Nghiên cứu vật liệu nanocomposite xử lý chất thải công nghiệp

TS Lữ Thị Mộng Thy (Trường ĐH Công nghiệp thực phẩm TPHCM) đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano oxit kim loại từ tính, trên cơ sở Graphen oxit, có thể ứng dụng trong xử lý kim loại nặng và chất màu độc hại có trong nước thải.

TS Thy thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Hiện nay, tình trạng chất thải công nghiệp đang đe dọa nghiêm trọng đến môi trường. Trong đó, chất thải từ các nhà máy của nhiều ngành công nghiệp như luyện kim, xi mạ, sơn, pin, thuộc da, dệt nhuộm, hóa chất,… chứa rất nhiều chất độc hại. Đặc biệt là nồng độ ion kim loại nặng (asen, chì, niken, đồng, mangan,…), và chất màu hữu cơ (methylen, congo đỏ,..) trong môi trường nước đang ở mức báo động cũng như gây ra hậu quả nghiêm trọng cho môi trường. Vì vậy, việc loại bỏ kim loại nặng và chất màu hữu cơ khỏi nguồn nước ô nhiễm là một trong những vấn đề cần thiết hiện nay.

Nhiều phương pháp đã được áp dụng để xử lý nước nhiễm ion kim loại nặng và chất màu hữu cơ như sử dụng màng lọc, hấp phụ, oxy hóa, keo tụ, trao đổi ion, phân hủy sinh học,… Gần đây, graphen oxit (GO) là một trong những vật liệu cấu trúc nano cacbon, nhờ vào khả năng hấp phụ cao và diện tích bề mặt riêng lớn. Vật liệu GO phân tán tốt trong môi trường nước, có khả năng liên kết với ion kim loại, chất màu trong dung dịch, được xem là vật liệu hấp phụ tiềm năng. Đặc biệt, GO có lợi thế rất lớn trong việc loại bỏ kim loại nặng và chất màu trong dung dịch nước.

Tuy nhiên, tấm GO có xu hướng xếp chồng lên nhau, làm giảm độ bền cơ tính và diện tích tiếp xúc, hạn chế khả năng hấp phụ. Đồng thời, GO có kích thước nano nên khó thu hồi sau khi sử dụng. Vì vậy, giải pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite trên cơ sở GO kết hợp oxit từ tính để tăng khả năng thu hồi và tái sử dụng được TS Lữ Thị Mộng Thy nghiên cứu.

TS Thy cho biết, có nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy những tính chất ưu việt của vật liệu nanocomposite giữa oxit từ tính và GO cũng như tiềm năng ứng dụng trong xử lý các tác nhân ô nhiễm, cụ thể là kim loại nặng và chất màu hữu cơ. Tuy nhiên, việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng giữa oxit từ tính và GO đến hiệu quả xử lý chất ô nhiễm kim loại nặng, chất màu hữu cơ vẫn chưa được chú trọng. Bên cạnh đó, đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu để tìm ra mô hình hấp phụ, cơ chế phù hợp; đặc biệt là khả năng thu hồi và tái sử dụng của vật liệu chưa được đánh giá.

Theo đó, hai loại vật liệu nanocomposite Fe3O4/GO và MnFe2O4/GO đã được TS Thy tổng hợp thành công bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giản, với xúc tác Fenton. Vật liệu tổng hợp có sự phân bố các hạt nano oxit với kích thước nhỏ, đồng đều từ 10 - 25 nm, dễ thu hồi, và tái sử dụng bằng từ trường ngoài (nam châm). Vật liệu giữ được khả năng từ tính cao và ổn định trong quá trình ứng dụng hấp phụ.

Nghiên cứu cũng đã tìm được tỷ lệ phù hợp của Fe3O4/GO và MnFe2O4/GO để hấp phụ từng kim loại nặng và chất màu trong nước. Khả năng thu hồi và tái sử dụng vật liệu với hiệu suất thu hồi, tái sử dụng cao (hơn 70%). Trong đó, Fe3O4/GO với từ tính cao hơn có khả năng hấp phụ chất màu hữu cơ xanh methylen (MB), còn MnFe2O4/GO chủ yếu hấp phụ kim loại nặng như chì, arsenic, niken,...Bộ thông số điều kiện hấp phụ tối ưu của các vật liệu này, tạo cơ sở để tư vấn, áp dụng cho các đơn vị xử lý nước thải.

Đề tài “Tổng hợp vật liệu nanocomposite oxit kim loại trên cơ sở graphen oxit ứng dụng hấp phụ kim loại nặng, chất màu hữu cơ trong nước”, cũng là luận án tiến sĩ, được TS Thy thực hiện từ năm 2018, tại Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TPHCM, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Mai Thanh Phong và PGS.TS Nguyễn Hữu Hiếu (Khoa Kỹ thuật Hóa học).

TS Thy cũng là tác giả của 6 bài báo quốc tế thuộc hệ thống ISI/Scopus (Tạp chí FlatChem, Advances in Natural Sciences, Chemical Physics, Adsorption Science & Technology, Chemical Engineering Transactions, Vietnam Journal of Chemistry), với tổng hệ số trích dẫn bài báo IF = 11,807, có nội dung công bố thuộc luận án tiến sĩ nói trên và được miễn phản biện độc lập, dù không nằm trong diện ưu tiên miễn phản biện.

Khoahocphattrien