Từ vật liệu ba kim loại đến hệ xúc tác xử lý levofloxacin

Công nghệ cốt lõi

Một chất xúc tác được thiết kế để hoạt hóa PMS

Đầu ra chính là quy trình tổng hợp CuCoFe-LDH và bằng chứng đánh giá xúc tác trong phòng thí nghiệm. Nhóm tổng hợp các vật liệu với tỷ lệ kim loại khác nhau; mẫu Cu:Co:Fe = 1:3:2 được dùng trong phần kết quả nổi bật. Vật liệu được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích cấu trúc và bề mặt, trong đó có XRD, FT-IR, SEM/EDX, BET và XPS.

Ảnh SEM, phổ EDX và bản đồ phân bố các nguyên tố trong vật liệu CuCoFe-LDH.

Kết quả phân hủy trong điều kiện thử nghiệm xác định

Trong dung dịch LFX ban đầu 10 mg/L, hệ CuCoFe-LDH/PMS đạt hiệu suất phân hủy 94,57% sau 10 phút ở điều kiện thí nghiệm được báo cáo: xúc tác 200 mg/L, PMS 500 mg/L, pH ban đầu 7,0 và nhiệt độ 25 °C. Khi so sánh với các hệ LDH khác trong cùng điều kiện, CuCoFe-LDH/PMS cho hiệu suất cao hơn các hệ CuFe-LDH/PMS, CuCo-LDH/PMS và CoFe-LDH/PMS. Đây là kết quả thí nghiệm trên dung dịch mô hình, không phải thử nghiệm tại nhà máy xử lý nước thải.

Diễn biến phân hủy LFX với CuCoFe-LDH/PMS và các hệ đối chứng theo thời gian.

Phân hủy chất mẹ và khoáng hóa không đồng nghĩa. Báo cáo đo tổng carbon hữu cơ (TOC) và ghi nhận mức khoáng hóa LFX 21,25% sau 10 phút, tăng lên 38,43% sau 30 phút. Vì vậy, dù nồng độ LFX giảm nhanh trong điều kiện thử, phần carbon hữu cơ chưa được khoáng hóa hoàn toàn trong khoảng thời gian báo cáo.

Tác động của cấu trúc vật liệu và khả năng tái sử dụng

Mẫu CuCoFe-LDH tỷ lệ 1:3:2 có diện tích bề mặt BET 27,57 m²/g. Các thí nghiệm dập tắt gốc và phân tích vật liệu được nhóm dùng để đề xuất cơ chế trong đó oxy đơn (¹O₂) và superoxide (O₂•⁻) đóng vai trò quan trọng trong hệ CuCoFe-LDH/PMS. Đây là cơ chế được đề xuất dựa trên các bằng chứng thí nghiệm của báo cáo.

Báo cáo khảo sát sáu kháng sinh và ghi nhận xúc tác có thể phân hủy các chất này ở các mức khác nhau trong điều kiện thí nghiệm. Vật liệu cũng được thử tái sử dụng qua năm chu kỳ; báo cáo mô tả mức suy giảm hiệu suất LFX khoảng 7%. Những kết quả này cho thấy tiềm năng nghiên cứu tiếp, nhưng chưa đủ để khẳng định độ bền hoặc hiệu quả khi vận hành dài hạn trong nước thải thực.

Khả năng phân hủy sáu kháng sinh và hiệu suất LFX qua năm chu kỳ tái sử dụng.

Từ kết quả phòng thí nghiệm đến hướng nghiên cứu tiếp theo

Giá trị của đề tài là xây dựng được vật liệu CuCoFe-LDH ba thành phần, đánh giá hệ xúc tác/PMS đối với LFX và một số kháng sinh khác, đồng thời khảo sát khoáng hóa, cơ chế phản ứng và khả năng tái sử dụng. Các kết quả cung cấp cơ sở cho những nghiên cứu tiếp theo về vật liệu xúc tác xử lý chất ô nhiễm kháng sinh trong nước. Việc ứng dụng thực tế cần được đánh giá thêm trong nền nước thải phức tạp, gồm hiệu quả khoáng hóa, độ an toàn của sản phẩm chuyển hóa, hòa tan kim loại và vận hành liên tục.

Đề tài “Nghiên cứu tổng hợp Hydroxit lớp kép chứa Cu, Co, Fe ứng dụng làm xúc tác xử lý kháng sinh trong môi trường nước” thuộc đề tài KH&CN cấp trường 2022. Chủ nhiệm: PGS. TS. Nguyễn Quang Tùng. Thành viên: TS. Đàm Xuân Thắng, TS. Nguyễn Thị Kim An, TS. Đỗ Thị Cẩm Vân, PGS. TS. Nguyễn Trung Dũng, Nguyễn Văn Bằng và Nguyễn Đức Anh Tú. Báo cáo ghi Hà Nội, tháng 01/2024.

Nguồn: Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp trường “Nghiên cứu tổng hợp Hydroxit lớp kép chứa Cu, Co, Fe ứng dụng làm xúc tác xử lý kháng sinh trong môi trường nước”.