1900 2039
khcn@ntt.edu.vn
Dự án nghiên cứu của TS. Nguyễn Quốc Khương Anh về phân hủy chất màu tổng hợp bằng hệ Fenton dị thể sử dụng xúc tác nano FeWO₄ đã đạt được nhiều kết quả nổi bật. Xúc tác FeWO₄ với thành phần giàu Fe(II) được tổng hợp thủy nhiệt đơn giản, giúp phân hủy hiệu quả đến 96,1% methylene blue trong vòng 30 phút. Nghiên cứu mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho xử lý nước thải công nghiệp, đồng thời thể hiện sự hợp tác quốc tế hiệu quả với Quỹ Kurita (Nhật Bản).
Ứng dụng công nghệ Fenton dị thể trong xử lý nước thải: Đổi mới về vật liệu xúc tác
Các phản ứng Fenton dựa trên sắt từ lâu đã được ứng dụng trong xử lý nước thải nhờ khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại. Tuy nhiên, các xúc tác sắt hiện nay chủ yếu chứa dạng Fe(III), làm giảm hiệu suất phản ứng và tính khả dụng trong môi trường thực tế. Nhóm nghiên cứu do TS. Nguyễn Quốc Khương Anh dẫn đầu đã tập trung phát triển và nghiên cứu xúc tác nano FeWO₄ – một oxide lưỡng kim loại sắt tungsten – với ưu điểm chứa phần lớn Fe(II), vốn rất cần thiết cho quá trình phản ứng Fenton hiệu quả.
Thông qua phương pháp tổng hợp thủy nhiệt đơn giản, FeWO₄ được tạo ra với diện tích bề mặt lớn, hỗ trợ tối đa các tâm hoạt động xúc tác. Đây là lần đầu tiên loại vật liệu này được nghiên cứu và ứng dụng làm xúc tác dị thể trong hệ Fenton dưới điều kiện tối (không cần chiếu sáng), mở ra hướng đi mới cho công nghệ xử lý nước hiện đại.
Hiệu quả phân hủy chất màu và cơ chế hoạt động xúc tác
Trong thử nghiệm phân hủy methylene blue – một chất màu tổng hợp phổ biến trong nước thải công nghiệp – xúc tác nano FeWO₄ phối hợp với hydrogen peroxide (H₂O₂) đạt hiệu suất phân hủy lên đến 96,1% chỉ trong 30 phút. Điều này chứng minh khả năng phân hủy mạnh mẽ và nhanh chóng của hệ xúc tác.
Các phân tích sâu rộng bằng kỹ thuật khối phổ ion hóa phun điện tử (ESI-MS) xác nhận sự hình thành 12 sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) và phân tích phát xạ quang plasma cảm ứng (ICP-OES) chứng minh cấu trúc tinh thể FeWO₄ được bảo toàn sau nhiều chu kỳ sử dụng, đồng thời mức độ rò rỉ sắt từ xúc tác rất thấp, đảm bảo tính ổn định và thân thiện môi trường.
Cơ chế hoạt động của xúc tác được lý giải dựa trên sự hình thành Fe(IV) – một gốc oxi hóa mạnh – tạo thành từ tương tác bề mặt giữa Fe(II) và H₂O₂ trên FeWO₄. Sự hình thành Fe(IV) này đóng vai trò chủ chốt trong việc phân hủy hiệu quả các phân tử methylene blue.
Ngoài ra, xúc tác cũng duy trì hiệu suất cao trong môi trường có các anion vô cơ và axit humic – các thành phần phổ biến trong nước thải thực tế, chứng tỏ khả năng ứng dụng rộng rãi và bền vững.
Ý nghĩa thực tiễn và đóng góp vào phát triển bền vững
Nghiên cứu do TS. Nguyễn Quốc Khương Anh thực hiện, được tài trợ bởi Quỹ Kurita (Nhật Bản), không chỉ đóng góp vào tri thức khoa học mà còn hướng tới ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải công nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là các ngành dệt nhuộm và sản xuất công nghiệp nhẹ.
Dự án cũng thể hiện sự hợp tác quốc tế hiệu quả, góp phần thực hiện các Mục tiêu Phát triển Bền vững của Liên Hiệp Quốc, bao gồm:
- SDG 6: Đảm bảo nguồn nước sạch và vệ sinh cho tất cả mọi người,
- SDG 9: Thúc đẩy công nghiệp, đổi mới sáng tạo và hạ tầng bền vững,
- SDG 12: Hỗ trợ tiêu dùng và sản xuất bền vững,
- SDG 17: Tăng cường hợp tác quốc tế để đạt các mục tiêu phát triển bền vững.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang triển khai các thí nghiệm mở rộng quy mô nhằm đánh giá khả năng ứng dụng xúc tác FeWO₄ trong hệ thống xử lý nước thải thực tế, mở ra triển vọng nâng cao hiệu quả xử lý, giảm chi phí và bảo vệ môi trường.
