Đoàn kết – trung thực – sáng tạo – hiệu quả - chất lượng

Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài KH&CN cấp Bộ mã số B2019-TNA-15 do TS. Nguyễn Văn Hảo - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên chủ nhiệm

Đăng ngày: 16-05-2022 | 127 lần đọc
|

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

- Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo nanocomposit graphen oxit/Fe3O4 bằng phương pháp microplasma trong dung dịch, ứng dụng để xử lý asen và kim loại nặng trong nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp

- Mã số: B2019-TNA-15

- Chủ nhiệm đề tài: TS. Nguyễn Văn Hảo

- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: 24 tháng (Gia hạn thêm 12 tháng)

2. Mục tiêu

- Chế tạo được vật liệu Fe3O4, graphen và nanocomposit GO/Fe3O4 bằng kỹ thuật plasma trong dung dịch.

- Xử lý được nước nhiễm As và một trong số kim loại nặng (Pb/ Ni/ Cu) bằng kỹ thuật hấp phụ trên cơ sở vật liệu đã chế tạo được.

3. Tính mới và sáng tạo

Đề tài đã tổng hợp được các hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp microplasma trong dung dịch. Đề tài cũng đã tổng hợp được vật liệu graphene, graphene oxit từ lõi pin tái chế/ thanh graphit bằng phương pháp plasma dung dịch. Đây là một phương pháp đơn giản, nhanh chóng và thân thiện với môi trường.

Chế tạo thành công vật liệu nanocomposite Fe3O4/GO, Fe3O4/CNTs, Fe3O4/AC bằng phương pháp plasma kết hợp đồng kết tủa, ứng dụng làm vật liệu nghiên cứu xử lý hấp phụ As, Pb và chất màu hữu cơ trong môi trường nước. Với kết quả nghiên cứu khả quan của đề tài sẽ mở ra một tiềm năng mới trong xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường nước.

Kết quả của đề tài đăng trên các tạp chí khoa học quốc tế thuộc danh mục ISI/Scopus và tạp chí trong nước thể hiện tính mới và sáng tạo của đề tài.

4. Kết quả nghiên cứu

Qua nghiên cứu đề tài đã chỉ ra được một số kết quả chính:

- Đã chế tạo thành công cả vật liệu Fe3O4 bằng phương pháp microplasma, vật liệu graphene, graphene oxit (GO) bằng phương pháp plasma dung dịch và vật liệu tổ hợp Graphene – Fe3O4, Fe3O4/AC bằng phương pháp đồng kết tủa.

- Đã xác định được đặc điểm bề mặt, tính chất vật lý, cấu trúc của Fe3O4, graphene, GO và GO/Fe3O4 sử dụng phương pháp hiển vi điện tử quét SEM, hiển vi điện tử truyền qua TEM, giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Raman và phổ tán sắc năng lượng.

- Đã khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của vật liệu chế tạo đối với các ion As(III), Pb(II) và red 21 (RR21) bằng phương pháp hấp phụ tĩnh.

- Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir đã xác định được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu hấp phụ đối với ion As(III) là 113,9 mg/g, Pb(II) là 180,1 mg/g.

- Mô tả quá trình hấp phụ theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich đã xác định các hằng số Freundlich đối với ion As(III) là n = 2,23; k = 7,963; đối với ion Pb(II) là n = 2,03; k = 8,673.

- Quá trình hấp phụ ion As(III), Pb(II) của vật liệu hấp phụ tuân theo mô hình động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 của Pseudo.

- Dùng vật liệu hấp phụ chế tạo được xử lý mẫu nước thực chứa As(III) và Pb(II). Kết quả cho thấy mẫu nước chứa ion As(III) với nồng độ là 0,45 mg/L, chứa Pb(II) ở nồng độ 0,54 mg/L, sau khi hấp phụ bởi chạy cột nồng độ ion As(III) và Pb(II) đạt tiêu chuẩn cho phép đối với nước thải đổ vào các khu vực lấy nước cung cấp cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi theo QCVN 09-MT:2015/BTNMT.

