1.4. Giới thiệu vật liệu graphen
Graphen – vật liệu cacbon mới có một mặt phẳng đơn lớp của những nguyên tử cacbon đƣợc sắp xếp chặt chẽ trong mạng tinh thể hình tổ ong 2 chiều (2D). Graphen đƣợc cuộn lại sẽ tạo nên dạng thù hình fullerene 0D, đƣợc quấn lại sẽ tạo nên dạng thù hình cacbon nanotube 1D, hoặc đƣợc xếp chồng lênnhau sẽ tạo nên dạng thù hình graphit 3D [17].
Vì đặc điểm trên mà những lý thuyết về graphen đã bắt đầu đƣợc nghiên cứu từ những năm 1940. Năm 1946, P.R. Wallace là ngƣời đầu tiên viết về cấu trúc vùng năng lƣợng của graphen, và đã nêu lên những đặc tính dị thƣờng của loại vật liệu này. Cịn những nghiên cứu về thực nghiệm thì chƣa đƣợc phát triển bởi vì các nhà khoa học cho rằng cấu trúc tinh thể hai chiều với bề dày chỉ bằng một nguyên tử không tồn tại và các thiết bị kỹ thuật lúc bấy giờ cũng không thể quan sát thấy các cấu trúc này [17].
Đến năm 2004, những khám phá từ thực nghiệm của 2 nhà khoa học ngƣời Nga là Kostya Novoselov và Andre Geim thuộc Trƣờng đại học Manchester ở Anh
đã chứng tỏ sự tồn tại của graphen, từ đó vật liệu này đã thu hút sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới bởi các đặc tính vƣợt trội của nó. Những tấm graphen có cấu trúc phẳng và độ dày một nguyên tử, là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu hiện có, với cấu trúc bền vững graphen đƣợc xem là vật liệu cứng nhất hiện nay và ở dạng tinh khiết thì graphen dẫn điện nhanh hơn bất cứ chất nào khác (ngay cả ở nhiệt độ bình thƣờng). Hơn nữa, các electron đi qua graphen hầu nhƣ không gặp điện trở nên sinh nhiệt thấp hơn điện trở của Ag và là điện trở thấp nhất hiện nay ở nhiệt độ phịng [17].
Hình 5: Ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét Fe0-Fe3O4/Graphen với độ phóng
đại 10.000 lần
Graphen đƣợc chú ý nhƣ vật liệu cho xử lý nƣớc thải vì tính chất độc đáo của graphen nhƣ: có cấu trúc hồn hảo, diện tích bề mặt tƣơng đối cao có thể tổng hợp từ graphit bằng phƣơng pháp hóa học, bóc tách lớp và khử hóa học. Một vài nghiên cứu đƣợc thực hiện hấp phụ các ion kim loại và các chất hữu cơ độc hại sử dụng graphen.
Trên cơ sở đó, nghiên cứu lựa chọn Fe0-Fe3O4/Graphen đƣợc tổng hợp tại phịng Hóa lý Bề mặt – Viện Hóa học – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm chất xúc tác cho q trình ozon hóa phenol trong nƣớc thải.
Tiếng Anh
9. Alnaizy A., Akgerman A. (2000), “Advanced oxidation of phenolic compounds”, Advanced Environment Research, 4, pp. 233-244.
10. Assalin M. R., Silva P. L. da, Duran N. (2006), “Comparison of the efficiency of ozonation and catalytic ozonation (Mn II and Cu II) in phenol degradation”, Quim, 75, pp. 24–27.
11. Carbajo M., Beltran F. J., Gimemo O., Acedo B. (2007), “Oxidative degradation properties of Co-based catalytists in the presence of ozone”,
Appl. Catal. B. Environt, 75, pp. 281-289.
12. Chu Libing, Wang Jianlong, Dong Jing, Liu Haiyang, Sun Xulin (2012), “Treatment of coking wastewater by an advanced Fenton oxidation process using iron powder and hydrogen peroxide”, Chemosphere, 86, pp.
409-414.
13. Dong Yuming, Wang Guangli, Jiang Pingping, Zhang Aimin, Yue Lin, Zhang Xiaoming (2010), “Catalytic ozonation of phenol in aqueous solution by Co3O4 nanoparticles”. Bull. Korean Chem. Soc., 31(10),pp. 127-132. 14. EPA (1999), Alternative disinfectants and oxidants - Ozone in details, Guidance
manual. Washington, D.C.
15. Farzadkia M, Esrafili A, Baghapour M. A., Shahamat Y. D., Okhovat N. (2013), “Degradation of metronidazole in aqueous solution by nano- ZnO/UV photocatalytic process”, Desalination and Water Treatment,
105(2), pp. 17-39.
