Nghiệm thu cấp Bộ đề tài NCKH cấp Bộ mã số B2021-MDA-02 do TS Ngô Hà Sơn làm chủ nhiệm
Trường Đại học Mỏ - Địa chất tổ chức Hội đồng nghiệm thu cấp Bộ đề tài KH&CN cấp Bộ "Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác thế hệ mới trên nền khoáng sét halloysit và graphen oxit ứng dụng để xử lý một số hợp chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ trong nước" mã số B2021-MDA-02 do TS Ngô Hà Sơn làm chủ nhiệm
Trường Đại học Mỏ - Địa chất tổ chức Hội đồng nghiệm thu cấp Bộ đề tài KH&CN cấp Bộ "Nghiên cứu chế tạo vật liệu quang xúc tác thế hệ mới trên nền khoáng sét halloysit và graphen oxit ứng dụng để xử lý một số hợp chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ trong nước" mã số B2021-MDA-02 do TS Ngô Hà Sơn làm chủ nhiệm
Mã số: B2021-MDA-02
Thời gian thực hiện: 2021-2022 (gia hạn đến T6/2023)
Chủ nhiệm đề tài: TS Ngô Hà Sơn
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Mỏ - Địa chất
Thời gian nghiệm thu: 9h00' ngày 30 tháng 8 năm 2023 (Thứ Tư)
Địa điểm: Phòng họp Thuận Thành, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phường Đức Thắng - Quận Bắc Từ Liêm - TP Hà Nội;
Trân trọng kính mời các đại biểu và nhà khoa học quan tâm tới dự.
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Mục tiêu:
- Chế tạo được vật liệu quang xúc tác mới có khả năng hấp phụ - quang xúc tác cao trên nền khoáng sét Halloysit mang chất xúc tác quang graphen oxit pha tạp Ag, các oxit kim loại TiO2, Cu2O, CuFe2O4.;
- Ứng dụng xử lý hiệu quả các chất hữu cơ độc hại khó phân huỷ trong nước như các dư lượng kháng sinh (như Floroquiniolone, beta-lactam…) để thu được nước đạt tiêu chuẩn loại B và xây dựng quy trình xử lý được một số hợp chất hữu cơ khó phân huỷ trên hệ xúc tác tiên tiến chế tạo được.
Tính mới và sáng tạo:
Sự kết hợp của halloysit và graphit để chế tạo vật liệu quang xúc tác hoàn toàn có khả năng khắc phục được nhược điểm của từng loại khoáng vật riêng lẻ, do đó vật liệu thu được có những đặc tính ưu việt thích hợp cho các quá trình xử lý môi trường. Cụ thể, với sự có mặt của graphen, composit tổng hợp từ graphen và halloysit có diện tích bề mặt riêng lớn hơn nhiều so với halloysit đơn chất. Sự tham gia của Halloysit mặt khác lại cải thiện thể tích mao quản làm cho vật liệu dễ dàng tham gia vào các quá trình hấp phụ. Bên cạnh đó, halloysit xen vào giữa các lớp làm giảm thiểu khả năng tái kết dính của các lớp graphen hoặc graphen oxit. Bề mặt ưa nước của halloysit giúp vật liệu composit có khả năng hoà tan trong nước tốt hơn, đồng thời khối lượng riêng lớn của của halloysit làm cho quá trình phân tách vật liệu xúc tác sau phản ứng trở nên dễ dàng hơn.
Đối với pha hoạt tính quang xúc tác, TiO2 như đã tổng quan ở trên là vật liệu bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, do năng lượng vùng cấm lớn, dễ bị kết tụ, khó phân tách sau phản ứng trong pha lỏng cũng như hiệu suất quang lượng tử thấp và hoạt động kém trong vùng ánh sáng khả kiến làm cho vật liệu này gặp nhiều khó khăn khi áp dụng trong các quá trình xử lí môi trường, đặc biệt ở quy mô lớn. Việc sử dụng các phương pháp như doping kim loại hoặc phi kim vào mạng tinh thể của TiO2 đã cải thiện được hoạt tính của vật liệu này nhưng tính ổn định của vật liệu vẫn còn là vấn đề tranh cãi. Cụ thể, rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy chính những kim loại và phi kim pha tạp lại trở thành trung tâm cho sự tái tổ hợp electron và lỗ trống quang sinh. Do đó, việc nghiên cứu sử dụng các loại oxit kim loại khác có năng lượng vùng cấm nhỏ, có khả năng hoạt động trong vùng ánh sáng kích thích rộng hơn là xu hướng mới trong các nghiên cứu về vật liệu xúc tác quang. Trong đó, vật liệu trên cơ sở oxit đồng, oxit sắt hoặc bạc với quy trình tổng hợp đơn giản, hoạt tính cao là các vật liệu đầy hứa hẹn trong việc cải thiện cơ bản hiệu suất của quá trình phân huỷ quang hoá.
Kết quả nghiên cứu:
- Đã đề xuất được quy trình xử lý khoáng sét cao lanh để tạ ra chất mang dạng ống nano halloysit. Ống nano này được đặc trưng bằng các phương pháp hóa lý hiện đại chứng minh được sự thành công của quy trình xử lý.
- Đã đề xuất được quy trình xử lý graphit tự nhiên để thu được graphen oxit. Vật liệu thu được được đặc trưng bằng các phương pháp hóa lý hiện đại chứng minh được sự thành công của quy trình xử lý.