5. Sản phẩm

5.1. Sản phẩm khoa học

Bài báo quốc tế (thuộc danh mục ISI/ Scopus):

  1. Nguyen Van Hao, Nguyen Van Dang, Nguyen Ngoc Anh, Do Hoang Tung, Nguyen Van Tu, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Minh, Pham Van Trinh (2021). “Fast, facile and environmentally friendly approach for preparing high thermal conductivity graphene oxide based nanofluids by solution plasma exfoliation” (Phương pháp tiếp cận nhanh chóng, dễ dàng và thân thiện với môi trường để chế tạo chất lỏng nano graphene oxit có độ dẫn nhiệt cao bằng cách bóc tách plasma dung dịch), Materials Letters 287 p. 129316 (SCI, IF = 3.204, Q1)
  2. Nguyen Van Hao, Nguyen Van Dang, Do Hoang Tung, Pham The Tan, Nguyen Van Tu and Pham Van Trinh (2020). Facile synthesis of graphene oxide from graphite rods of recycled batteries by solution plasma exfoliation for removing Pb from water” (Tổng hợp graphene oxit từ thanh graphit của pin tái chế bằng cách bóc tách plasma dung dịch để loại bỏ Pb khỏi nước), RSC Advances, 10, p. 41237 (SCIE, IF = 3.119, Q1)
  3. Nguyen Van Hao, Huu Tap Van, Van Quang Nguyen, Xuan Van Dam, L. P. Hoang, L T Ha (2020), “Magnetic Fe3O4 Nanoparticle Biochar Derived from Pomelo Peel for Reactive Red 21 Adsorption from Aqueous Solution” (Chế tạo composit carbon hoạt tính nano từ tính Fe3O4 chiết xuất từ vỏ bưởi cho phản ứng hấp phụ màu Red 21 từ dung dịch nước), Journal of Chemistry, Volume 2020 |Article ID 3080612 | 14 pages (SCIE, IF = 2,5, Q2)
  4. N.V. Hao, D.H. Tung, N.V. Khien, N.N. Anh, N.V. Tu, P.V. Trinh (2020), “Direct Synthesis of Graphene from a Recycled Battery Core by Solution Plasma Exfoliation and its Application for Removing Methylene Blue and Rhodamine B from Aqueous Solutions” (Tổng hợp trực tiếp Graphene từ lõi pin tái chế bằng kỹ thuật bóc tách plasma và ứng dụng của nó để loại bỏ Methylene Blue và Rhodamine B khỏi dung dịch nước), Journal of Nano- and Electronic Physics, Vol. 12 No 5, 05029 (4pp) (Scopus, IF = 0.67, Q3)

Bài báo trong nước:

  1. Nguyễn Văn Hảo, Chu Thị Anh Xuân, Nguyễn Ngọc Anh, Phạm Văn Trình (2020), “Chế tạo vật liệu nano lai GO/Fe3O4 định hướng ứng dụng loại bỏ kim loại nặng trong nước ô nhiễm”, Tạp chí KHCN Đại học Thái Nguyên 225(14), tr. 141 – 146.
  2. Nguyễn Văn Hảo, Trịnh Thị Lình, Phạm Văn Hảo, Đặng Văn Thành, Đỗ Hoàng Tùng (2020), “Tổng hợp nhanh và đơn giản các hạt nano oxit sắt từ bằng phương pháp tương tác plasma-dung dịch”, Tạp chí KHCN Đại học Thái Nguyên 225(09), tr. 55 - 60.

Bài báo Hội nghị quốc tế/ quốc gia:

  1. Nguyễn Văn Hảo, Phạm Thế Tân, Đỗ Hoàng Tùng, Phạm Văn Trình và Nguyễn Văn Đăng (2021), “Chế tạo đơn giản graphene bằng sự phát plasma trực tiếp trong dung dịch ứng dụng để loại bỏ Rhodamine B”. Kỷ yếu - Những tiến bộ trong Quang học, Quang phổ và Ứng dụng XI. tr. 316-322 (2021). ISBN: 978-604-9988-20-2
  2. Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Van Hao, Bui Hung Thang, Vu Dinh Lam, Pham Van Trinh (2021), “Fabrication and optical properties of GO/CNTs/Fe3O4 composite” (Chế tạo và các tính chất quang của tổ hợp vật liệu GO/CNTs/Fe3O4), Proc. Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications XI, pp. 425-428. ISBN: 978-604-9988-20-2

5.2. Sản phẩm đào tạo

Đào tạo Thạc sĩ:

- Học viên Vũ Thị Thuỷ và Nguyễn Thị Thuỳ bảo vệ thành công luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Quang học Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên (theo quyết định giao đề tài số 929/QĐ-ĐHKH, ngày 26 tháng 9 năm 2018 và theo quyết định công nhận tốt nghiệp số 181/QĐ-ĐHKH, ngày 10 tháng 03 năm 2020 của Hiệu trưởng Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên).

Hỗ trợ đào tạo Tiến sĩ:

01 NCS theo hướng của đề tài thực hiến đúng tiến độ: NCS. Phạm Văn Hảo, với đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphene, tổ hợp vật liệu graphene/TiO2 bằng phương pháp điện hoá định hướng ứng dụng xử lý môi trường” (theo quyết định số 518/QĐ-HVKHCN, ngày 22/06/2017 của Giám đốc Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam).

