Tên luận án:
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỪ TÍNH TRÊN NỀN GRAPHIT VIỆT NAM ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Ô NHIỄM MÀU HỮU CƠ (CONGO RED)
Ngành:
Vật Liệu Cao Phân Tử Và Tổ Hợp
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất màu dệt, nhuộm, đặc biệt là Congo Red, đang gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống và sức khỏe con người ở Việt Nam và trên thế giới. Các phương pháp xử lý hiện có còn tồn tại nhiều hạn chế về hiệu quả và tính thân thiện với môi trường.
Với định hướng phát triển vật liệu xử lý mới, nghiên cứu này đề xuất và thực hiện tổng hợp vật liệu từ tính lai (EG@MFe2O4), sử dụng nền graphit Việt Nam và các kim loại Ni, Co, Mn, nhằm ứng dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm chất màu hữu cơ độc hại. Mục tiêu chính là nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo vật liệu graphit mang từ tính từ graphit dạng vảy của Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu bao gồm: tổng hợp graphit tróc nở (EG) từ graphit khu vực Yên Bái bằng phương pháp hóa học có hỗ trợ vi sóng; tổng hợp vật liệu EG-MFe2O4 (M=Co, Ni, Mn) bằng phương pháp tự bắt cháy sol-gel; phân tích và xác định các tính chất đặc trưng, cấu trúc, hình thái và tính từ tính của vật liệu EG và EG-MFe2O4 bằng các phương pháp hiện đại như XRD, EDS, SEM, FTIR, VSM, BET, XPS. Đồng thời, luận án đánh giá khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Congo Red của các vật liệu này, nghiên cứu động học, nhiệt động học, đẳng nhiệt hấp phụ, cơ chế hấp phụ và khả năng tái chế vật liệu.
Kết quả cho thấy, vật liệu EG được điều chế thành công với các điều kiện tối ưu, và ba loại vật liệu EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4 cũng được tổng hợp thành công. Các vật liệu này thể hiện khả năng hấp phụ Congo Red cao, với dung lượng hấp phụ tối ưu lần lượt là 87,46 mg/g (EG@CoFe2O4), 86,90 mg/g (EG@NiFe2O4) và 62 mg/g (EG@MnFe2O4) dưới các điều kiện pH, nồng độ và thời gian tối ưu. Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học bậc hai và đẳng nhiệt Langmuir, là quá trình thu nhiệt, tự xảy ra và diễn ra chủ yếu dưới dạng hấp phụ đơn lớp. Cơ chế hấp phụ được giải thích thông qua tương tác tĩnh điện, trao đổi ion, liên kết hydro, tương tác n-π và π-π giữa vật liệu và phân tử Congo Red. Đặc biệt, vật liệu thể hiện khả năng tái sử dụng ổn định ít nhất 4 lần. Nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển vật liệu xử lý nước hiệu quả và bền vững.
Mục lục chi tiết:
MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của luận án
- 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- 1. Nguồn nguyên vật liệu Graphit
- 1.2.4. Tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu graphit tróc nở (EG)
- 1.3. Vật liệu từ tính
- 1.3.1. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
- 2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị thí nghiệm và phân tích
- 2.1.1. Nguyên vật liệu, hóa chất
- 2.1.2. Thiết bị phân tích
- 2.2. Tổng hợp vật liệu EG và EG@MFe2O4
- 2.2.1. Tổng hợp vật liệu EG
- 2.2.2. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4
- 2.3. Đánh giá các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4
- 2.3.1. Phương pháp đo thể tích riêng của vật liệu EG
- 2.3.2. Xác định các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4
- 2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
- 3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu EG dưới sự hỗ trợ của vi sóng
- 3.2. Kết quả phân tích các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và vật liệu EG@MFe2O4 (M=Co, Mn, Ni)
- 3.2.1. Kết quả phân tích SEM
- 3.2.1.1. Kết quả phân tích SEM của vật liệu EG
- 3.2.1. Phân tích cấu trúc bề mặt SEM của vật liệu EG@MFe2O4
- 3.2.2. Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng BET
- 3.2.2.1. Phân tích diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu EG
- 3.2.2.2. Phân tích bề mặt riêng BET EG@MFe2O4
- 3.2.3. Phân tích FTIR
- 3.2.3.1. Phân tích FT-IR của vật liệu EG
- 3.2.3.2. Phân tích FT-IR vật liệu EG@MFe2O4
- 3.2.4. Phân tích XRD
- 3.2.4.1. Phân tích XRD của vật liệu EG
- Phân tích XRD vật liệu EGMFe2O4
- 3.2.5. Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)
- 3.2.6. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng (XPS)
- 3.2.7. Kết quả phân tích từ kế mẫu rung (Vibrating Specimen Magne- tometer – VSM)
- 3.2.8. Kết quả chuẩn độ theo phương pháp Boehm
- 3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ màu CR của EG@MFe2O4
- 3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ
- 3.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch
- 3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu
- 3.3.4. Kết quả phân tích FT-IR của vật liệu EG@MFe2O4 sau hấp phụ CR
- Giải thích cơ chế hấp phụ
- 3.4. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ thuốc nhuộm congo red của vật liệu EG và EG@MFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt
- 3.4.1. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật liệu EG
- 3.4.2. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật liệu vật liệu EG@MFe2O4
- 3.4.2.1. Kết quả tối ưu hóa vật liệu EG@CoFe2O4
- 3.4.2.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4
- 3.4.2.3. Khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4
- 3.5. Kết quả động học, nhiệt động học, đẳng nhiệt hấp phụ
- 3.5.1. Kết quả khảo sát vật liệu EG@CoFe2O4
- 3.5.1.1. Kết quả động học hấp phụ
- 3.5.1.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ
- 3.5.1.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
- 3.5.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4
- 3.5.2.1. Kết quả động học hấp phụ
- 3.5.2.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ
- 3.5.2.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
- 3.5.3. Kết quả khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4
- 3.5.3.1. Kết quả động học hấp phụ
- 3.5.3.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ
- 3.5.3.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ
- 3.6. Khả năng tái sử dụng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN