng rãi trong xử lý các chất hữu cơ gây ô nhiễm khác. Khả năng tách từ tính của MAC giúp quá trình xử lý trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí. Điều này mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực hóa học môi trường và công nghệ xử lý nước thải.
III. Ý nghĩa và ứng dụng của nghiên cứu
Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của bẹ lá dừa nước trong việc tổng hợp than hoạt tính từ tính (MAC), một vật liệu đa chức năng trong xử lý môi trường. MAC không chỉ có khả năng hấp phụ mà còn đóng vai trò xúc tác hiệu quả trong các phản ứng oxy hóa. Kết quả nghiên cứu góp phần vào sự phát triển của hóa học xanh và công nghệ môi trường, đồng thời tạo ra giá trị kinh tế từ nguồn sinh khối dồi dào tại Việt Nam.
3.1. Giá trị khoa học
Nghiên cứu cung cấp một phương pháp tổng hợp MAC hiệu quả từ nguồn sinh khối tái tạo, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đồng thời, nghiên cứu cũng làm sáng tỏ cơ chế xúc tác của MAC trong quá trình phân hủy MO, mở ra hướng ứng dụng mới trong xử lý nước thải công nghiệp.
3.2. Giá trị thực tiễn
Việc sử dụng bẹ lá dừa nước để tổng hợp MAC không chỉ giúp tận dụng nguồn sinh khối dồi dào mà còn góp phần bảo vệ hệ sinh thái rừng ngập mặn. MAC có thể được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải, giúp giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu quả xử lý.
