NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU ZEOLITE ZSM-5 TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU TRONG NƯỚC, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG
Hóa vô cơ (Mã số: 9.44.01.13)
Luận án "Nghiên cứu tổng hợp vật liệu zeolite ZSM-5 từ nguồn nguyên liệu trong nước, định hướng ứng dụng trong xử lý môi trường" của Nguyễn Duy Khôi, chuyên ngành Hóa vô cơ, mã số 9.44.01.13, được hoàn thành tại Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam và Trường Đại học Nguyễn Tất Thành vào năm 2024.
Đề tài xuất phát từ tính cấp thiết của việc tổng hợp zeolit ZSM-5, một vật liệu có nhiều ứng dụng quan trọng như chất xúc tác và hấp phụ xử lý ô nhiễm, nhưng gặp khó khăn về giá thành nguyên vật liệu cao và vấn đề ô nhiễm môi trường trong quá trình tổng hợp quy mô lớn. Mục tiêu chính là tổng hợp vật liệu zeolit ZSM-5 từ nguồn nguyên liệu tự nhiên trong nước, nâng cao hiệu quả tổng hợp bằng việc sử dụng chất hỗ trợ tạo cấu trúc từ dịch chiết tự nhiên, và ứng dụng vật liệu này để xử lý ion kim loại nặng Pb2+ cũng như Iốt phóng xạ trong dung dịch nước.
Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp zeolit ZSM-5 từ đất sét bentonit Lâm Đồng và sử dụng nước luộc bắp làm chất hỗ trợ tạo cấu trúc. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp như điều kiện già hóa (nhiệt độ, thời gian) và thủy nhiệt đã được khảo sát chi tiết. Luận án cũng nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại Pb2+ và Iốt (không phóng xạ và phóng xạ 131I) của vật liệu ZSM-5 tổng hợp được, thông qua việc khảo sát các yếu tố ảnh hưởng, động học, đẳng nhiệt và cơ chế hấp phụ.
Kết quả nghiên cứu đã đưa ra quy trình tối ưu để tổng hợp ZSM-5 từ đất sét bentonit Lâm Đồng với điều kiện già hóa tối ưu là nhiệt độ phòng, 60 giờ và thủy nhiệt 170°C, 18 giờ. Đồng thời, việc sử dụng nước luộc bắp đã giảm đáng kể lượng chất tạo cấu trúc thương mại TPA-Br (85%) và tăng khối lượng sản phẩm hơn hai lần. Vật liệu ZSM-5 tổng hợp cho thấy khả năng hấp phụ Pb2+ hiệu quả với pH tối ưu 5,5 và dung lượng hấp phụ cực đại 48,08 mg/g, tuân theo mô hình Sips và cơ chế hấp phụ đa dạng (trao đổi ion, tĩnh điện, khuếch tán lỗ xốp). Đối với Iốt không phóng xạ, điều kiện hấp phụ tối ưu là pH 2,0, thời gian 42 giờ, tuân theo mô hình Freundlich và động học khuếch tán nội hạt. Đặc biệt, vật liệu ZSM-5 dạng hạt composit đã xử lý hiệu quả Iốt phóng xạ 131I trong dung dịch nước bằng phương pháp cột, đạt hiệu suất hấp phụ hơn 90% sau 7 chu kỳ.
Luận án có ý nghĩa khoa học trong việc giải thích sự hình thành, kết tinh và cơ chế hấp phụ của ZSM-5, đồng thời mang lại ý nghĩa thực tiễn cao trong việc phát triển vật liệu xử lý ô nhiễm từ nguồn nguyên liệu tự nhiên trong nước, hướng tới ứng dụng trong công nghiệp và y tế.