5.3. Sản phẩm ứng dụng

01 mô hình hệ xử lý nước nhiễm asen và kim loại nặng ở quy mô phòng thí nghiệm sử dụng vật liệu hấp phụ là vật liệu dựa trên GO/Fe3O4 với công suất 500 L/ngày.đêm với nước đầu ra theo tiêu chuẩn của Bộ Tài nguyên và Môi trường (QCVN 09-MT:2015/BTNMT).

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích đem lại của kết quả nghiên cứu

- Phương thức chuyển giao: Chuyển giao các kết quả nghiên cứu dưới dạng văn bản (báo cáo, đề tài học viên và bài báo khoa học)

- Địa chỉ ứng dụng: Đề tài sau khi được nghiêm thu sẽ chuyển giao cho Trung tâm số và Công nghệ thông tin của Đại học Thái Nguyên làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, giảng viên và các nhà nghiên cứu quan tâm tới lĩnh vực nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lý nước ô nhiễm.

- Tác động và lợi ích mang lại của kết quả đề tài: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được sử dụng để ứng dụng trong cải tiến, xử lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng nói chung và As và thuốc nhuộm nói riêng, phương pháp dễ thực hiện.

- Về giáo dục và đào tạo: Hỗ trợ đào tạo nghiên cứu sinh theo đúng hướng của đề tài.

- Làm tài liệu nghiên cứu về Vật liệu từ trong và ngoài nước.

- Góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu các thành viên trong nhóm thực hiện đề tài, mở rộng hợp tác nghiên cứu.

 

INFORMATION OF RESEARCH RESULTS

 1. General information

- Project title: Research and preparation of graphene oxide/Fe3O4 nanocomposites by microplasma method in solution to treat arsenic and heavy metals in domestic water and industrial wastewater

- Code number: B2019-TNA-15

- Coordinator: Dr. Nguyen Van Hao

- Implementing institution: Thai Nguyen University

- Duration: 24 months (Extended for another 12 months due)

2. Objectives

- Preparation of Fe3O4, graphene and GO/Fe3O4 nanocomposites by solution plasma technique.

- Treat water contaminated with As and one of the heavy metals (Pb/ Ni/ Cu) by adsorption technique based on prepared materials.

3. Creativeness and innovativeness

- The topic has synthesized Fe3O4 nanoparticles by microplasma method in solution. The project also synthesized graphene and graphene oxide materials from recycled battery cores/graphite rods by solution plasma method. This is a simple, fast and environmentally friendly method.

- Successfully prepared Fe3O4/GO, Fe3O4/CNTs, Fe3O4/AC nanocomposite materials by plasma method combined with co-precipitation, applied as research materials for adsorption of As, Pb and organic pigments in the environment. country. With the positive research results of the topic, it will open a new potential in the treatment of heavy metal pollution in the water environment.

- The results of project have been published in the ISI/Scopus journal approving that the project shows a creativeness and innovativeness in research field.

4. Research results

Through the study, a number of main results have been found:

  1. Successfully prepared both Fe3O4 materials by microplasma method, graphene materials, graphene oxide (GO) by solution plasma method and Graphene - Fe3O4, Fe3O4/AC composite materials by co-precipitation method.
  2. The surface characteristics, physical properties, and structure of Fe3O4, graphene, GO and GO/Fe3O4 have been determined using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and noise diagrams. X-ray diffraction, Raman scattering and energy dispersive spectroscopy.
  3. Some factors affecting the adsorption process of the fabricated materials have been investigated for As(III), Pb(II) and red 21 (RR21) ions by static adsorption.
  4. Description of the adsorption process according to the isotherm adsorption model Langmuir has determined that the maximum adsorption capacity of the adsorbent for As(III) ion is 113.9 mg/g, Pb(II) is 180.1 mg/g.
  5. Description of the adsorption process according to the Freundlich isotherm adsorption model. Freundlich's constants for As(III) ions are n = 2.23; k = 7.963; for Pb(II) ion is n = 2.03; k = 8.673.
  6. The adsorption process of As(III), Pb(II) ions of the adsorbent follows Pseudo's 2nd order apparent adsorption kinetics model.
  7. Using adsorbent materials to process real water samples containing As(III) and Pb(II). The results show that the water sample contains As(III) ions with a concentration of 0.45 mg/L, and Pb(II) at a concentration of 0.54 mg/L, after adsorption by column As(III) and Pb(II) meet the allowable standards for wastewater discharged into water supply areas for irrigation and drainage purposes according to QCVN 09-MT:2015/BTNMT.

