Graphen oxit kích thước nano và ứng dụng nó làm chất hấp phụ để xử lý môi trường
Xem thêm
- 1Phân viện Khoa học An toàn Vệ sinh lao động và Bảo vệ môi trường miền Trung
- 2Khoa Hóa, trường ĐH Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
Lĩnh vực: Môi trường và điều kiện lao động
Trạng thái: --
Từ khóa: Graphen oxit (GO), graphen oxit dạng khử (rGO), hấp phụ, hớp chất hữu cơ bay hơi
TÓM TẮT
1. Đặt vấn đề
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và phát thải ra môi trường gây ô nhiễm không khí, nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Hấp phụ được xem là biện pháp hiệu quả để xử lý VOC, trong đó các vật liệu cacbon truyền thống tuy hiệu quả nhưng còn hạn chế về chi phí và khả năng ứng dụng quy mô lớn. Graphene và graphene oxit (GO, rGO) với diện tích bề mặt riêng rất lớn, tính ổn định hóa học cao và tương tác π–π mạnh được đánh giá là vật liệu hấp phụ đầy tiềm năng trong xử lý VOC, đặc biệt là dung môi hữu cơ bay hơi.
2. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tiến hành tổng hợp graphene oxit (GO) từ graphite bằng phương pháp Hummers cải biên, sau đó khử bằng axit ascorbic để tạo graphene oxit dạng khử (rGO). Các đặc trưng của vật liệu được xác định thông qua đo diện tích bề mặt riêng BET và phân tích nhiệt trọng lượng (TGA). Khả năng hấp phụ VOC (toluen) được đánh giá trong cột hấp phụ dòng liên tục, kiểm soát nồng độ và lưu lượng khí, nồng độ đầu ra được phân tích bằng sắc ký khí để tính dung lượng hấp phụ.
3. Kết quả và bàn luận
Kết quả cho thấy rGO sau khử có diện tích bề mặt riêng lớn (khoảng 398 m²/g), cấu trúc vi xốp mao quản trung bình và bền nhiệt cao đến trên 500–700°C, thuận lợi cho quá trình giải hấp và tái sử dụng. Thử nghiệm hấp phụ toluen cho thấy vật liệu đạt trạng thái bão hòa sau khoảng 400 phút, với dung lượng hấp phụ tối đa đạt 232,7 mg/g. Hiệu quả hấp phụ cao được giải thích bởi diện tích bề mặt lớn, tính kỵ nước và tương tác π–π mạnh giữa bề mặt graphene và phân tử dung môi hữu cơ.
4. Kết luận
Nghiên cứu đã tổng hợp thành công graphene oxit dạng khử (rGO) từ graphite với các tính chất phù hợp cho ứng dụng xử lý môi trường. Vật liệu rGO có diện tích bề mặt riêng lớn, độ bền nhiệt cao và khả năng hấp phụ toluen hiệu quả. Kết quả cho thấy rGO là vật liệu hấp phụ tiềm năng trong xử lý hơi dung môi hữu cơ bay hơi, mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn trong kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí.
(Bài viết được đăng trên Tạp chí Hoạt động KHCN số 4,5&6-2021)