Các chất gây ô nhiễm được thải ra ngoài môi trường với hàm lượng ngày càng tăng gây ra tác động xấu đến môi trường và cơ thể con người. Trong đó, các hợp chất phenolic từ công nghiệp sản xuất là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm do khả năng phân hủy kém, độc tính cao, thời gian tồn tại kéo dài và tác động xấu đến sức khỏe con người và môi trường. Việc xử lý các hợp chất phenolic trong nước đang được quan tâm với nhiều phương pháp đã được phát triển như quang xúc tác, trích ly, sinh học, hấp phụ,...
Phương pháp hấp phụ có nhiều ưu điểm và đang được sử dụng phổ biến nhưng việc sử dụng các loại vật liệu hấp phụ truyền thống (than hoạt tính, zeolite, polymer,...) để xử lý vẫn chưa mang lại hiệu quả tối ưu. Những năm gần đây, vật liệu nanocomposite oxit sắt từ/graphene aerogel (Fe3O4/GA) với khối lượng riêng thấp, độ xốp cao, diện tích bề mặt riêng lớn, được xem là vật liệu hấp phụ tiềm năng trong xử lý các hợp chất phenolic.
Trong đề tài nêu trên, GA đã được tổng hợp từ GO (graphene oxit) bằng phương pháp khử hóa học và xác định được chất khử phù hợp là EDA (ethylenediamine) với điều kiện: nồng độ GO 5 mg/mL, tỷ lệ EDA:GO là 1:2, nhiệt độ 900C và thời gian 6 giờ. Điều kiện sấy thăng hoa phù hợp đã được xác định với nhiệt độ cấp đông -600C và áp suất sấy 0,8 mbar. Sản phẩm GA tạo thành có khối lượng riêng thấp 5-7mg/cm3 và cấu trúc mạng lưới 3D với các lỗ xốp có kích thước 30-50 µm.
Vật liệu Fe3O4/GA đã được tổng hợp thành công theo phương pháp phối trộn huyền phù với tỷ lệ F3O4:GO là 1:1, nhiệt độ phản ứng là 900C và thời gian phản ứng là 12 giờ. Kết quả phân tích đặc tính cho thấy GO đã bị khử thành rGO (graphene oxit dạng khử) và các hạt nano F3O4 với kích thước 15-20 nm đã liên kết với bề mặt GA. Sản phẩm Fe3O4/GA có khối lượng riêng thấp (28,22 mg/cm3), cấu trúc cacbon lai hóa sp2 phục hồi cao với tỷ lệ ID/IG là 1,16; kích thước lỗ xốp lớn 30-40 µm.
Quá trình hấp phụ phenolic của Fe3O4/GA phù hợp với mô hình động học bậc hai và đẳng nhiệt Langmuir. Dung lượng hấp phụ cực đại của Fe3O4/GA đối với phenol, BPA (bisphenol A), p-cresol và p-nitrophenol được xác định lần lượt là 117,65; 253,85; 144,93 và 357,14 mg/g. Xác định được số lần rửa giải với dung dịch NaOH phù hợp là 5 lần. Vật liệu Fe3O4/GA có khả năng tái sử dụng qua 5 chu kỳ với hiệu suất xử lý cao (H > 70%).
Nhóm tác giả cũng khảo sát quá trình hấp phụ phenolic của Fe3O4/GA trên mô hình động để xác định các thông số kỹ thuật áp dụng vào xử lý phenolic trong thực tế, đồng thời đề xuất quy trình cụ thể ứng dụng vật liệu này vào xử lý hợp chất phenolic trong nước thải từ nhà máy sản xuất nhựa, dược phẩm trong công nghiệp.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài tại Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ (CESTI).
Lam Vân (CESTI)