Tổng hợp vật liệu nano và vật liệu cấu trúc nano ứng dụng trong xử lý và bảo vệ môi trường

18/07/2023

Ô nhiễm trong đó có ô nhiễm không khí và ô nhiễm nước đã và đang là một vấn đề nghiêm trọng đối với Việt Nam cũng như nhân loại trong thế kỷ 21. Vấn đề này có thể liên quan tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, từ đó một lượng lớn các chất gây ô nhiễm khác nhau đã được thải ra môi trường mà không được xử lý triệt để. Trong số các chất gây ô nhiễm này, các chất ô nhiễm hữu cơ được quan tâm đặc biệt vì nhiều hợp chất hữu cơ bị phân hủy với tốc độ rất chậm nên có nguy cơ tích tụ cao trong môi trường trước khi xâm nhập vào chuỗi thức ăn của con người.

Cho đến nay, các phương pháp xử lý nước được sử dụng như phương pháp đông tụ, thiêu kết, phân hủy sinh học, hấp phụ bởi than hoạt tính. Tuy nhiên, các phương pháp này không thực sự phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm và thay vào đó chỉ chuyển chúng đến các chất mang như khung hữu cơ kim loại, silica và cacbon hoạt tính hoặc sinh ra các sản phẩm phụ như amin thơm rất độc hại. Gần đây, phương pháp oxy hóa tiên tiến, có triển vọng được phát triển để xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải dệt, nhuộm. Phương pháp này thường sử dụng chất xúc tác là các chất bán dẫn, dưới điều kiện chiếu sáng, tạo ra các gốc HO có khả năng oxi hóa rất mạnh, có thể phân hủy hầu hết các chất hữu cơ độc hại.

Nhận biết được điều đó, tập thể Phòng Vật liệu vô cơ, Viện Khoa học vật liệu đã và đang nỗ lực phát triển các hệ vật liệu nano, vật liệu có cấu trúc nano ứng dụng trong việc xử lý và bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó, các nghiên cứu của phòng đều hướng tới sự tận dụng thế mạnh của phòng trong việc dùng các nguyên tố đất hiếm trong nghiên cứu của mình. Kể từ đầu năm 2022 đến nay, tập thể đã công bố được 05 bài báo trên các tạp chí SCI, SCIE về phân hủy các chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước, về xử lý ô nhiễm asenite và phosphate, về xử lý khí thải CO và nhiều nghiên cứu có chất lượng cao khác.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, các chất ô nhiễm hữu cơ như methyl xanh, rhodamine B bị phân hủy dưới vùng ánh sáng nhìn thấy tốt hơn khi có mặt của các nguyên tố đất hiếm như Ce-ZnO, Ta-ZnO, C/Ce codoped-ZnO supported on graphene. Bên cạnh đó, cơ chế phân hủy các chất hữu cơ bằng các loại vật liệu này cũng được nghiên cứu một cách đầy đủ (Hình 1).

Hình 1: Cơ chế phân hủy chất hữu cơ của vật liệu a) C/Ce-ZnO@Gr, b) BiFeO₃, c) Ce-ZnO.

Ngoài ra, nghiên cứu được thực hiện bởi Phòng Vật liệu vô cơ cũng cho thấy rằng ứng dụng của các nguyên tố đất hiếm là tương đối đa dạng và hiệu quả. Ví dụ, vật liệu nano-mixed oxides CeO₂-Fe₂O₃ có khả năng oxi hóa khí CO thành CO₂ chỉ ở nhiệt độ 270 ^oC (Hình 2). Vật liệu nano La₂O₃ có khả hấp phụ phosphorus và arsenite là 289,9 và 89,1 mg/g.

Hình 2. Khả năng oxi hóa khí CO của vật liệu nano CeO₂-Fe₂O₃.

Một số kết quả nghiên cứu của Phòng Vật liệu vô cơ về Tổng hợp vật liệu nano và vật liệu cấu trúc nano ứng dụng trong xử lý và bảo vệ môi trường được công bố trên các Tạp chí như:

2023. One-pot hydrothermal preparation of capsule-like nanocomposites of C/Ce-co-doped ZnO supported on graphene to enhance photodegradation. New Journal of Chemistry. https://doi.org/10.1039/D2NJ04937F, IF = 3.925 (Q1, Materials Chemistry)
2022. Kinetics and mechanism of photocatalytic degradation of rhodamine B on nanorod bismuth ferrite perovskite prepared by hydrothermal method. Research on Chemical Intermediates, pp.1-16. https://doi.org/10.1007/s11164-022-04877-5, IF = 3.134 (Q2, Chemistry)
2022. Synthesis of CeO₂-Fe₂O₃ Mixed Oxides for Low-Temperature Carbon Monoxide Oxidation. Adsorption Science & Technology, 2022, https://doi.org/10.1155/2022/5945169, IF = 4.373 (Q2, Chemistry)
2022. A comparative study of 0D and 1D Ce-ZnO nanocatalysts on photocatalytic decomposition of organic pollutants", RSC advances, 11, no. 57: 36078-36088, DOI: 10.1039/D1RA07493H, IF = 4.036 (Q1, Chemical Engineering)
2022. La₂O₃ nanoparticles: synthesis and application for removal of arsenite and phosphate from water. Desalination and Water Treatment, 239 (2021): 259-269, https://doi.org/10.5004/dwt.2021.27818, IF = 1.273 (Q3, Water Science and Technology)
2023. One-step hydrothermal preparation of Ta-doped ZnO nanorods for improving decolorization efficiency under visible light. RSC advances, 13(8), pp.5208-5218. IF = 4.036 (Q1, Chemical Engineering)
2022. Structures and Reduction Kinetics of Pelletized Rich Iron Ores for Iron Production: a Case Study for Na Rua Iron Ore in Vietnam. Mining, Metallurgy & Exploration, 39(4), pp.1779-1792. IF = 1.695 (Q2, Metals and Alloys)
2023. Plastic waste in sandy beaches and surface water in Thanh Hoa, Vietnam: abundance, characterization, and sources. Environmental Monitoring and Assessment, 195(2), p.255. IF = 3.307 (Q2, Environmental Science)
2022. Heavy metals in surface sediments of the intertidal Thai Binh Coast, Gulf of Tonkin, East Sea, Vietnam: distribution, accumulation, and contamination assessment. Environmental Science and Pollution Research, pp.1-11. IF = 5.190 (Q2, Environmental Chemistry)
2022. Spatial distribution and baseline levels establishment of heavy metals in sediments along the Thai Binh coast, Vietnam. International Journal of Environmental Science and Technology, pp.1-8. IF = 3.519 (Q2, Environmental Engineering)