16. Farzadkia Mahdi, Shahamat Yousef Dadban, Nasseri Simin, Mahvi Amir Hossein, Gholami Mitra, Shahryari Ali, (2014), “Catalytic Ozonation of Phenolic Wastewater: Identification and Toxicity of Intermediates”,
Journal of Engineering, 5(2), pp.79-85.
17. Geim A. K., Novoselov. K. S. (2007). "The rise of graphene", Nature Materials, 6(3), pp. 183–191.
18. Glaze W.H., Kang J.W. (1989), “Advanced Oxidation processes”, Industrial Engineering Chemistry Research, 28, pp. 1580-1587.
19. Gottschalk C., Libra J. A., Saupe A. (2010), “Ozonation of Water and Wastewater, A practical guide to understanding ozone and its application”, WILEY-VCH verlag GmbH.
20. Jung H, Park H, Kim J. (2007), “Preparation of biotic and abiotic iron oxide nanoparticles (IOnPs) and their properties and applications in heterogeneous catalytic oxidation”. Environmental Science and Technology, 41(13), pp. 4741–4747.
21. Maleki A, Mahvi A. H., Mesdaghinia A, Naddafi K. (2007), “Degradation and toxicity reduction of phenol by ultrasound waves”, Bulletin of the Chemical Society of Ethiopia, 21(1), pp. 33–38.
22. Maleki A, Mahvi A. H., Naddafi K. (2009), “Bioassay of phenol and its intermediate products using Daphnia magna”,Water & Wastewater
Magazines & Journals, 5(4), pp. 19–24.
23. Marón E., Vázquez I., Rodríguez J., Castrillón L., Fernández Y., Lópe H. (2008), “Treatment of coke wastewater in a sequential batch reactor (SBR) at pilot plant scale”, Bioresource Technology, 99(10), pp. 4192-
4198.
24. Moussavi G, Khavanin A, Alizadeh R. (2009), “The investigation of catalytic ozonation and integrated catalytic ozonation/biological processes for the removal of phenol from saline wastewaters”, Journal of Hazardous Materials, 171(1–3), pp. 175–181.
25. Pocostales P., Álvarez P., Beltrán F. J. (2011), “Catalytic ozonation promoted by alumina-based catalysts for the removal of some pharmaceutical compounds from water”, Chemical Engineering Journal, 168(3), pp.
26. Pokrovsky O.S., Schott J., Castillo A. (2005), “Kinetics of brucite dissolution at 25oC in the presence of organic and inorganic ligands and divalent metals", Geochim. Cosmchim. Acta, 69(4), pp. 905-918.
27. Saitoh, Asano K, Hiraide M. (2011), “Removal of phenols in water using chitosan-conjugated thermo-responsive polymers”, Journal of Hazardous Materials, 185(2-3), pp. 1369–1373.
28. Shiraga M., Kawabata T., Li D., Shishido T., Komaguchi K., Sano T., Takehira K. (2006), “Memory effect-enhanced catalytic ozonation of aqueous phenol and oxalic acid over supported Cu catalysts derived from hydrotalcite”, Appl. Clay Sci, 33, pp. 247-259.
29. Universitat de Barcelona (2002), Degradation and biodegradability enhancement of nitrobenzene and 2,4-dichlorophenol by means of advanced oxidation processes based on ozone, Sandra Contreras Iglesisas,
Barcelona.
30. Uribe A., Nava F., Pérez R., (2003), “Use of ozone in the treatment of cyanide containing effluents”, The European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection, 3(3), pp. 316-323.
31. Vazquez I., Rodriguez J., Maranon E., Castrillon L., Fernandez Y. (2006), “Study of the aerobic biodegradation of coke wastewater in a two and three-step activated sludge process”, Journal of Hazardous Materials
(137), pp. 1681–1688.
32. Vazquez I., Rodriguez-Iglesias J., Maranon E., Castrillon L., Alvarez M. (2007), “Removal of residual phenols from coke wastewater by adsorption”, Journal of hazardous materials, 147, pp. 395–400.
33. Wu G., Jeong T. S., Won C. H., Cui L. (2010), “Comparison of catalytic ozonation of phenol by activated carbon and manganese-supported activated carbon prepared from brewing yeast”, Korean Journal of Chemical Engineering, 27(1), pp. 168–173.
34. Yogeswary P., Yusof Mohd rashid mohd, Saidina Nor Aishah (2008), “Degradation of phenol by catalytic ozonation”, Journal of Chemical and National Resouces Engineering, 12(1), pp. 115-121.
35. Zhang Mo he, Zhao Quan lin, Bai Xue, Ye Zheng fang (2010), “Adsorption of organic pollutants from coking wastewater by activated coke”, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 362(1–5), pp.
140-146.
36. Zhao Wen-tao, Huang Xia, Lee Duuu-Jong (2009), “Enhance treatment of coke plant wastewater using an anaerobic-anoxic-oxic memberane bioreactor system”. Separation and purification Technology, 66, pp. 279-286.