Tổng hợp vật liệu carbon từ lõi mít ứng dụng trong xử lý môi trường - Nghiên cứu thạc sĩ kỹ thuật hóa học

• Tác giả: Lê Phú Thịnh
• Người hướng dẫn: Assoc. Lê Thị Kim Phụng
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Chemical Engineering
• Đề tài: Tổng hợp vật liệu carbon từ lõi mít ứng dụng xử lý môi trường
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• TÓM TẮT
• GUARANTEE
• 1. TABLE OF CONTENTS
• 2. Current situations of jackfruit in Vietnam
• 3. Jackfruit core
• 4. Textile dye wastewater and remediation techniques
• 4.1. Textile dye wastewater
• 4.2. Wastewater treatment methods
• 4.3. Peroxymonosulfate (PMS) activation results in oxidizing agents for the decomposition of organic contaminants as AOPs
• 4.4. The activated methods of PMS
• 4.5. Homogenous transition metals for activation of PMS
• 4.6. Heterogeneous transition metals for PMS activation
• 4.7. PMS activation by UV irradiation
• 4.8. PMS activation by ultrasound and conduction electron
• 4.9. Solid supporter types for the synthesis of cobalt-doped material
• 4.9.1. Metal oxides/hydroxides
• 4.9.2. Carbon-based materials
• 4.9.3. Other solid substrates
• 4.10. Current studies of the utilization of Co-doped carbon for heterogeneous PMS activation to degrade organic pollutants
• 5. Research objectives and contents
• 6. Materials and instruments
• 6.1. Experimental equipment and instruments
• 7. Fabrication of aerogel derived from jackfruit core
• 8. Fabrication of cobalt-doped carbon
• 9. Degradation of dye via advanced oxidation processes
• 10. Determination of dye removal efficiency
• 11. Point of zero charge (pHpzc)
• 12. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
• 13. Field Emission Scanning Electron Microscopes (FE-SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS)
• 14. RESULTS AND DISCUSSION
• 14.1. Investigating the effect of pyrolysis temperature on the Co-JA
• 14.2. Investigating the effect of loading cobalt content on the Co-JA
• 14.3. Investigating the effect of catalyst dosages on MB removal efficiency
• 14.4. Investigating the effect of PMS concentrations on MB removal efficiency
• 14.5. Investigating the effect of MB concentrations on MB removal efficiency
• 14.6. Investigating the effect of temperature on MB removal efficiency
• 14.7. Investigating the effect of pH values on MB removal efficiency
• 14.8. Investigating the effect of anions on MB removal efficiency
• 14.9. Identification of main reactive oxidized species
• 14.10. Investigating the regeneration of the cobalt-doped carbon
• 14.11. Investigating the ability of Co-JA-350 to decompose dyes
• 15. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• LIST OF ABBREVIATIONS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES

I. Tổng quan về vật liệu carbon từ lõi mít

Vật liệu carbon được tổng hợp từ lõi mít là một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Lõi mít, một phế phẩm nông nghiệp, được xử lý qua quá trình thủy nhiệt và nhiệt phân để tạo ra nguồn carbon. Quá trình này không chỉ tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có mà còn góp phần giảm thiểu chất thải nông nghiệp. Vật liệu carbon từ lõi mít có tiềm năng lớn trong việc xử lý môi trường, đặc biệt là trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ như thuốc nhuộm từ nước thải công nghiệp.

1.1. Quy trình tổng hợp vật liệu carbon

Quy trình tổng hợp vật liệu carbon từ lõi mít bao gồm các bước chính: tiền xử lý lõi mít, thủy nhiệt, và nhiệt phân. Lõi mít được làm sạch và nghiền nhỏ trước khi đưa vào quá trình thủy nhiệt để loại bỏ các tạp chất hữu cơ. Sau đó, vật liệu được nhiệt phân ở nhiệt độ cao để tạo ra carbon có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn. Quá trình này được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao trong việc hấp phụ và phân hủy các chất ô nhiễm.

1.2. Đặc tính của vật liệu carbon từ lõi mít

Vật liệu carbon từ lõi mít có cấu trúc xốp và diện tích bề mặt lớn, điều này làm tăng khả năng hấp phụ các chất ô nhiễm. Các phân tích SEM và FTIR cho thấy vật liệu có cấu trúc đồng nhất và chứa các nhóm chức hóa học có khả năng tương tác với các phân tử thuốc nhuộm. Ngoài ra, việc bổ sung cobalt vào vật liệu carbon giúp tăng cường khả năng xúc tác trong quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm.

II. Ứng dụng vật liệu carbon trong xử lý môi trường

Vật liệu carbon từ lõi mít được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường, đặc biệt là trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ từ nước thải công nghiệp. Nghiên cứu cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy hiệu quả các loại thuốc nhuộm như methylene blue với hiệu suất loại bỏ lên đến 87,2% trong vòng 20 phút. Công nghệ xử lý môi trường sử dụng vật liệu carbon từ lõi mít không chỉ hiệu quả mà còn thân thiện với môi trường, giúp tái sử dụng phế phẩm nông nghiệp.

2.1. Hiệu quả xử lý thuốc nhuộm

Nghiên cứu đã chứng minh rằng vật liệu carbon từ lõi mít có khả năng phân hủy methylene blue với hiệu suất cao. Quá trình phân hủy được thúc đẩy bởi sự hình thành các gốc tự do như SO• và OH• thông qua việc kích hoạt PMS. Kết quả cho thấy hiệu suất loại bỏ đạt 87,2% trong vòng 20 phút. Ngoài ra, vật liệu này cũng có khả năng tái sử dụng, duy trì hiệu suất loại bỏ trên 50% sau 9 chu kỳ sử dụng.

2.2. Ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Vật liệu carbon từ lõi mít được ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là trong ngành dệt may. Nghiên cứu cho thấy vật liệu này có khả năng loại bỏ hiệu quả nhiều loại thuốc nhuộm khác nhau, với hiệu suất loại bỏ cao nhất đạt 90,3%. Điều này làm nổi bật tiềm năng của vật liệu carbon trong việc xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

III. Đánh giá và triển vọng của nghiên cứu

Nghiên cứu về vật liệu carbon từ lõi mít đã chứng minh được giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn cao. Luận văn thạc sĩ này không chỉ đóng góp vào lĩnh vực kỹ thuật hóa học mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc tận dụng phế phẩm nông nghiệp để tạo ra các vật liệu thân thiện với môi trường. Công nghệ xử lý môi trường sử dụng vật liệu carbon từ lõi mít có tiềm năng lớn trong việc giải quyết các vấn đề ô nhiễm nước thải công nghiệp.

3.1. Giá trị khoa học của nghiên cứu

Nghiên cứu này đã đóng góp vào việc phát triển vật liệu carbon từ lõi mít, một nguồn nguyên liệu tái tạo và thân thiện với môi trường. Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu này có khả năng phân hủy hiệu quả các chất ô nhiễm hữu cơ, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật hóa học. Luận văn thạc sĩ này cũng cung cấp các dữ liệu quan trọng về quy trình tổng hợp và ứng dụng của vật liệu carbon trong xử lý môi trường.

3.2. Triển vọng ứng dụng trong tương lai

Với những kết quả tích cực từ nghiên cứu, vật liệu carbon từ lõi mít có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường. Công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm nước thải công nghiệp mà còn góp phần tận dụng phế phẩm nông nghiệp, tạo ra các sản phẩm có giá trị kinh tế cao. Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng để tối ưu hóa quy trình và ứng dụng vật liệu carbon trong các lĩnh vực khác như xử lý khí thải và lọc nước.