5. Products

5.1. Scientific products

International articles (under the ISI/ Scopus list):

  1. Nguyen Van Hao, Nguyen Van Dang, Nguyen Ngoc Anh, Do Hoang Tung, Nguyen Van Tu, Bui Hung Thang, Phan Ngoc Minh, Pham Van Trinh (2021), “Fast, facile and environmentally friendly approach for preparing high thermal conductivity graphene oxide based nanofluids by solution plasma exfoliation”. Materials Letters 287 p. 129316 (SCI, IF = 3.204, Q1)
  2. Nguyen Van Hao, Nguyen Van Dang, Do Hoang Tung, Pham The Tan, Nguyen Van Tu and Pham Van Trinh (2020), “Facile synthesis of graphene oxide from graphite rods of recycled batteries by solution plasma exfoliation for removing Pb from water”. RSC Advances, 10, p. 41237 (SCIE, IF = 3.119, Q1)
  3. Nguyen Van Hao, Huu Tap Van, Van Quang Nguyen, Xuan Van Dam, L. P. Hoang, L T Ha (2020), “Magnetic Fe34 Nanoparticle Biochar Derived from Pomelo Peel for Reactive Red 21 Adsorption from Aqueous Solution”, Journal of Chemistry, Volume 2020 |Article ID 3080612 | 14 pages (SCIE, IF = 2,5, Q2)
  4. N.V. Hao, D.H. Tung, N.V. Khien, N.N. Anh, N.V. Tu, P.V. Trinh (2020), “Direct Synthesis of Graphene from a Recycled Battery Core by Solution Plasma Exfoliation and its Application for Removing Methylene Blue and Rhodamine B from Aqueous Solutions”, Journal of Nano- and Electronic Physics Vol. 12 No 5, 05029(4pp) (Scopus, IF = 0.57, Q3)

Domestic articles:

  1. Nguyen Van Hao, Chu Thi Anh Xuan, Nguyen Ngoc Anh, Pham Van Trinh (2020), “Fabrication of GO/Fe3O4 hybrid nanomaterials for application of heavy metal removal in polluted water”, TNU Journal of Science and Technology 225(14), pp. 141 – 146.
  2. Nguyen Van Hao, Trinh Thi Linh, Pham Van Hao, Dang Van Thanh, Do Hoang Tung (2020), “Fast and simple synthesis of ferromagnetic oxide nanoparticles by plasma-solution interaction method”. TNU Journal of Science and Technology, 225(09) pp. 55 - 60.

International/National Conference Papers:

  1. Nguyen Van Hao, Pham The Tan, Do Hoang Tung, Pham Van Trinh and Nguyen Van Dang (2021), "Simple preparation of graphene by direct plasma generation in solution to remove Rhodamine B", Proc. Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications XI. pp. 316-322 (ISBN: 978-604-9988-20-2)
  2. Nguyen Ngoc Anh, Nguyen Van Hao, Bui Hung Thang, Vu Dinh Lam, Pham Van Trinh (2021), “Fabrication and optical properties of GO/CNTs/Fe3O4 composite”. Proc. Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications XI, pp. 425-428 (ISBN: 978-604-9988-20-2)

5.2. Training products

Master training

- Master students including Ms. Vu Thi Thuy and Ms. Nguyen Thi Thuy successfully defended their master's thesis, majoring in Optics at University of Science - Thai Nguyen University (according to the decision on assignment of topic No. 929/QD-ĐHKH, dated 26 September 2018 and according to the graduation recognition decision No. 181/QD-ĐHKH, March 10, 2020 of the Rector of the College of Sciences - Thai Nguyen University).

Doctoral training support

01 PhD student in the direction of the project implementation on schedule: PhD. Pham Van Hao, with the topic: "Research and fabrication of graphene materials, graphene/TiO2 composite materials by electrochemical method oriented to environmental treatment" (according to Decision No. 518/QD-HVKHCN, June 22, 2017 by the Director of the Academy of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology).

5.3. Application products

01 model of water treatment system contaminated with arsenic and heavy metals at laboratory scale using adsorbent material based on GO/Fe3O4 with a capacity of 500 L/ 24h with output water according to the standards of Ministry of Natural Resources and Environment (QCVN 09-MT:2015/BTNMT).

6. Method of transfer, application address, impact and benefits of research results

- Method of transfer: Transfer of research results in the form of documents (reports, student projects and scientific articles)

- Application address: The topic, after being strictly accepted, will be transferred to the Digital and Information Technology Center of Thai Nguyen University as a reference for students, lecturers and researchers interested in the field. research and manufacture of materials for the treatment of polluted water.

- Impacts and benefits of the research results: The research results of the project can be used to improve and treat water contaminated with heavy metals in general and As and dyes easy to implement.

- Education and training: Support to train graduate students in the right direction of the topic.

- Making research documents on Materials from home and abroad.

- Contributing to improving the research capacity of the members of the project implementation group, expanding research cooperation.