NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU KHUNG HỮU CƠ KIM LOẠI UiO-66 BIẾN TÍNH VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ ASEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Hóa Lý thuyết và Hóa Lý
Luận án giải quyết vấn đề ô nhiễm asen (As) trong nước, một vấn đề toàn cầu do độc tính cao và hạn chế của các phương pháp xử lý hiện có. Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOFs), cụ thể là UiO-66, làm chất hấp phụ hiệu quả.
Mục tiêu chính của luận án là tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng vật liệu UiO-66 cũng như các biến thể UiO-66 có khuyết tật, bao gồm cả loại biến tính Fe3+, để loại bỏ As(V) khỏi môi trường nước. Đồng thời, nghiên cứu đánh giá dung lượng hấp phụ As(V) và tìm hiểu động học, cơ chế của quá trình hấp phụ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy luận án đã tổng hợp thành công các vật liệu UiO-66 với các khuyết tật cấu trúc khác nhau bằng phương pháp nhiệt dung môi sử dụng các chất điều biến như HCl, axit acetic và CTABr. Các vật liệu UiO-66 có khuyết tật này thể hiện diện tích bề mặt cao (ví dụ, UiO-66-Acetic đạt 1436 m²/g), kích thước hạt nhỏ (20-30 nm) và đường kính mao quản lớn (5,95 nm cho UiO-66-CTABr). Chúng cũng cho thấy độ bền nhiệt tốt (lên đến 490 °C) và khả năng loại bỏ As(V) hiệu quả, với UiO-66-CTABr đạt 80,26% hiệu suất loại bỏ As(V) ở nồng độ 10 mg/L sau 180 phút.
Đặc biệt, luận án đã biến tính thành công vật liệu UiO-66-CTABr-0,05 với Fe3+ để tạo ra Fe-UiO-66-CTABr-0,05. Vật liệu biến tính này duy trì diện tích bề mặt cao (980 m²/g), kích thước hạt nhỏ (20-30 nm) và độ bền nhiệt tương tự. Fe-UiO-66-CTABr-0,05 đạt hiệu suất loại bỏ As(V) lên tới 94,14% ở nồng độ 10 mg/L và dung lượng hấp phụ cực đại ấn tượng 337 mg/g tại pH tối ưu là 3. Hiệu suất vượt trội này được lý giải bởi sự hình thành các khuyết tật cấu trúc, tăng cường tương tác tĩnh điện và liên kết Zr-O-As(V), Fe-O-As(V). Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình động học giả bậc hai và mô hình đẳng nhiệt Langmuir. Vật liệu Fe-UiO-66-CTABr-0,05 cũng thể hiện khả năng tái sử dụng cao, duy trì hơn 80% hiệu suất loại bỏ As(V) sau 4 chu kỳ tái sinh, khẳng định tiềm năng lớn của nó trong xử lý nước nhiễm asen.