CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA CARBON NANOTUBES
3.3Ứng dụng trong xử lý nước
Ô nhiễm nguồn nước đang được coi là một trong những vấn đề môi trường quan trọng nhất, đe dọa tới toàn bộ sự sống trên trái đất nói chung và con người nói riêng. Có rất nhiều phương pháp được đưa ra nhằm giải quyết vấn đề này, trong đó có thể kể tới như là phương pháp hấp phụ, phương pháp đông tụ và keo tụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp kết tủa,… Trong số những kỹ thuật này, hấp phụ được coi là phương pháp hiệu quả nhất bởi tính linh hoạt trong hoạt động xử lý chất ô nhiễm và khả năng tái sinh bởi các quá trình giải hấp phù hợp, đem lại hiệu quả sử dụng cao. Quá trình hấp phụ đã đứng đầu là một trong những kỹ thuật quan trọng để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải. Do đó, việc nghiên cứu các chất hấp phụ và ứng dụng nó cho việc loại bỏ các kim loại nặng đã trở thành mối quan tâm chính và thách thức các nhà khoa học
sử dụng như là một tiềm năng lớn. Do có diện tích bề mặt lớn, ống nano carbon được sử dụng làm chất hấp phụ các kim loại nặng, F-, các chất hữu cơ và cả các chất phóng xạ. Một nghiên cứu của Peng và cộng sự đã gắn các hạt Al2O3 vô định hình trên nền ống nano carbon, kết quả cho thấy vật liệu tổ hợp (CNTs/AL2O3) có dung lượng hấp phụ F- cao hơn 4 lần so với γ-Al2O3. Một vật liệu tổ hợp khác trên cơ sở CNTs và Fe2O3 đã được nghiên cứu và sử dụng làm vật liệu hấp phụ các kim loại nặng như Pb(II), Cu(II), As(V). Tại pH=3, dung lượng hấp phụ cực đại As(V) theo mô hình langmuir đạt 44,1 mg.g-1.
So với sắt và oxide nhôm, mangan oxide có ái lực với các kim loại nặng hơn nên thường được dùng để cố định lên than hoạt tính, zeolite, cát thạch anh,… để hấp phụ các kim loại nặng. Shu-Guang Wang đã cố định MnO2 trên nền CNTs làm vật liệu hấp phụ Pb(II) trong nước. Phổ nhiễu xạ X-ray cho biết MnO2 mang trên vật liệu tồn tại ở dạng vô định hình. Theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt langmuir, dung lượng hấp phụ Pb(II) cực đại của vật liệu MnO2/CNTs là 78,74 mg.g-1. Lượng MnO2 cố định chiếm 30% khối lượng thì vật liệu cho khả năng hấp phụ Pb(II) là tốt nhất. Whang và cộng sự tiến hành gắn các nhóm chức lên trên bề mặt CNTs bằng cách acid hóa với HNO3 ở các thời gian khác nhau và cũng dùng vật liệu này để hấp phụ Pb(II). Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ của vật liệu acid hóa tăng lên đáng kể từ 7,2 mg.g-1 lên 91 mg.g-1. Các vật liệu tổng hợp từ tính có khả năng hấp phụ cao hơn nhiều so với các CNTs thông thường. Vật liệu tổng hợp ống nano carbon đa lớp với oxide sắt từ đã được nhóm các nhà khoa học C.Chen, J.Hu, D.Shao, J.Li, X.Wang nghiên cứu vào năm 2009 khi cho hấp phụ Ni(II) và Sr(II). Kết quả của nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ tốt và phụ thuộc nhiều vào pH cũng như cường độ ion. Đồng thời có thể dễ dàng giải hấp phụ Ni(II) trên vật liệu tổng hợp từ tính ở pH < 2,0. Vật liệu tổng hợp từ tính MWCNTs/oxide sắt từ có thể xem như là một vật liệu đầy hứa hẹn cho việc hấp phụ các ion kim loại nặng và các hạt nhân phóng xạ từ khối lượng lớn dung dịch nước.
Than hoạt tính phủ với các ống nano carbon được tìm thấy như là một vật liệu hấp phụ xuất sắc để loại bỏ ion Cr(VI) với khả năng hấp phụ là 9,0 mg.g-1.
dùng để hấp phụ đồng, kết quả cho thấy hiệu quả loại bỏ đồng của CNTs/CA là cao và đạt 69,9% thậm chí ở độ pH thấp hơn 2,1, dung lượng hấp phụ đồng của CNTs/CA có thể đạt 67,9 mg.g-1 ở nồng độ cân bằng đồng 5mg.l-1. Ngoài ra ống nano carbon đa vách còn được biến tính với chitosan được sử dụng để loại bỏ đồng, kẽm, cadimi, niken và các ion từ dung dịch nước cho thấy một hiệu quả tuyệt vời cho mục tiêu loại bỏ các ion kim loại từ dung dịch nước và nanocomposite này có thể được sử dụng cho các ứng dụng môi trường khác nhau.
CNTs cũng có khả năng hấp phụ hàng loạt các hợp chất hữu cơ ô nhiễm từ nước. Ví dụ như dioxin, các hợp chất thơm đa vòng, clobenzene, clophenol, thuốc nhuộm, thuốc diệt cỏ. Vật liệu composite của CNTs với polymer xốp cho phép hấp phụ một cách triệt để các hợp chất hữu cơ này.10