Hạt hydrogel chitosan–than hoạt tính gắn nano bạc có nguồn gốc mô phỏng sinh học từ vỏ chanh dây: Chất xúc tác chi phí thấp và bền vững

Hạt hydrogel chitosan–than hoạt tính gắn nano bạc có nguồn gốc mô phỏng sinh học từ vỏ chanh dây (Passiflora edulis): chất xúc tác chi phí thấp, có thể tái chế và bền chắc cho quá trình khử methyl orange

Tiến sĩ Trương thị Bê Ta và cộng sự đã nghiên cứu một chất xúc tác composite đa chức năng trên nền hydrogel, gồm các hạt nano bạc được cố định trên các hạt hydrogel chitosan–than hoạt tính (Ag/AC–CS). Cụ thể, AgNPs được tổng hợp theo phương pháp xanh sử dụng dịch chiết vỏ Passiflora edulis làm đồng thời tác nhân khử và chất ổn định; trong đó, polyphenol, flavonoid và axit ascorbic khử Ag⁺ thành Ag⁰, đồng thời các nhóm chức chứa oxy của chúng bao bọc và ổn định các hạt nano tạo thành. Phần sinh khối còn lại sau quá trình chiết tiếp tục được tận dụng để tạo than hoạt tính (AC), cho phép sử dụng toàn diện phế phụ phẩm nông nghiệp trong khuôn khổ kinh tế tuần hoàn. Giá đỡ hydrogel được hình thành thông qua liên kết chéo ion giữa chitosan (CS) và natri tripolyphosphate (TPP), giúp cố định hiệu quả AgNPs, hạn chế tối đa sự rò rỉ kim loại và cho phép thu hồi chất xúc tác một cách dễ dàng.

Kết quả đặc trưng cấu trúc toàn diện bằng nhiễu xạ tia X dạng bột (XRD), phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hiển thị điện tử quét kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X (SEM–EDS), hiển thị điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) và nhiễu xạ điện tử vùng chọn lọc (SAED) đã xác nhận sự phân tán đồng đều của AgNPs với kích thước hạt trung bình 15,57 ± 3,64 nm và tương tác mạnh giữa kim loại với chất mang. Trong phản ứng khử methyl orange (MO) sử dụng natri borohydride (NaBH₄) làm chất khử, chất xúc tác Ag/AC–CS đạt hiệu suất loại bỏ thuốc nhuộm 97,35% trong vòng 30 phút, với hằng số tốc độ biểu kiến k = 0,127 phút⁻¹ trong điều kiện tối ưu. Đáng chú ý, vận hành liên tục trên cột tầng cố định cho phép duy trì hiệu quả loại bỏ MO qua năm chu kỳ liên tiếp, với độ ổn định và năng suất vượt trội so với vận hành theo mẻ, đồng thời mức thất thoát Ag rất thấp và cấu trúc vật liệu vẫn được bảo tồn. Chiến lược tích hợp giữa tổng hợp hạt nano theo hướng xanh, tận dụng sinh khối và cấu hình cột tầng cố định có khả năng mở rộng này cho thấy Ag/AC–CS là một chất xúc tác thế hệ mới đầy hứa hẹn cho xử lý thuốc nhuộm bền vững và có ý nghĩa thực tiễn trong công nghiệp.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861726001438.