- Đã chế tạo được vật liệu quang xúc tác trên cơ sở graphen pha tạp Ag, TiO2, Cu2O, CuFe2O4
- Đã đánh giá được giá cấu trúc, đặc tính hấp phụ và quang xúc tác của các vật liệu đã chế tạo được đối với việc xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ (chất đại diện là kháng sinh Ciprofloxacin) trong nước.
- Đã đề xuất được Quy trình xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ sử dụng vật liệu quang xúc tác đã được tổng hợp với tác nhân oxi hoá H2O2 trong môi trường nhiệt độ thấp dưới ánh sáng khả kiến (Vis) và/hoặc vùng UV.
- Đã nghiên cứu được mối tương quan giữa tâm hoạt động xúc tác với hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, xác định sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng liên quan đến quá trình hấp phụ - oxi hoá quang xúc tác trên vật liệu thế hệ mới tổng hợp được.
Sản phẩm của đề tài:
Sản phầm khoa học:
- 02 báo khoa học đăng trên tạp chí thuộc danh mục SCIE nhóm Q2;
- 02 bài báo khoa học đăng trên tạp chí chuyên ngành trong danh mục được HĐGSNN tính điểm;
Sản phẩm đào tạo:
- Hướng dẫn thành công 01 thạc sĩ bảo vệ thành công theo hướng nghiên cứu của đề tài.
Sản phẩm ứng dụng:
- 50g Vật liệu quang xúc tác đa chức năng thế hệ mới Ag-TiO2/Graphen oxit/Nano halloysit, Cu2O/Graphen oxit/Nano halloysit, CuFe2O4/Graphen oxit/Nano halloysit;
- 50g Vật liệu quang xúc tác đa chức năng;
- 01 Quy trình xử lý khoáng sét cao lanh Việt Nam để tạo ra chất mang dạng ống nanohalloysit;
- 01 Quy trình xử lý graphit tự nhiên để thu được graphen oxit;
- 01 Quy trình xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ sử dụng vật liệu quang xúc tác đã được tổng hợp với tác nhân oxi hoá H2O2 trong môi trường nhiệt độ thấp dưới ánh sáng khả kiến (Vis) và/hoặc vùng UV;
- 01 Báo cáo kết quả nghiên cứu chế tạo các vật liệu xúc tác quang trên cơ sở graphen pha tạp Ag, TiO2, Cu2O, CuFe2O4;
- 01 Báo cáo kết quả đánh giá cấu trúc, đặc tính hấp phụ và quang xúc tác của các vật liệu đã chế tạo được đối với việc xử lý các chất hữu cơ khó phân huỷ (như Floroquiniolone, beta-lactam…) trong nước;
- 01 Báo cáo kết quả nghiên cứu về mối tương quan giữa tâm hoạt động xúc tác với hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, xác định sản phẩm trung gian và sản phẩm cuối cùng liên quan đến quá trình hấp phụ - oxi hoá quang xúc tác trên vật liệu thế hệ mới tổng hợp được.
Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:
a) Phương thức chuyển giao
- Các báo cáo phân tích, kết quả thực nghiệm, báo cáo tổng kết của đề tài được chuyển giao miễn phí và lưu trữ tại trường Đại học Mỏ - Địa chất dưới dạng bản in và bản mềm trong đĩa CD phục vụ cho công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học của trường Đại học Mỏ - Địa chất.
- Các kết quả về quy trình sản xuất vật liệu quang xúc tác, quy trình sử dụng quá trình quang hoá xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ và các đề xuất về việc xây dựng hệ thiết bị cho quá trình sẽ được chuyển giao cho các đơn vị quan tâm bằng phương thức kí hợp đồng kinh tế.
b) Địa chỉ ứng dụng
- Tại các trường đại học, đặc biệt là Đại học Mỏ - Địa chất, với vai trò tài liệu nghiên cứu về về vật liệu mới bổ sung vào bài giảng, giáo trình phục vụ công tác đào tạo đại học, sau đại học về các công nghệ mới, vật liệu mới để giải quyết những vấn đề về chất độc hại khó phân huỷ trong nước;
- Tại các Viện nghiên cứu, trong đó có Viện Hoá học – Vật liệu thuộc viện Khoa học và công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng, với vai trò là nghiên cứu cơ sở dùng để so sánh, phát triển các vật liệu khác trên nền vật liệu này ứng dụng trong các quá trình xử lý môi trường, tích trữ năng lượng, phục vụ cho mục đích dân dụng và quốc phòng;
- Các phòng thí nghiệm như phòng thí nghiệm bộ môn Lọc – Hoá dầu, phòng thí nghiệm thuộc Viện xúc tác và môi trường Lyon (IRCELYON, Viện nghiên cứu thuộc trường Đại học Tổng hợp Lyon 1 – Cộng hoà Pháp, 2 Avenue Albert Einstein, 69626 Villeurbanne Cedex), với vai trò là vật liệu xúc tác để xây dựng các hệ thí nghiệm (hệ gián đoạn, hệ liên tục) với qui mô Pilot ứng dụng xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, một trong những vấn đề tồn tại khó giải quyết nhất trong nước thải công, nông nghiệp;
- Các đơn vị, nhà máy công nghiệp hoặc các doanh nghiệp sử dụng kết quả nghiên cứu trong việc định hướng triển khai xử lý các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ trong nước thải từ các đơn vị này. Cụ thể, công ty STS Việt Nam (914 Minh Khai, Hai Bà Trưng, Hà Nội) cam kết sử dụng kết quả của đề tài trong việc phát triển các dây chuyền, thiết bị bán công nghiệp và công nghiệp để xử lý nước thải.
