Luận án Nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu nano bạc, đồng, sắt để xử lý vi khuẩn lam độc trong thủy vực nước ngọt

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU NANO BẠC, ĐỒNG, SẮT ĐỂ XỬ LÝ VI KHUẨN LAM ĐỘC TRONG THỦY VỰC NƯỚC NGỌT

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nước nghiêm trọng do hiện tượng "nở hoa nước" gây ra bởi vi khuẩn lam (VKL) độc hại trong các thủy vực nước ngọt. Các phương pháp xử lý truyền thống thường kém hiệu quả và gây ô nhiễm thứ cấp. Nghiên cứu này đề xuất giải pháp mới bằng cách chế tạo và ứng dụng vật liệu nano bạc (Ag), đồng (Cu), và sắt (Fe) để xử lý VKL.

Luận án đã tổng hợp và xác định đặc trưng của ba loại vật liệu nano nêu trên: nano bạc và nano đồng được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học, nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa. Các hạt nano bạc có kích thước trung bình 15 nm, nano đồng 30 nm và nano sắt từ 15-20 nm với tính chất siêu thuận từ. Kết quả đánh giá cho thấy cả nano bạc và nano đồng đều có khả năng ức chế mạnh mẽ sự sinh trưởng của VKL M. aeruginosa KG. Nano bạc thể hiện độc tính cao hơn với EC50 là 0,0075 mg/L đối với M. aeruginosa KG và 0,07 mg/L đối với tảo lục C. vulgaris. Nano đồng có EC50 là 0,7159 mg/L đối với M. aeruginosa KG, nhưng không gây ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của tảo lục C. vulgaris có ích, do đó được lựa chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.

Khảo sát tính an toàn của nano đồng trên các sinh vật mô hình như bèo tấm Lemna minor và giáp xác Daphnia magna cho thấy vật liệu này có khả năng ảnh hưởng đến sinh trưởng của chúng, nhưng hiệu suất ức chế thấp và chỉ ghi nhận ở nồng độ cao (1-5 ppm). Khi ứng dụng vật liệu nano đồng ở nồng độ 1 ppm trong mẫu nước hồ Tiền thực tế, hiệu suất ức chế sinh trưởng của chi Microcystis trong quần xã thực vật nổi đạt 52% dựa trên mật độ tế bào. Đồng thời, các thông số thủy lý, thủy hóa của nước hồ Tiền vẫn ổn định và nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT đối với chất lượng nước mặt. Những kết quả này khẳng định tiềm năng của vật liệu nano đồng trong kiểm soát tảo độc ở thủy vực nước ngọt một cách hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1. Tổng quan nghiên cứu

  • 1.1. Tổng quan về vật liệu nano
  • 1.2. Tổng quan về vi khuẩn lam và hiện tượng phú dưỡng
  • 1.3. Tổng quan về các biện pháp xử lý ô nhiễm tảo độc

• Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

  • 2.1. Đối tượng nghiên cứu
  • 2.2. Hóa chất, thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
  • 2.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu
  • 2.3.1. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học
  • 2.3.2. Tổng hợp vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử hóa học
  • 2.3.3. Tổng hợp vật liệu nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa
  • 2.4. Các phương pháp xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu
  • 2.5. Các phương pháp bố trí thí nghiệm
  • 2.6. Các phương pháp đánh giá ảnh hưởng của vật liệu nano đến sinh trưởng của vi tảo
  • 2.7. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu

• Chương 3. Kết quả và thảo luận

  • 3.1. Tổng hợp vật liệu nano
  • 3.1.1. Tổng hợp vật liệu nano bạc bằng phương pháp khử hóa học
  • 3.1.1.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ NaBH4/Ag+
  • 3.1.1.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định chitosan
  • 3.1.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ axit citric
  • 3.1.2. Chế tạo vật liệu nano đồng bằng phương pháp khử hóa học
  • 3.1.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ nồng độ NaBH4/Cu²+
  • 3.1.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ Cu⁰
  • 3.1.3. Chế tạo vật liệu nano sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa
  • 3.1.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định CMC
  • 3.1.3.2. Kết quả đo hồng ngoại của vật liệu
  • 3.1.3.3. Kết quả đo từ độ của vật liệu
  • 3.2. Đánh giá khả năng ức chế sinh trưởng và diệt vi tảo của các loại vật liệu nano đã tổng hợp
  • 3.2.1. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ của ba loại vật liệu nano
  • 3.2.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. vulgaris
  • 3.2.2.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của VKL M. aeruginosa KG
  • 3.2.2.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng và phát triển của tảo lục Chlorella vulgaris
  • 3.2.3. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của VKL M. aeruginosa KG và tảo lục C. Vulgaris
  • 3.2.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của VKL M. aeruginosa KG
  • 3.2.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến sinh trưởng và phát triển của tảo lục C. vulgaris
  • 3.2.3.3. Ảnh hưởng của kích thước nano đồng đến sinh trưởng của VKL M. aeruginosa KG
  • 3.3. Kết quả đánh giá tính an toàn của vật liệu nano (ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến một số sinh vật khác)
  • 3.3.1. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến giáp xác D. magna
  • 3.3.2. Ảnh hưởng của vật liệu nano đồng đến bèo tấm Lemna sp.
  • 3.4. Kết quả thực nghiệm với mẫu nước hồ thực tế (hồ Tiền)